Виды давлений в гидравлике

7.3. Виды давления

Различают следующие виды давления: барометрическое, абсолютное, избыточное, вакуум.

Барометрическое (атмосферное) давление зависит от высоты места над уровнем моря и от состояния погоды. За нормальное барометрическое давление принимают 760 мм.рт.ст. На свободную поверхность водных потоков, а также естественных и искусственных водоемов действует барометрическое давление.

Абсолютным (полным) давлением р называется давление, определяемое по формуле

, (7.6)

где – давление на свободной поверхности. Если на свободной поверхности давление равно атмосферному, то разность

(7.7)

называется избыточным давлением (избыточным по сравнению с атмосферным) и обозначается

. (7.8)

Из последней зависимости следует, что избыточное давление изменяется с глубиной по линейному закону; оно иногда называется манометрическим.

Если давление в точках какого-либо объема жидкости или в закрытых сосудах на свободной поверхности меньше атмосферного (p 3 .

Решение. Из решения задачи 5.1 следует, что давление в 1 ат. эквивалентно 98Па. Тогда, приравнивая выражение для избыточного давления одной атмосфере, выраженной в паскалях, получим

,

h = м.

Из полученного решения следует, что 10 м водного столба создают избыточное давление в одну атмосферу.

7.4. Закон Паскаля

Из уравнения (7.5)

=+ρgh

следует, что при изменении давления на поверхности на величину Δp давление во всех точках данного объема изменится на то же значение Δp . Таким образом, жидкость обладает свойством передавать давление. Это свойство выражает закон Паскаля, который формулируется так: всякое изменение давления в какой-либо точке покоящейся жидкости, не нарушающее ее равновесия, передается в остальные ее точки без изменения. На использовании закона Паскаля основано устройство многих гидравлических машин.

Пример 7.2. Гидравлический пресс.

Гидравлический пресс создает посредством жидкости усилие, способное произвести на коротком пути большую работу.

Гидравлический пресс (рис. 7.3) состоит из цилиндра1 и поршня 2 с платформой 3, на которой помещено тело 4, например, кубик при испытании материалов. По трубке 5 в цилиндр 1 пресса подается жидкость под давлением p, создаваемым различными способами. Обозначая площадь сечения поршня 2 буквой ω1 , получим величину силы давления на поршень

Эта сила сжимает тело 4. постоянное давление p в трубке 5 может быть создано, например, насосом, состоящим из цилиндра 6, в котором движется малый поршень 7. цилиндр имеет два отверстия: отверстие 8 с клапаном, открывающимся внутрь цилиндра, и отверстие 9 с клапаном, Рис. 7.3

открывающимся наружу. Через отверстие 8 жидкость засасывается в цилиндр 6 при поднятии малого поршня 7. В этот момент клапан 8 открыт, а клапан 9 закрыт. Через отверстие 9 жидкость выдавливается из цилиндра 6 в трубку 5 и далее в цилиндр 1 при опускании малого поршня. В этот момент клапан 9 открыт, а клапан 8 закрыт.

Обозначая ω2 площадь сечения малого поршня, а P2 – силу давления на малый поршень, получим величину давления в цилиндрах1 и 6 и трубке 5:

.

Подставляя это значение р в формулу (7.10), имеем

. (7.11)

Таким образом, на рабочий поршень передается сила, во столько раз большая силы давления от малого поршня 7, во сколько больше раз площадь сечения поршня. На практике сила R, сжимающая тело 4, вслед- Рис. 7.4

Это учитывается введением в формулу коэффициента полезного действия η, принимаемого обычно равным 0,85. Следовательно, расчетная формула гидравлического пресса будет

. (7.12)

Гидравлический аккумулятор. Гидравлический аккумулятор применяется для выравнивания давления и расхода жидкости в гидравлических установках. В периоды малых расходов он накапливает жидкость, поступающую от насосов, в периоды больших расходов отдает ее рабочим машинам.

Гидравлический аккумулятор (рис. 7.4) состоит из цилиндра, в котором ходит поршень 2 с площадью поперечного сечения ω. На верхний конец поршня действует груз P, в результате чего в цилиндре 1 создается давление р=P, которое и передается по закону Паскаля к гидравлическим машинам по трубе 4. В аккумулятор жидкость поступает от насоса по трубе 3. если количество жидкости, поступающей в цилиндр аккумулятора, больше количества используемой жидкости, то поршень 2 будет подниматься; если же, наоборот, количество притекающей жидкости меньше количества уходящей, то поршень 2 будет опускаться. Однако в этих случаях давление в аккумуляторе, а следовательно, и во всей системе, которую он питает, будет оставаться постоянным.

