تحقیق مقاله سیستم های سیالاتی

سیستم های سیالاتی وسایلی هستند که نیرو را از مکانی به مکانی دیگر انتقال می دهند  که در این انتقال از یک سیال کمک می گیرند. این سیال می تواند یک مایع باشد

(‌آب یا روغن) و یا می توانید یک گاز ( هوا ) تحت فشار باشد.

بسیاری از این وسایل بر اساس قواعد استاتیک سیالات و سینماتیک سیالات پایه گذاری شده اند. در این بخش ما بر روی پاره ای از این سیستمها بحث می‌نماییم:

1- پرسهای هیدرولیکی The hydraulic press:

پرس های هیدرولیکی وسایلی هستند که برای بالا بردن وزنه های سنگین با استفاده از نیروهای کم به کار می روند. این پرسها بر اساس قانون پاسکال پایه گذاری شده اند که بر اساس این قانون، در سیال ساکن و یا در مواردی که لایه‌های سیال نسبت به لایه‌های مجاور حرکت نکنند، در هر نقطه فشار در تمام جهات یکسان است.

 پرس هیدرولیکی متشکل از دو سیلندر با قطرهای متفاوت می باشد. یکی از این سیلندرها دارای قطر بیشتری است و شامل یک چکش می باشد در حالی که سیلندر دومی دارای قطر کمتری است و شامل یک فرورونده است. دو سیلندر توسط یک لوله به هم متصل می شوند. سیلندرها و لوله شامل یک مایع تحت فشار هستند که به عنوان ناقل عمل می نماید.

در فرورونده

در چکش

هنگامی که نیروی کوچک F به فرورونده وارد می شود و آن را به طرف پائین می راند، یک فشاری در مایعی که در معرض فرو رونده قرار دارد به وجود می آید. این فشار به طور مساوی در تمامی جهات انتقال می یابد و باعث می شود که چکش به سمت بالا حرکت نماید.

W= وزن قلعه بلند شونده                                         

F= نیروی اعمال شده بر فرو رونده                                     

A= مساحت چکش

a = مساحت فرورونده                                

P= شدن فشار تولید شده به وسیله نیروی F

2- انباره هیدرولیک The hydraulic Accumulator:

 انباره های هیدرولیکی وسایلی هستند که برای ذخیره کردن انرژی یک مایع مورد استفاده قرار می گیرند. در مواردی مانند آسانسورها و یا جرثقیل های هیدرولیکی، مقدار انرژی زیادی مورد نیاز است هنگامی که‌ آسانسور یا جرثقیل به سمت بالا حرکت می‌کند. این انرژی توسط انباره هیدرولیکی تهیه می شود. اما زمانی که آسانسور در حال حرکت به سمت پایین است، دیگر به هیچ نیروی زیادی نیازمند نسیت و در این زمان انرژی از پمپها در داخل انباره ها ذخیره می شود.

یک انباره هیدرولیکی شامل یک سیلندر عمودی ثابت است که آن نیز شامل یک چکش لغزنده است. یک وزنه سنگین در مکانی بر روی چکش قرار می گیرد. قسمت ورودی سیلندر به پمپ متصل می شود و در این زمان آب تحت فشار به داخل آن تزریق می‌شود خروجی سیلندر به ماشین مورد نظر متصل می شود. (این ماشین می تواند یک آسانسور و یا یک جرثقیل باشد ).

در ابتدا چکش در پایین ترین مکان خود قرار دارد. پمپ آب تحت فشار را به طور ممتد به داخل سیلندر تزریق می کند، اگر آب تحت فشار مورد نیاز نباشد، در این زمان آن در داخل سیلندر ذخیره می شود. هنگامی که چکش در بالاترین حالت خود قرار می‌گیرد  است. سیلندر از آب پر شده است و انباره بیشترین مقدار انرژی فشاری را در خود ذخیره کرده است. حال هنگامی که ماشینها ( آسانسور یا جرثقیل ) به مقدار زیادی انرژی نیاز داشته باشند. انباره هیدرولیکی این انرژی را تهیه می کند وچکش به سمت پایین حرکت می نماید.

حداکثر مقدار انرژی که انباره هیدرولیکی می تواند در خود ذخیره نماید، برابر است با ظرفیت آن انباره هیدرولیکی .

