Подшипник гидродинамический

История гидродинамики

Первые попытки исследования сопротивления среды движению тела были сделаны Леонардо да Винчи и Галилео Галилеем. Принято считать, что Галилео проводил опыты по сбрасыванию шаров различной плотности с Пизанской башни, данный опыт описывается в учебной литературе и поэтому известен всем со школьных времён (достоверной информации, подтверждающей проведение данного опыта Галилео Галилеем на сегодняшний день не имеется). В 1628 году Бенедетто Кастелли издал маленькую работу, в которой он очень хорошо для своего времени объяснил несколько явлений при движении жидкости в реках и каналах. Однако, в работе содержалась ошибка, так как он предполагал скорость вытекания жидкости из сосуда пропорциональной расстоянию отверстия до поверхности воды. Торричелли заметил, что вода, выливающаяся из фонтана поднимается на высоту порядка уровня воды питающего водоёма. На основе этого он доказал[источник не указан 1208 дней] теорему, о пропорциональности скорости вытекания квадратному корню из расстояния от отверстия до поверхности жидкости. Теорема была экспериментально проверена на воде, вытекающей из различных насадок. Едме Мариотто в труде, который был опубликован после его смерти впервые объяснял несоответствие теории и экспериментов при помощи учёта эффектов трения. В труде Исаака Ньютона «philosophie naturalis principia mathematica» для объяснения снижения скорости проточной воды использовались именно понятия вязкости и трения. Также в работах Ньютона развивались представления Мариотто о потоке воды как о наборе трущихся нитей. Эта теория уже сопоставима с современной теорией переноса движения в жидкостях.

После издания Ньютоном своих работ учёные всего мира начали пользоваться его законами для объяснения различных физических явлений. Спустя 60 лет Леонард Эйлер получил аналог второго закона Ньютона для жидкости. В 1738 году Даниил Бернулли издал работу, где объяснялась теория движения жидкостей. Он использовал два предположения: поверхности жидкости, вытекающей из сосуда всегда остаётся горизонтальной[источник не указан 1208 дней] и то, что скорость опускания слоев воды обратно пропорциональна их ширине. В отсутствии демонстраций этих принципов теория доверия не получила.

Колин Маклорен и Иоанн Бернулли хотели создать более общую теорию, зависящую только от фундаментальных законов Ньютона. Научное сообщество сочло их методы недостаточно строгими. Теория Даниила Бернулли встретила сопротивление со стороны Жана Лерона Даламбера, разработавшего свою теорию. Он применил принцип, полученный Якобом Бернулли, который сводил законы движения тел к закону их равновесия. Даламбер применил этот принцип для того, чтобы описать движение жидкостей. Он использовал те же гипотезы, что и Даниил Бернулли, хотя его исчисление было выстроено в другой манере. Он рассматривал в каждый момент движения слоя жидкости составленным из движения в прошлый момент времени и движения, который он потерял. Законы равновесия между потерями и потерями движения дали уравнения, представляющее уравнение движение жидкости. Оставалось выразить уравнениями движение частицы жидкости в любом заданном направлении. Эти уравнения были найдены Даламбером из двух принципов: прямоугольный канал, выделенный в массе жидкости, находящейся в равновесии, сам находится в равновесии и часть жидкости, переходящая из одного места в другое сохраняет тот же самый объём, если она является несжимаемой и изменяет объём с учётом законов упругости, в противном случае. Этот метод был перенят и доведён до совершенства Леонардом Эйлером. Решение вопрос в движения жидкостей было произведено с помощью метода частных производных Эйлера. Это исчисление было впервые применено к движению воды Даламбером. Метод позволил представить теорию жидкостей в формулировке, не ограниченной никакими особыми предположениями.

Гидродинамический насос для отопления зданий и сооружений.

Тепловой гидродинамический насос – кавитационное устройство для получения тепла, образующегося путем преобразования механической энергии вращения двигателя в тепловую энергию рабочей жидкости. Не является тепловым насосом в его термодинамическом понимании.

Описание:

Тепловой гидродинамический насос – кавитационное устройство для получения тепла, образующегося путем преобразования механической энергии вращения двигателя в тепловую энергию рабочей жидкости. Не является тепловым насосом в его термодинамическом понимании.