Задача 7.3. Определить усилие, которое развивает гидравлический пресс, имеющий D=250 мм, d=25 мм, если усилие, приложенное к малому поршню, равно 200 Н. Коэффициент полезного действия пресса η = 0,8.

Решение. Искомое усилие равно

Н.

Виды давления

Давление — действующая сила, находящаяся на поверхности тела, деленная на площадь данной поверхности. В системе СИ измеряется в Па (Паскалях). Метрологи измеряют давление в единицах измерения – миллибар, которая равно 100 Па. Для обозначения типа в нашем каталоге в разделе датчики давления у каждого датчика существует специально поле “Тип измеряемого давления”. Разберем какие бывают типы.

  • Абсолютное давление (ДА)

Абсолютное давление – величина измеренная относительно давления равного абсолютному нулю. Другими словами, давление относительно абсолютного вакуума. Если вам нужен прибор этого типа или просто интересно как он выглядит, то тут можно посмотреть датчик этого типа .

  • Барометрическое давление (ДБ)
Читайте также:  Площадь чердака как считать

Барометрическое давление — это абсолютное давление земной атмосферы. Свое название этот тип давления получил от измерительного прибора барометра, который как известно определяет атмосферное давление в определенный момент времени при определенно температуре и на определенной высоте над уровнем моря. Относительно этого давления определяются избыточное давление и вакуум.

  • Давление избыточное (ДИ)

Избыточное давление имеет место в том случае если имеется положительная разность между измеряемым давлением и барометрическим. То есть избыточное давление — это величина на которую измеряемое давлением больше барометрического. Для измерения этого вида давления используют манометр. В качестве примера датчика этого типа можете посмотреть прибор Агат-100М-ДИ .

  • Вакуум (разряжение) в топке котла, печи и т. д. (ДВ)

Вакуум или по-другому вакуумметрическое давление — это величина на которую измеряемое давление меньше барометрического. Если избыточное давление обозначается в положительных единицах, то вакуум в отрицательных. Например, датчик Агат-100М-ДВ , способный измерять вакуум. Приборы способные измерять этот тип давления называют вакуумметрами.

  • Дифференциальное давление (ДД)

Дифференциальное давление имеет место если сравнивается одно давление относительно другого, причем ни одно из них не равно барометрическому. Избыточное давление и вакуум меряется относительно барометрического давления. Если же измерить эти величины относительно любой другой величины, то мы получим уже дифференциальное. Мы могли бы привести пример и датчика дифференциального давления, но лучше дадим вам ссылку на поиск с помощью которого можно найти датчик любого типа из описанных в этой статье типа.

  • Гидростатическое давление (ДГ)

Гидростатическое давление – давление столба воды над условным уровнем. Измеряется высотой столба воды в единицах длины или в атмосферах. Благодаря полной удобоподвижности своих частиц капельные и газообразные жидкости, находясь в покое, передают давление одинаково во все стороны; давление это действует на всякую часть плоскости, ограничивающей жидкость, с силой Р, пропорциональной величине этой поверхности, и направленной по нормали к ней. Отношение Pw, т. е. давление р на поверхность равную единице, называется гидростатическим давлением.

Давление. Виды и способы его измерения

Давление — единица силы, действующая перпендикулярно на единицу площади.

Абсолютным называют давление, создаваемое на тело отдельно взятым газом без учета других атмосферных газов. Измеряют его Па (паскалях). Абсолютное давление представляет собой сумму атмосферного и избыточного давлений.

Барометрическим (атмосферным) называют давление гравитации на все находящиеся в атмосфере предметы. Нормальное атмосферное давление создается 760 мм столбом ртути при температуре 0°С.

Избыточным давлением называют положительную разность между измеряемым и атмосферным давлением.

Вакуумом называют отрицательную разность между измеряемым и атмосферным давлением.

С какой целью меряют давление? С целью непрерывного контроля и своевременного регулирования всех технологических параметров. Для каждого технологического процесса разрабатывается режимная карта. К чему может привести ее несоблюдение? Например, известны случаи, когда при бесконтрольном повышении давления многотонный барабан энергетического котла улетал, словно футбольный мяч, на несколько десятков метров, разрушая все на своем пути. Снижение давления не несет разрушений, но приводит к:

  • браку продукции;
  • перерасходу топлива.

