5.4. Вакуумметрическая высота

В случае, когда абсолютное гидростатическое давление Р в жидкости меньше атмосферного Р_атм, имеет место вакуум. Величина вакуума определяется как недостаток давления до атмосферного и обозначается Р_{вак .}

Следовательно:

Р_вак = Р_атм - P_абс , Н/м².

Очевидно, Р_вак = - P_изб .

Вакуумметр представляет собой изогнутую трубку, один конец которой помещен в область вакуума А, другой - в открытый сосуд В, заполненный жидкостью (рис. 5.3).

Так как в области вакуума (сосуд А) давление мень­ше атмосферного, т.е. Р₀< Р_атм, то жидкость в пьезомет­рической трубке под действием атмосферного давления поднимется на вакуумметрическую высоту h_вак , величи­на которой может быть определена из условия равновесия P_атм = Р₀+ * h_вак .

Откуда:

h_вак =( P_атм - Р₀) / , м.

Рис. 5.3. К вопросу о вакуумметрической высоте

Максимальное значение h_вак при нормальном атмос­ферном давлении (760 мм. рт. ст.) равно 10,33 м. вод. столба. Вакуум измеряется в м. вод. ст., в долях атмос­ферного давления или мм. рт. ст.

Резюме: В изложенной теме основное уравнение гидростатики переведено в простой вид (закон Паскаля). Даны определения таким понятиям как пьезометрическая и вакуумметрическая высоты.

Вопросы для самоконтроля:

1. Запишите основное уравнение гидростатики в простой форме (Закон Паскаля).

2. Что такое пьезометр?

3. Что такое пьезометрическая и вакуумметрическая высоты?

4. Что такое избыточное давление?

6. Простейшие гидростатические машины

6.1. Гидравлический пресс

Передача энергии на расстояние при помощи жидкости часто находит применение в практике маши­ностроения (гидравлический привод машин).

Встречаются следующие, так называемые простейшие гидростатические машины: гидравлические прессы, муль­типликаторы (для увеличения давления), домкраты, подъемники и др. Во всех этих машинах, имеющих раз­ное назначение и различную конструкцию, использует­ся один и тот же гидравлический принцип.

На рис. 6.1 показана схема гидравлического пресса.

Рис. 6.1. Схема гидравлического пресса

Если к поршню П₁, имеющему площадь S₁, прило­жим силу F₁, то эта сила будет передаваться на жид­кость; жидкость же будет давить на поршень П₂ имею­щий площадь S₂ с силой:

F₂ = (F₁/S₁) * S₂,

или

F₂ = F₁ * (S₂/S₁).

Поскольку гидростатические давления в точках пло­щади S₁ и S₂ практически равны между собой, то F₁/S₁₌ F₂/S₂ = P. Как видно, при помощи пресса сила F₁ увеличивается в S₂/S₁ раз.

6.2. Мультипликатор

Мультипликатором называют устройство, предназ­наченное для увеличения давления жидкости. Схема мультипликатора показана на рис. 6.2. При рабочем ходе поршня П в полость низкого давления А поступает пар, сжатый воздух или жидкость под давлением Р₁ , а из полости высокого давления Б вытесняется жидкость под давлением Р₂ > Р₁.

При обратном ходе поршня П мультипликатора про­исходит зарядка полости высокого давления жидкостью, поступающей от насоса или из наполнительного бака, а из полости низкого давления пар или сжатый воздух вы­тесняются в выхлопной трубопровод, а жидкость - в бак. Обратный ход выполняется либо с помощью возвратных цилиндров (на рис. 6.2 не показаны), либо под действием силы тяжести поршня и силы давления жидкости, посту­пающей в полость Б.

Рис. 6.2. Схема мультипликатора:

П - поршень;

А - полость низкого давле­ния;

Б - полость высокого давления;

В - полость буферная;

У - уплотнитель;

D, d — диаметры соответственно нижней и верхней площади поршня

Полость В в воздушно-гидравлическом мультипли­каторе на протяжении большей части рабочего хода со­единена с атмосферой. При подходе к крайнему верхне­му положению полость В автоматически запирается, и воздух, находящийся в запертой полости образует буфер, препятствующий удару поршня в крышку цилиндра. В гидравлическом же мультипликаторе полость Б может быть заполнена жидкостью. В этом случае обратный ход поршня происходит под действием давления жидкости, поступающей в полости Б и В.

Если в полость А мультипликатора подается жидкость с давлением Р₁ то в полости Б создается одновременно давление Р_2. Так как поршень П представляет собой еди­ную конструкцию, то и сила воздействия на поршень будет одна и та же.

Отсюда

Р₂*

или

Р₂* S₂ = Р₁ * S₁.

Откуда

Р₂= Р₁* S₁/ S₂

или

Р₂= Р₁* D²/d² ,

где S₁ и S₂ - нижняя и верхняя площади поршня П.

Как видно, при помощи мультипликатора гидроста­тическое давление в камере В повышается в S₁/ S₂ раз.

Резюме: В рассмотренной теме описаны конструкция и принцип действия простейших гидравлических машин (пресс и мультипликатор).

Вопросы для самоконтроля:

1. Опишите конструкцию и принцип действия простого гидравлического пресса.

2. Опишите конструкцию и принцип действия мультипликатора.

3. Чем пресс отличается пресс от мультипликатора?

4. Во сколько раз увеличивается сила в гидравлическом прессе?