Тепловой гидродинамический насос также именуется вихревым тепловым насосом.

Гидродинамический насос вырабатывает тепло посредством изменения физико-механических параметров жидкостной среды при её течении под комплексным воздействием ускоренного и заторможенного движения (т.н. управляемой кавитацией).

Система отопления на основе гидродинамического насоса:

Система отопления на основе гидродинамического насоса состоит из следующих основных частей:

— собственно гидродинамического насоса, представляющего собой кавитационное устройство, подключенного к системе отопления,

— электродвигателя,

— соединительной муфты,

— рамы,

— системы автоматического управления (контроллера).

Гидродинамический насос и электродвигатель смонтированы на единой раме. Вращающий момент от электродвигателя передается на гидродинамический насос через соединительную муфту.

Преимущества:

— простота конструкции. Гидродинамический насос может быть легко и быстро установлен в существующую систему отопления без изменения ее конструкции,

— высокий КПД,

— высокая надежность,

— не требуется проведение подготовки воды. Имеющиеся в воде соли выпадают в виде нерастворимого осадка и осаждаются в фильтре,

— срок окупаемости с момента гидродинамического насоса от 6 до 18 месяцев,

— безотказность работы в течение не менее 10 лет,

— нет выбросов в атмосферу, нет продуктов горения,

— 100% экологическая чистота,

— полная пожаро- и взрывобезопасность,

— высокая эффективность по сравнению с любыми другими нагревательными устройствами,

— значительно снижает расходы на теплоснабжение объектов и зданий, приблизительно в 2-3 раза по сравнению с традиционными системами отопления (например, экономичнее электрокотлов в 1,5-2 раза, экономичнее дизельных котлов в 5-10 раз, экономичнее центрального отопления в 2 раза),

— не требует согласований на установку,

— в отличие от теплового насоса, который может максимально дать теплоноситель с температурой до +65 °С, гидродинамический насос может нагреть теплоноситель до +95 °С.

Обороты/шум

В процессе работы вентиляторы издают акустический шум. Доказано, что шум замедляет реакцию человека, а так же вызывает усталость и головную боль. Поэтому длительное нахождение рядом с шумным «ящиком» приведет только к утомляемости и не позволит сосредоточиться на важных делах.

Уровень шума указывается в , чем выше значение, тем громче работает вентилятор. На акустический шум влияет количество оборотов вентилятора. Чем больше оборотов за минуту совершает вентилятор, тем выше воздушный поток и значение акустического шума. А чем больше размер вентилятора, тем меньше требуется совершить оборотов. Кроме того высоко оборотистые вентиляторы дополнительно создают вибрацию, что только усиливает шумовые показатели.

Из личного опыта стоит отметить, что вентиляторы до 20 дБ не слышно в закрытом корпусе со слабой изоляцией шума. До 25 дБ акустический показатель нормальный и с набором из 5-7 вентиляторов в корпусе не сложно отработать за компьютером световой день. До 30 дБ шум достаточно отчетливый и длительная работа за компьютером не комфортна, при условии слабой изоляции в корпусе. Поэтому лучше подбирать вентиляторы в приделах до 26 дБ, а лучше в интервале 20-23 дБ.

Так же не стоит забывать, что на большинстве корпусов стоят пылевые решетки и поролоновые фильтры. При нагнетании воздуха сквозь преграды образуется статическое давление, что так же способствует возникновению шума. Наилучший исход в таком случае – установка нескольких вентиляторов с низкой скоростью оборотов. Чем меньше скорость вращения, тем ниже статическое давление и шум. А увеличенное количество вентиляторов позволит компенсировать снижение воздушного потока.