Преобразователи давления

Выходной неэлектрический сигнал большинства первичных преобразователей давления (дифманометр стрелочный) имеет вид перемещения или силы и объединен в одном корпусе с прибором измерения. Для передачи результатов измерений на расстояние используют промежуточный преобразователь для получения стандартизированного электрического или пневматического сигнала. Так происходит слияние первичного и промежуточного преобразователей в единый измерительный преобразователь.

  • Преобразователями абсолютного давления измеряют давление какой-либо среды относительно вакуума.
  • Преобразователями избыточного давления измеряют давление какой-либо среды относительно атмосферного давления.
  • Преобразователями вакууметрического давления измеряют уровень вакуума относительно атмосферного давления.
  • Преобразователями гидростатического давления измеряют гидростатический уровень жидкостей.
  • Преобразователи дифференциального давления измеряют перепад давлений.
  • Преобразователи избыточного давления-разряжения являются универсальными приборами, потому что измеряют одновременно и избыточное давление, и вакуум.

6. Виды давления

Различают следующие виды давления: барометриче­ское, абсолютное, манометрическое и вакуумметрическое.

Барометрическое (атмосферное) давление рб зависит от высоты места над уровнем моря и от состояния погоды, За нормальное барометрическое давление принимают давление, равное 760 мм ртутного столба, что соот­ветствует 101325 Н/м 2 . На уровне моря барометрическое давление наблюдалось в пределах от 90 000 Н/м 2 до 110000 Н/м 2 . С высотой барометрическое давление убывает. Наоборот, в глубоких шахтах барометрическое давление значительно больше, чем на уровне моря.

Абсолютное и манометрическое давление

Давление ра вычисленное по уравнению (6), называется абсолютным. Рассмотрим наиболее распространенный в практике случай (рис.7), когда к свободной поверхности приложено баро­метрическое давление рб, т. е. р = р6. Для этого случая основное уравнение гидростатики перепишется так:

(15)

(16)

носит название маноме­трического, или избыточного. Таким образом, манометрическим давлением называется разность между абсолютным давлением ра и барометрическим давлением рб, если ра > рб.

Читайте также:  Временные постройки определение

Если в какой-нибудь точке жидкости абсолютное давле­ние меньше барометрического, то разность между баро­метрическим и абсолютным давлениями называется вакуумметрическим давлением. Вакуумметрическое давление обозначается рвак. Итак, если ра > рб. Допустим, что требуется измерить давление на уровне 1-1. Если на этом уровне сделать отверстие и присоединить к нему стеклян­ную, трубку П, то жидкость в этой трубке поднимется под действием давления на некоторую высоту h.

По основному уравнению гидростатики (6) для точек на уровне 1-1 (если вести расчет со стороны, трубки) абсо­лютное давление

(18)

Этой высотой h поднятия жидкости в трубке П можно измерять манометрическое давление. Трубка П называется пьезометром («пьезо» – давлю по гречески).

Вычислим давление в н/м 2 , соответствующее 1 м вод. ст. и 1 мм рт. ст. При высоте водяного столба h = 1 м давление р = ρgh = 9810 н/м 2 . При высоте ртутного столба h= 1 мм давление р = ρgh = 133 н/м 2 .

Для измерения вакуумметрического давления применяется вакуумметр (рис. 9).

Допустим, что требуется определить вакуумметрическое давление в сосуде S, т. е. величину рб – ра, где ра – абсолютное давление в этом со­суде. Присоединяем к сосуду изогнутую трубку Т, опущенную в жидкость. Применяя основное уравнение гидростатики для точки, располо­женной в трубке Т на уровне свободной поверхности жидкости в резервуаре, получим

(19)

Таким образом, вакуумметрическому давлению будет соответствовать высота подъема hвак жидкости в изогну­той трубке над уровнем в резервуаре.

Для измерения вакуумметрического давления применяются также приборы, действие которых подобно действию манометров. Прибор, предназначенный для измерения как манометрического, так и вакуумметрического давления, называется мановакуумметром.