A= مساحت چکش لغزنده .

L= مقدار بالا رفتن چکش

P = شدت فشار آب تهیه شده به وسیله پمپ

W= وزنه قرار گرفته بر روی چکش

L×A×P = مقدار کار انجام یافته توسط چکش

مقدار کار انجام یافته توسط چکش

کار انجام یافته در بالا رفتن چکش برابر است با مقدار انرژی ذخیره شده در انباره. و انرژی ذخیره شده برابر است با ظرفیت انباره، در نتیجه داریم:

L×A× P= ظرفیت انباره

حجم انباره ×P = ظرفیت انباره

  3- تقویت کننده هیدرولیکی The hydraulic intensifier :

 این وسیله به منظور افزایش شدت و نیروی فشار آب مورد استفاده قرار می‌گیرد، بدین معنی که در این وسیله انرژی هیدرولیکی از مقدار زیادی آب که تحت فشار کمی قرار دارد، تهیه می شود.

این وسیله زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که ماشینهای هیدرولیکی مثل پرس هیدرولیکی به مقداری آب که تحت فشار زیادی قرار دارد نیاز دارند و نمی توانند آن را از مسیرهای اصلی تغذیه، تأمین نمایند.

(شکل در فایل اصلی موجود است)

شکل 3:

یک تقویت کننده هیدرولیکی تشکیل شده است از یک سنبه ثابت که در میان مقداری آب که تحت فشار بالایی قرار دارد و ماشین در حال جریان است، قرار می گیرد. همچنین دارای یک استوانه تو خالی وارونه است که آن استوانه بر روی آن سنبه ثابت قرار می گیرد و حاوی مقداری آب تحت فشار بالاست.

یک مقدار زیادی آب که تحت فشار کمی قرار  دارد از منابع تغذیه، به استوانه ثابت وارورنه، وارد می شود. وزن این مقدار آب، استوانه متحرک را به سمت پایین هل می‌دهد.  آبی که داخل استوانه لغزنده قرار دارد، در اثر پایین آمدن استوانه لغزنده فشرده می‌شود و بدین صورت فشار آن افزایش می یابد. حال این آبی که دارای فشار بالایی است از میان سنبه ثابت می گذرد و به ماشینی که به تقویت کننده ما متصل است می‌رسد.  

P* توان و شدت فشار آبی که در داخل استوانه لغزنده قرار دارد (‌آب با فشار بالا)

‍P توان و شدت فشار آبی که از تغذیه کننده ها وارد استوانه ثابت می شود (‌آب با فشار پایین )

A مساحت استوانه لغزنده                            a مساحت قسمت انتهایی سنبه ثابت

4- چکش هیدرولیکی the Hydraulic Ram :

 در واقع چکش هیدرولیکی یک نوع پمپ است که می توان مقداری آب را بدون هیچگونه نیروی اضافی تا یک ارتناعی بالا ببرد. هنگامی که مقدار زیادی آب در یک ارتفاع پایین در دسترس باشد، مقدار کمی از آن آب را می توان به کمک چکش هیدرولیکی تایک ارتفاع زیادی بالا برد.

در شکل زیر اجزای اصلی یک چکش هیدرولیکی نشان داده شده است.

(شکل در فایل اصلی موجود است)

شکل 4:

هنگامی که شیر داخل جفت می شود، لوله تغذیه باز می شود و آب از تانک تغذیه به سوی محفظه شروع به جریان می کند. در محفظه دو شیر B و C وجود دارد. شیر B را شیر هرزه و شیر C را شیر تحویل می نامند.

شیرC روبه یک محفظه هواست. حال آب از تانک تغذیه به سوی محفظه شروع به حرکت می کند و این باعث می شود که سطح آب در داخل محفظه بالا رود و درنتیجه شیر هرزه، که شیر B است به سوی بالا حرکت کند. حال این که عمل آنقدر ادامه می‌یابد تا اینکه شیر B بسته شود. بسته شدن ناگهانی شیر B باعث به وجود آمدن  فشار بالایی در داخل محفظه که این فشار بالا باعث باز شدن شیر تحویل می شود باز شدن محفظه C منجر به ورود آب به داخل محفظه هوا می شود، در نتیجه هوای داخل آن به خاطر ورود آب فشرده می شود. حال این هوای فشرده شده، نیرویی به آبی که وارد محفظه هوا شده وارد می نماید و مقدار کمی از آن آب بر اثر نیرویی که به آن اعمال شده تا ارتفاع زیادی در لوله ای که به محفظه هوا متصل است، بالا می رود.