Принцип действия

У гидростатического подшипника имеются две поверхности, между которыми имеется зазор, поддерживаемый за счёт силы давления жидкости, нагнетаемой через дроссельное отверстие. Если зазор между поверхностями уменьшается, то возрастает сопротивление потоку жидкости, истекающему наружу. Как следствие, возрастает давление жидкости между поверхностями, и величина зазора восстанавливается. За счёт того, что поверхности деталей в подшипнике не соприкасаются, коэффициент трения остаётся очень низким (может достигать значений 10−7)

В «фольговом» газодинамическом подшипнике при десятках тысяч об/мин окружающий воздух подсасывается между шейкой вала и упругим лепестком, создавая зазор

устройство «фольгового» подшипника

Несущая способность динамического подшипника линейно растёт с увеличением скорости вращения

Эти подшипники в общем случае могут быть разделены на два типа:

• гидродинамические и газодинамические;
• гидростатические.

В гидростатическом подшипнике высокое давление жидкости поддерживается внешним насосом. Жидкостью в них служит обычно масло или вода.
Поскольку такие подшипники для своей работы требуют нагнетания жидкости от внешнего насоса, то энергия, подводимая к насосу, для системы в целом является потерянной энергией. Однако, в отсутствие насоса эта энергия расходовалась бы на преодоление сил трения.

В гидродинамическом подшипнике при вращении вала на больших скоростях жидкость увлекается валом в пространство между поверхностями трения, и таким образом осуществляется самосмазывание. Можно рассматривать его как подшипник скольжения, в котором геометрия, достаточная скорость вращения и свободная подача смазки делают масляный слой достаточно толстым, чтобы полностью исключить контактное трение на любых рабочих режимах.

В этих подшипниках жидкость засасывается внутрь подшипника движением вала и нагнетается под вал или вокруг него так же движением вала. Вследствие этого при небольших скоростях вращения вала (в том числе, в момент старта и торможения) слой жидкости под валом имеет недостаточную толщину, а это приводит к непосредственному контакту деталей пары. Если такие режимы случаются достаточно часто, то подшипник имеет меньший срок службы, и в нём происходят большие потери энергии. Иногда для предотвращения указанных проблем в гидродинамических подшипниках используют либо вторичный подшипник, либо внешний насос, которые включаются в работу в момент запуска или торможения. Специальные износостойкие и антифрикционные покрытия (например,алмазоподобныеru_en) также способны значительно снизить пусковой износ. Часто оговаривается число пусков/остановок машины до ремонта с заменой подшипника, которое может быть очень малым в сравнении с общим ресурсом.

Вал может быть окружён не жёсткой втулкой, а несколькими упругими лепестками или разрезным кольцом из пружинящей фольги на упругой опоре («фольговый подшипник», англ. foil bearing) для равномерного распределения нагрузки по поверхности пары. Лепестковые (и вообще газодинамические) подшипники существуют и в торцевом (упорном) исполнении.

Гидродинамический напор

Гидродинамический напор включает три слагаемых: г — геометрический напор ( или нивелирная высота), характеризует удельную потенциальную энергию положения в данной точке ( данном сечении); p / ( pg) — статический ( пьезометрический) напор, характеризует удельную потенциальную энергию давления; w2 / ( 2g) — скоростной ( динамический) напор, или удельная кинетическая энергия.
 

Гидродинамический напор включает три слагаемых: z — геометрический напор ( или нивелирная высота), характеризует удельную потенциальную энергию положения в данной точке ( данном сечении); p / ( pg) — статический ( пьезометрический) напор, характеризует удельную потенциальную энергию давления; w2 / ( 2g) — скоростной ( динамический) напор, или удельная кинетическая энергия.
 

Чем выше гидродинамический напор, тем быстрее разрушается структура и тем больше эта разница.
 

Поля гидродинамических напоров ( уровней) определяются полями параметров водоносных и слабопроницаемых пластов, характеризующих фильтрационные сопротивления в потоке подземных вод, и расходами на их внутренних и внешних границах. По сравнению с полями гидрогеологических параметров, они характеризуются наиболее высокой динамичностью во времени, что связано прежде всего с суточными, сезонными и многолетними изменениями питания подземных вод за счет естественных и антропогенных источников, а в условиях эксплуатации — и неравномерностью во-доотборов, водоотливов, дренажей.
 

График действительных гидродинамических напоров в обратном трубопроводе системы теплоснабжения при любом режиме работы не должен выходить за пределы линий О5 и Ои. В данном случае он изображен линией О.
 

При гидродинамическом напоре краевых вод в залежи наблюдается региональная миграция в направлении повышенных структурно площадей.
 