Понятие гидростатического давления

На сайте представлено несколько статей, посвященных основам гидравлики. Этот материал адресован всем людям, которые хотят разобраться в том, как физически работают система водоснабжения и система канализации (водоотведения). Настоящая статья – первая в этом цикле.

В гидравлике есть несколько ключевых понятий. Центральное место отводится понятию гидростатического давления в точке жидкости. Оно тесно связано с понятием напора жидкости, о котором будет сказано чуть позже.

Одно из широко распространенных определений гидростатического давления звучит так: «Гидростатическое давление в точке жидкости – это нормальное сжимающее напряжение, возникающее в покоящейся жидкости под действием поверхностных и массовых сил».

Напряжение – это понятие, широко используемое в курсе сопротивления материалов. Идея в следующем. В физике, мы знаем, есть понятие силы. Сила – векторная величина, характеризующая воздействие. Векторная – это значит, что представляется в виде вектора, т.е. стрелки в трехмерном пространстве. Эта сила может быть приложена в отдельной точке (сосредоточенная сила), или к поверхности (поверхностная), или ко всему телу (говорят, массовая / объемная). Поверхностные и массовые силы являются распределенными. Только такие и могут действовать на жидкость, так как она обладает функцией текучести (легко деформируется от любого воздействия).

Сила приложена к поверхности с какой-то конкретной площадью. В каждой точке этой поверхности возникнет напряжение, равное отношению силы к площади, это и есть понятие давления в физике.

В системе СИ единица измерения силы – Ньютон [Н], площади – квадратный метр [м 2 ].

Отношение силы к площади:

1 Н / 1 м 2 = 1 Па (Паскаль).

Паскаль является основной единицей измерения давления, но далеко не единственной. Ниже представлен пересчет единиц измерения давлений из одной в другую >>>

100 000 Па = 0,1 МПа = 100 кПа ≈ 1 атм = 1 бар = 1 кгс/см 2 = 14,5 psi ≈ 750 мм.рт.ст ≡ 750 Торр ≈ 10 м.вод.ст (м)

Далее, принципиально важным моментом является так называемая шкала давлений или виды давлений. На рисунке ниже представлено, как взаимоувязаны такие понятия как абсолютное давление, абсолютный вакуум, частичный вакуум, избыточное или манометрическое давление.

Абсолютное давление – давление, отсчитываемое от нуля.

Абсолютный вакуум – ситуация, при которой на рассматриваемую точку ничего не действует, т.е. давление, равное 0 Па.

Атмосферное давление – давление, равное 1 атмосфере. Отношение веса (mg) вышележащего столба воздуха к площади его поперечного сечения. Атмосферное давление зависит от места, времени суток. Это один из параметров погоды. В прикладных инженерных дисциплинах обычно все отсчитывают именно от атмосферного давления, а не от абсолютного вакуума.

Частичный вакуум (или еще часто говорят – «величина вакуума», « разрежение» или «отрицательное избыточное давление» ). Частичный вакуум – недостаток давления до атмосферного. Максимально возможная на Земле величина вакуума как раз равняется одной атмосфере (

10 м.вод.ст.). Это означает, что у вас не получится попить воду через трубочку с расстояния 11 м при всем желании.

* на самом деле при нормальном для трубочек для напитков диаметре (

5-6 мм) эта величина будет гораздо меньше из-за гидравлических сопротивлений. Но даже через толстый шланг вы не сможете попить воду с глубины 11 м.

Если заменить вас на насос, а трубочку – на его всасывающий трубопровод, то ситуация принципиально не изменится. Поэтому воду из скважин добывают как правило именно скважинными насосами, которые опускаются непосредственно в воду, а не пытаются засасывать воду с поверхности земли.

Избыточное давление (или также еще называемое манометрическим)– превышение давления над атмосферным.

Приведем следующий пример. На данной фотографии (справа) показано измерение давления в автомобильной шине при помощи прибора манометра.

Манометр показывает именно избыточное давление. На этой фотографии видно, что избычтоное давление в данной шине приблизительно 1,9 бар, т.е. 1,9 атм, т.е. 190 000 Па. Тогда абсолютное давление в этой шине – 290 000 Па. Если мы шину проткнем, то воздух начнет под разницей давлений выходить наружу до тех пор, пока давление внутри и снаружи шины не станет одинаковым, атмосферным. Тогда избыточное давление в шине будет равно 0.

Теперь посмотрим, как определить давление в жидкости, находящейся в определенном объеме. Допустим, мы рассматриваем открытую бочку с водой.