هنگامی که آب داخل محفظه  کم می شود، شیر B باز می شود و جریان آب از تانک تغذیه به محفظه آب دوباره برقرار می شود و این چرخه به همین صورت تکرار می‌شود.

5- آسانسور هیدرولیکی : The Hydraunlic  Lift :

الف- آسانسور فشار مستقیم: Direct aeting hydraulic lift

ب- آسانسور معلق: Suspended hydraulic lift

 آسانسور هیدرولیکی وسیله ای است که برای حمل نفر یا کالا از یک طبقه به طبقات دیگر در ساختمان های چند طبقه استفاده می شود. که شامل دو نوعند:

آسانسور هیدرولیکی                          

آسانسور فشار مستقیم از یک کوبه ram تشکیل شده است که درون یک سیلندر ثابت حرکت می کند.

الف) در قمست بالایی این کوبه ram کابین آسانسور قرار گرفته است. مایع تحت فشار به داخل سیلندر جریان می یابد، این مایع به کوپه نیرو وارد می کند و باعث حرکت عمودی و به سمت بالای آن می شود در نتیجه کابین تا ارتفاع مورد نیاز بالا می رود. کابین به سمت پایین حرکت می کند زمانی که مایع را از درون سیلندر خارج شود.

ب) تصویر زیر یک آسانسور هیدرولیکی معلق را نشان می دهد. این یک شکل تغییر یافته از نوع فشار مستقیم است. این نوع شامل یک کابین است که از کابل سیمی آویزان شده است.

(شکل در فایل اصلی موجود است)

قسمت بالا برنده این آسانسور Jigger شامل، یک سیلندر ثابت، یک کوبه ram و یک دستگاه شامل دو قرقره است که در قسمت زیر کابین قرار دارد. یکی از این قرقره ها ثابت و دیگری متحرک است. قسمت انتهایی کوبه به قرقره متحرک وصل شده است. کابل سیمی که یک طرف آن در نقطه A ثابت شده است دور قرقره های ثابت و متحرک پیچیده شده و پس از عبور از دور قرقره های راهنما، کابین از انتهای دیگر آن آویزان شده است. بالا و پایین رفتن کابین آسانسور توسط Jigger انجام می شود که در زیر به شرح آن می پردازیم.

زمانی، که آب با فشار بالا وارد سیلندر می شود، به کوبه نیرو وارد می شود که به سمت چپ حرکت می کند انتهایی از کوبه که به قرقره متحرک وصل شده است آن را به سمت چپ حرکت داده و باعث می شود که قرقره به سمت چپ حرکت کند و فاصله بین دو قرقره زیاد شود. در نتیجه کابل متصل به کابین کشیده شده و کابین به سمت بالا حرکت می کند. برای پائین آمدن کابین آب درون سیلندر خارج می شود، کوبه به سمت راست حرکت کرده و در نتیجه قرقره متحرک به سمت راست حرکت می کند، این کاهش فاصله بین دو قرقره باعث افزایش طول کابل شده و در نهایت باعث پایین آمدن کابین می شود.

6- جرثقیل هیدرولیکی The Hydraulic Crane :

 جرثقیل هیدرولیکی وسیله است که برای بالا بردن و یا جابجایی بارهای سنگین به کار می رود. جرثقیل در ابعاد گسترده در کارگاه ها، انبارها، و بار اندازها استفاده می‌شود. یک جرثقیل هیدرولیکی شامل تیر ( دکل ) Mast ، بند ( قیر) tie ، بازو Jib ، قرقره راهنما guide pulley و بالا برنده gigger است، بازو و قیر به دکل متصل شده اند. بازو می تواند به منظور افزایش شعاع عمل جرثفقیل بالا و پایین برود. دکل و بازو می توانند حول یک محور عمودی بچرخند در نتیجه بار متصل به طناب می تواند به منطقه دیگری از محدوده کار جرثقیل منتقل شود. بالا برنده jigger که شامل کوبه متحرک درون سیلندر ثابت است برای بالا و پایین بردن بار سنگین استفاده می شود. یک طرف کوبه با آب در تماس است و یک طرف دیگر آن به قرقره متحرک وصل شده است. قرقره دیگری که قرقره ثابت نامیده می شود به سیلندر متصل است. قرقره متصل به کوبه بالا و پایین می رود در حالی که قرقره متصل به سیلندر حرکتی ندارد. یک کابل سیمی که یک انتهای آن به قرقره متحرک وصل شده است به دور مجموعه دو قرقره پیچیده شده و در انتها پس از عبور از قرقره راهنما به بازو Jib وصل شده است. همان طور که در شکل زیر نشان داده شده است، طرف دیگر قابل جهت آویز کردن بار به یک قلاب وصل شده است.