Реальный закон гидродинамического напора может отличаться от заданного.
 

Под действием гидродинамического напора капли деформируются и сплющиваются на входе в преобразователь. Площадь контактирования каждой деформированной капли зависит от ее размера. Однако результирующее соотношение сумм площадей контактирования частиц воды и нефти зависит от соотношения размеров всех участков касания по нефти и воде, а не от размера отдельных капель. Это соотношение определяется водо-содержанием смеси. При одном и том же водосодержа-нии, но при разном размере частиц в зазоре соотношение площадей контактирования частиц нефти и воды с поверхностью электродов не изменяется. Этим объясняется то, что точность контактного метода в значительно меньшей степени зависит от структуры потока, чем точность диэлькометрического метода. Независимость от структуры объясняется нормированием толщины преобразуемых по форме частиц жидкости в зазорах.
 

Чему будет равен гидродинамический напор при входе и в выходном сечении.
 

Иначе говоря, полный гидродинамический напор состоит из суммы напоров статического и динамического и величины потери напора на трение.
 

Линия Ям показывает максимально допустимые пьезометрические гидродинамические напоры в подающей линии из условия невскипания теплоносителя.
 

В соответствии о (3.48) гидродинамический напор ( сумма высот нивелирной, пьезометрической и скоростного напора) вдоль по потоку уменьшается.
 

Классификация динамических насосов

В общих чертах, динамический насос функционирует так. Энергия воды, перекачиваемой через рабочую камеру агрегата, из кинетической преобразуется в статическую.
В результате, при уменьшающейся скорости растёт давление — этот процесс и называется динамикой. Остальные нюансы, зависят от конструктивных особенностей данного оборудования.
Поэтому сначала поясним, как классифицируются динамо насосы.

Объёмные насосы, динамические насосы, имеют общие конструктивные решения. Например, по пространственному положению оси, все они подразделяются на горизонтальные и вертикальные.Итак:

• Имеет значение вариант расположения рабочих деталей. В зависимости от этого, насосы бывают с внутренними или выносными опорами, моноблочные, или консольные.
• Расположение входного отверстия в них тоже может быть разным: осевое, боковое, двухстороннее.
• Различают насосы и по числу потоков и ступеней. Таким образом, они могут быть одноступенчатыми, двухступенчатыми или многоступенчатыми. То же самое и с потоками: однопоточные, двухпоточные и многопоточные.
• Свою лепту в классификацию вносят и эксплуатационные характеристики. По ним, насосы делят на: реверсивные, дозировочные, обратимые и регулируемые.
• Классифицируются насосы и по конструкции двигателя. Существует семь вариантов их исполнения: паровые, гидроприводные, пневматические, дизельные, электронасосные, мотонасосные и турбонасосные.

Данное оборудование производится согласно ГОСТ 6134-2007 Насосы динамические. Методы испытаний.
Многие варианты насосов имеют свою специфику использования, например: перекачка нефти, агрессивных жидкостей, масел. Мы же расскажем более подробно о тех вариантах насосного оборудования, которое применяется на производствах и в быту, для обустройства водопроводных и канализационных сетей.

Применение гидродинамических подшипников

Гидродинамические подшипники получили наиболее широкое применение в машинах благодаря простоте конструкции, хотя в периоды пуска и остановки, на малых оборотах они работают в условиях граничного смазывания или даже «сухого» трения.