На поверхности воды в бочке устанавливается атмосферное давление (обозначно маленькой буквой p с индексом «атм»). Соответственно, избыточное давление на поверхности равняется 0 Па. Теперь рассмотрим давление в точке X. Эта точка заглублена относительно поверхности воды на расстояние h, и за счет столба жидкости над этой точкой, давление в ней будет больше, чем на поверхности.

Давление в точке X (px) будет определяться, как давление на поверхности жидкости + давление, создаваемое столбом жидкости над точкой. Это называется основным уравнением гидростатики.

Для приблизительных расчетов можно принимать g = 10 м/с 2 . Плотность воды зависит от температуры, но для приблизительных расчетов может приниматься 1000 кг/м 3 .

При глубине h 2 м, абсолютное давление в точке X составит:

100 000 Па + 1000·10·2 Па = 100 000 Па +20 000 Па = 120 000 Па = 1,2 атм.

Избыточное давление – это значит за вычетом атмосферного: 120 000 – 100 000 = 20000 Па = 0,2 атм.

Таким образом, в избыточное давление в точке X определяется высотой столба жидкости над этой точкой. Форма емкости при этом никак не влияет. Если мы рассмотрим гигантский бассейн с глубиной 2 м, и трубку высотой 3 м, то давление на дне трубки будет больше, нежели на дне бассейна.

(Абсолютное давление на дне бассейна: 100000 + 1000*9,81*2 =

Высота столба жидкости определяет давление, создаваемое этим столбом жидкости.

pизб = ρgh. Таким образом, давление можно выражать единицами длины (высоты):

Например, рассмотрим, какое давление создает столб ртути высотой 750 мм:

p = ρgh = 13600 · 10 · 0,75 = 102 000 Па ≈ 100 000 Па, что отсылает нас к единицам измерения давления, рассмотренным ранее.

Т.е. 750 мм.рт.ст. = 100 000 Па.

По тому же принципу получается, что давление в 10 метров водяного столба равняется 100 000 Па:

1000 · 10 · 10 = 100 000 Па.

Выражение давления в метрах водяного столба принципиально важно для водоснабжения, водоотведения, а также гидравлических расчетов отопления, гидротехнических расчетов и т. д.

Теперь посмотрим давление в трубопроводах. Что физически означает замеренное мастером давление в определенной точке (X) трубопровода? Манометр в данном случае показывает 2 кгс/см² (2 атм). Это избыточное давление в трубопроводе, оно эквивалентно 20 метрам водяного столба. Иными словами, если подсоединить к трубе вертикальную трубку, то вода в ней поднимется на величину избыточного давления в точке X, т.е. на высоту 20 м. Вертикальная трубка, сообщающеяся с атмосферой (т.е. открытая) называются пьезометром.

Основная задача системы водоснабжения заключается в том, чтобы в требуемой точке вода имела необходимое избыточное давление. Например, согласно нормативному документу:

[ Постановление Правительства РФ от 06.05.2011 N 354 (ред. от 13.07.2019) «О предоставлении коммунальных услуг собственникам и пользователям помещений в многоквартирных домах и жилых домов» (вместе с «Правилами предоставления коммунальных услуг собственникам и пользователям помещений в многоквартирных домах и жилых домов») ] >>> давление в точке водоразбора должно быть не менее 3 м.вод.ст (0,03 МПа)

Под точкой водоразбора можно понимать место подключения смесителя (точка 1). Эта точка находится приблизительно на расстоянии 1 м от пола, там же, где и подключение к стояку самой квартиры (точка 2) . То есть давление в этих точках примерно одинаково при закрытых кранах (вода не движется!). Давление регламентируется именно в этих точках, и, как указано выше, должно быть не меньше 3 — 6 м.вод.ст.

Однако необходимо отметить, что нормативно допустимая величина в 3 м.вод.ст – это совсем не много, так как современное сантехническое оборудование может требовать давление до 13 м.вод.ст в точке подключения для нормальной работы (подачи достаточного количества воды). Например, даже в старом СНиП по внутреннему водопроводу (СНиП 2.04.01-85*), указано, что при использовании аэратора на смесителе (сеточка, перекрывающая выходное отверстие), в точке подключения смесителя необходимо давление 5 м.вод.ст.

Оцените статью
Добавить комментарий