برای بلند کردن بار توسط جرثقیل ، آب تحت فشار به داخل سیلندر بالا برنده (Jigger ) وارد می شود.

که باعث حرکت عمومدی کوبه به ( Sliding ram ) سمت بالا می شود. حرکت عمودی کوبه به سمت بالا منجر به حرکت قرقره متحرک به سمت بالا می شود. افزایش فاصله بین دو قرقره باعث کشیده شدن کابل عبوری از قرقره راهنما می شود. این عمل بار متصل به قلاب را بلند می کند.

اتصالات هیدرولیکی The fluid or Hydrauilc coupling:

اتصال هیدرولیکی وسیله ای است که برای انتقال نیرو از میل گاردان Driving shaft به میله ای که باید بچرخد driven shaft استفاده می شود. که از یک سیال ( عموماً روغن ) کمک می گیرد.

هیچ اتصال مکانیکی بین دو محور shaft وجود ندارد. اجزاء آن یک پمپ شعاعی gradial pump lmpeller که روی محور A نصب شده و یک توربین عمل کننده شعاعی rasdial flow reaction turbine که روی محور B نصب شده است.

هم پمپ و هم توربین (که در شکل برش خورده نشان داده شده) درون یک پوشش

(پوسته ) عمل می کنند که به طور کامل از روغن پر شده است.

در ابتدا هر دو محور A و B بدون حرکتند زمانی که محور A ( اعمال کننده چرخش ) می‌چرخد، روغن شروع به حرکت از شعاع ورودی به شعاع خروجی پمپ می کند.

انرژی فشار و انرژی جنبشی روغن در شعاع خروجی پمپ افزایش می یابد. این روغن که انرژی آن افزایش یافته است وارد گرداننده توربین می گردد. روغن زمانی که درون گرداننده شارش می یابد انرژی را به پره ها منتقل می کند و باعث می شود تا گرداننده بچرخد.  نیرو از محور A به محور B به صورت هیدرولیکی منتقل شده به طوری که محور B از لرزش های موتور مصون می ماند. بازده این وسیله به صورت زیر محاسبه می شود.

نیروی منتقل شده به محورB

نیروی موجود در محور A

و N سرعت محور

T گشتاور محور                  نیروی هر محور

و افت هر اتصال هیدرولیکی به صورت زیر تعریف می شود:

7- مبدل گشتاور هیدرولیکی  The Hydrauilc Torque Convertor :

 مدبل گشتاور هیدورلیکی وسیله ای است که برای انتقال گشتاور افزایش یافته محور اصلی  ( گرداننده ) بکار می رود. گشتاور منتقل شده به محور فرعی Driven shaft ممکن است بیشتر یا کمتر از گشتاور موجود گرداننده Driving shaft باشد. گشتاور در محور فرعی می تواند  یا پنج برابر گشتاور موجود در محور اصلی با بازدهی حدود 94% افزایش یابد.

نیروی هر محور با گشتاور و سرعت محور متناسب است. اگر گشتاور در محور فرعی افزایش یابد سرعت متناسب آن محور کاهش خواهد یافت. سرعت محور فرعی با کم کردن حجم روغن کاهش می یابد- روغنی که مجاز به شارش از پمپ گرداننده به توربین می باشد. با کاهش سرعت محور فرعی گشتاور افزایش می یابد.

شکل زیر یک مبدل گشتاور هیدرولیکی را نشان می دهد. 

(شکل در فایل اصلی موجود است)