• Один из главных примеров гидравлического режима трения из повседневной жизни — подшипники коленчатого и распределительного валов двигателя внутреннего сгорания, в которых при его работе за счёт вязкости масла и повышенного давления смазочной системы постоянно удерживается масляный клин. Основной износ вала происходит в момент пуска двигателя, когда производительности насоса недостаточно для поддержания масляного клина и трение переходит в граничное.
• В прецизионных современных станках, работающих при небольших нагрузках, особенно в шлифовальных.
• Использование гидродинамических подшипников скольжения вместо подшипников качения в компьютерных жёстких дисках даёт возможность регулировать скорость вращения шпинделей в широком диапазоне, уменьшить шум и влияние вибраций на работу устройств, тем самым позволяя увеличить скорость передачи данных и обеспечить сохранность записанной информации, а также — создать более компактные жёсткие диски (0,8-дюймовые). Однако имеется и ряд недостатков: высокие потери на трение и, как следствие, пониженный коэффициент полезного действия (0,95 … 0,98); необходимость в непрерывной смазке; неравномерный износ подшипника и цапфы; использование для изготовления подшипников дорогих материалов.
• В насосах, например, в циркуляционном насосе реактора РБМК-1000.
• В вентиляторах для охлаждения персонального компьютера. Использование такого вида подшипников позволяет уменьшить шум и повысить эффективность системы охлаждения. Даже на начальном этапе гидродинамический подшипник работает тише, чем подшипник скольжения. После окончания определённого периода эксплуатации он не теряет своих акустических свойств и не становится более шумным, в отличие от других подшипников.

PCcooler S88

Технические характеристики

• Модель — S88
• Socket — 775, 1150, 1151, 1155, 1156, AM2, AM2+, AM3, AM3+, AM4, FM1, FM2, FM2+
• TDP — 98 Вт
• Тепловые трубки — 2х6 мм
• Материал радиатора — алюминий + медь
• Размеры вентилятора — 80х80 мм
• Скорость вращения вентилятора — 1200 — 2000 об/мин
• Уровень шума вентилятора — 17 — 20.5 дБ
• Воздушный поток — 20 — 32 CFM
• Тип подшипника — гидродинамический
• Коннектор подключения — 4-пин PWM
• Подсветка — отсутствует
• Высота кулера — 112 мм
• Стоимость — 820 рублей.

Система охлаждения S88 представляет собой кулер башенной конструкции с ярким вентилятором оранжевого цвета. На лицевой грани упаковки можно рассмотреть фотографию самого кулера, а также увидеть наименование модели и рассеиваемую мощность в 98 Вт. На оборотной стороне коробки представлены основные технические характеристики кулера. Среди шести вариантов ТТХ присутствует и русский.

Боковые грани коробки S88 рассказывают об особенностях этой системы охлаждения. Производитель выделяет в моделииспользование тепловых трубок, технологию прямого контакта, тихий режим работы и мультиплатформенность кулера.

Верхняя грань упаковки S88 также содержит фото системы охлаждения и уровень ее TDP.

Комплектация S88 состоит из пластиковой рамки крепления с четырьмя фиксирующими клепками, руководства по установке и термопасты.

Внешне S88 выглядит очень компактным, несмотря на башенную конструкцию кулера. Габариты этой системы охлаждения составляют 113х78х112 мм. Конструкция состоит из алюминиевого основания и множества алюминиевых пластин и двух медных тепловых трубок диаметром 6 мм.

Рамка крепления на кулере S88 предназначена для платформ AMD. Для того, чтобы установить данный охладитель на платформы Intel, потребуется использовать дополнительные элементы крепления из комплекта поставки. Система охлаждения S88 построена по технологии прямого контакта, то есть тепловые трубки в процессе работы будут контактировать с крышкой процессора. К ровности основания нет никаких претензий, хотьследы обработки изаметны на глаз.

В качестве обдува радиатора S88 используется красочный 80 мм вентилятор с лопастями и резиновыми демпфирующими уголками оранжевого цвета. Для крепления к радиатору используются металлические скобы.

Благодаря высоте в 112 мм система охлаждения S88 на материнской плате смотрится компактно и миниатюрно.

Ни о каких проблемах с оперативной памятью в случае с S88 не может быть и речи. Кулер просто не достает до модулей памяти, и между ними даже остается небольшое свободное пространство.

Будучи установленной в тестовый стенд система охлаждения S88 положительно выделяется на фоне серых и черных комплектующих благодаря своему красочному оформлению.

Благодаря хорошему прижиму отпечаток термопасты на основании S88 и крышки процессора получился ровным, но смещенным к нижней границе контактной площадки. Возможно, на это повлияла разная высота поверхностей тепловых трубок, но в процессе эксплуатации мы не выявили перегрева и прочих проблем.

Преимущества и недостатки

Преимущества

Гидравлические и пневматические подшипники, в общем, имеют очень низкие коэффициенты трения — намного ниже, чем у механических подшипников. Основной источник трения — это вязкость жидкости или газа. Поскольку у газа вязкость ниже, чем у жидкости, то газостатические подшипники относятся к числу подшипников с наименьшими коэффициентами трения. Однако, чем меньше вязкость жидкости, тем выше утечки, что требует дополнительных затрат на нагнетание жидкости (или газа) в подшипник. Такие подшипники также требуют применения уплотнений и, чем лучше уплотнение, тем выше силы трения.

При высоких нагрузках зазор между поверхностями в гидравлических подшипниках изменяется меньше, чем в механических подшипниках. Можно считать, что «жёсткость подшипника» является простой функцией среднего давления жидкости и площади поверхностей подшипника. На практике, когда нагрузка на вал велика и зазор между поверхностями подшипника уменьшается, давление жидкости под валом увеличивается, сила сопротивления жидкости сильно возрастает и таким образом поддерживается наличие зазора в подшипнике. Однако, в подшипниках с небольшой нагрузкой, таких как подшипники в приводах дисков, жёсткость подшипников качения составляет порядка 107МН/м, в то время как в гидравлических подшипниках ~106 МН/м. По этой причине для повышения жёсткости некоторые гидравлические подшипники, в частности, гидростатические подшипники, конструируют таким образом, чтобы они имели предварительную нагрузку.

Вследствие принципа своей работы гидравлические подшипники часто имеют значительную демпфирующую способность.

Гидравлические и пневматические подшипники, как правило, работают тише и создают меньшие вибрации, чем подшипники качения (вследствие более равномерно распределённых сил трения). Например, жёсткие диски, изготовленные с использованием гидравлических (пневматических) подшипников, имеют уровень шума подшипников/двигателей порядка 20-24 дБ, что не намного больше, чем фоновый шум в закрытой комнате. Диски с подшипниками качения как минимум на 4 дБ более шумные.

Гидравлические подшипники дешевле обычных подшипников при одинаковых нагрузках. Гидравлические и пневматические подшипники достаточно просты по конструкции. В противоположность этому подшипники качения содержат в себе ролики или шарики, имеющие сложную форму и требующие высокой точности изготовления — очень трудно изготовить идеально круглые и гладкие поверхности качения. В механических подшипниках на высоких скоростях вращения поверхности деформируются вследствие центробежной силы, а гидравлические и пневматические подшипники являются самокорректирующимися по отношению к малым отклонениям в форме деталей подшипника.

Также большинство гидравлических и пневматических подшипников требует небольших затрат на техническое обслуживание или не требует их вовсе. Кроме того, у них практически неограниченный срок службы. Обычные подшипники качения имеют более короткий срок службы и требуют регулярной смазки, проверки и замены.

Гидростатические и многие пневматические подшипники более сложны и дороги, чем гидродинамические, вследствие наличия насоса.

Недостатки

В гидродинамических подшипниках обычно рассеивается больше энергии, чем в шарикоподшипниках.

Рассеивание энергии в подшипниках, а также жёсткость и их демпфирующие свойства очень сильно зависят от температуры, что усложняет разработку подшипников и их работу в широком температурном диапазоне.

Гидравлические и пневматические подшипники могут внезапно заклинивать или разрушаться в критических ситуациях. Шарикоподшипники чаще выходят из строя постепенно, этот процесс сопровождается появлением слышимых посторонних шумов и люфта.

Дисбаланс вала и других деталей в гидравлических и пневматических подшипниках больше аналогичного дисбаланса в шарикоподшипниках, что приводит к возникновению более сильной прецессии, ведущей к сокращению срока службы и подшипника и ухудшению его показателей качества.

Ещё одним недостатком гидравлических и пневматических подшипников являются утечки жидкости или газа наружу подшипника; удержание жидкости или газа внутри подшипника может представлять значительные трудности. Цапфы гидравлических и пневматических подшипников часто устанавливают по две и по три друг за другом во избежание утечек с одной из сторон. Гидравлические подшипники, в которых используется масло, не применяются в тех случаях, когда утечки масла в окружающую среду недопустимы, или когда их обслуживание экономически нецелесообразно.