Презентация на тему гидравлические машины в мчс. Презентация "гидравлические машины, основанные на гидростатике"

Цель: Изучить физические основы работы и устройства гидравлических машин.

Задачи:

Образовательная:

Применить имеющиеся знания к объяснению принципа действия технических устройств.
Создать условия для понимания особых свойств работы гидравлического домкрата и пресса.

Развивающая:

Создать условия для активизации познавательной деятельности.
Развивать способности учащихся грамотно выражать свои мысли.

Воспитательная:

Развивать познавательный интерес к предмету, показать значение физики для развития техники.
Развивать навыки коммуникативного общения

Ход урока

Проверка домашнего задания

На предыдущих уроках мы с вами изучили давление твёрдых тел, методы его расчёта, способы и необходимость на практике увеличивать или уменьшать это давление. Не менее важно было знать, как измеряется гидростатическое давление. Подводные лодки, аквалангисты, водолазы и т.д. постоянно испытывают это колоссальное давление. И, наконец, давление газов и, прежде всего, нашей атмосферы. Ведь мы с вами живём на дне воздушного океана и жизненно важно вести мониторинг атмосферного давления. На предыдущем уроке, мы с вами научились измерять давление, как большее атмосферного, так и давление меньшее атмосферного, что одинаково важно в технике. Вот и покажем свои знания по всем этим уже изученным вопросам.

Тема нашего сегодняшнего урока гидравлические машины.

(Слайд 1).

Переведите единицы измерения мм.рт.ст. в Па. (Слайд 3)

Для понимания многих явлений требуется знание одного из важнейших законов природы - закона Паскаля.

Кто знает формулировку закона Паскаля, поднимите руку.

Мы с вами повторили:

1) Как передаётся давление в жидкости.

Все эти 3 задачи являются главными в работе одной из самых "сильных" машин, которая легко штампует кузова, крылья, двери не только легковых, но и грузовых автомобилей, делает многие и многие тяжёлые работы в сельском хозяйстве, промышленности и даже у папы в гараже.

Кто догадался, как же называются эти машины?

Гидравлические машины.

Сначала посмотрим, как они выглядит на модели. (Приложение 3) (Приложение 2)

Кто сможет описать его устройство?

Гидравлический пресс состоит из двух цилиндров и свободно перемещающихся поршней разной площади сечения, соединённых трубкой заполненной минеральным маслом. В тетради ученики делают принципиальную схему гидравлической машины, повторяя правило (алгоритм) описания устройства пресса. Презентация 1 (Слайд 7)

Пусть F 1 - сила, действующая на малый поршень с площадью S 1 . Тогда давление, которое малый поршень производит на жидкость равно:

Это давление по закону Паскаля передаётся по всем направлениям одинаково. Следовательно, и на больший поршень производится точно такое же давление p 2 = p 1 . Теперь можно посчитать, какая сила давления действует на больший поршень: F 2 = p 2 S 2.

Проведём простейший расчёт силы давления, которую развивает больший поршень. Из него будет следовать полное понимание того, зачем построена эта сильная машина. (Числа подбираются эффектные и простые с тем, чтобы учащиеся легко справились с расчётом выигрыша в силе почти устно. Иначе за тяжёлыми расчётами они не смогут разглядеть суть дела).

Отношение F 2 /F 1 = S 2 /S 1 называется выигрышем в силе.

Современные гидравлические прессы дают возможность получить выигрыш в силе в несколько тысяч раз.

Посмотрим, с какой силой нужно действовать, чтобы поднять, машину, мотоцикл находим массу, с помощью которой уравновесятся различные тела. Приложение 4

Какой вывод можно отсюда сделать? Презентация 1 (слайд 9)

Где применяются такие устройства? (слайд 11,12)

Итак, мы познакомились с принципом действия, устройством и применением гидравлического пресса. Теперь проверим себя, чему научились на этом уроке. (Приложение 5 )

Подводя итоги урока , дети делают выводы, что гидравлические механизмы необходимы в жизни человека.

Они позволяют добиваться выигрыша в силе. Приложение 1

Выставление оце нок и объявление домашнего задания.

Литература.

Перышкин А.В. Физика 7 класс - М.: "Дрофа", 2009.
Волков В.А., Полянский С.Е. Поурочные разработки по физики 7 класс - М.:"ВАКО" 2009.
Перышкин А.В. Сборник задач по физике 7-9 класс -М.: издательство "Экзамен" 2006.

Машины, использующие жидкость в качестве рабочей среды. Подразделяются на насосы и гидродвигатели.

Насос – сообщает потоку жидкости механическую энергию, получая ее от приводного двигателя

Гидродвигатель - получает энергию от потока рабочей жидкости и преобразует ее в энергию движения выходного звена, передавая ее рабочим органам машины.

Если выходное звено получает вращательное движение, то такой гидродвигатель называют гидромотором , если поступательное, то силовым цилиндром .

По принципу действия гидромашины делят на объемные и динамические

Объемными называю гидромашины, рабочий процесс которых основан на попеременном заполнении рабочих камер жидкостью и вытеснении ее из этих камер.

Основной разновидностью динамических насосов являются лопастные

Лопастные машины имеют вращающееся рабочее колесо, снабженное лопастями.

Лопастные машины

Рабочим органом лопастной машины является вращающееся рабочее колесо, снабженное лопастями.

Энергия от рабочего колеса жидкости передается путем динамического взаимодействия лопастей колеса с обтекающей их жидкостью

В центробежном лопастном насосе жидкость под действием центробежных сил перемещается через рабочее колесо от центра к периферии.

Проточная часть насоса состоит из трех основных элементов - подвода 1 , рабочего колеса 2 и отвода 3 . По подводу жидкость подается в рабочее колесо из подводящего трубопровода. Рабочее колесо 2 передает жидкости энергию от приводного двигателя.

В осевом лопастном насосе жидкость перемещается в основном вдоль оси вращение рабочего колеса. Рабочее колесо осевого насоса похоже на винт корабля.

Оно состоит из втулки 1 , на которой закреплено несколько лопастей 2 . Отводом насоса служит осевой направляющий аппарат 3 , с помощью которого устраняется закрутка жидкости, и кинетическая энергия ее преобразуется в энергию давления. Осевые насосы применяют при больших подачах и малых давлениях.

В осевом насосе можно расширить диапазон рабочих подач и напоров, в котором насос работает, применив поворотные лопасти.

С изменением угла установки лопасти характеристика насоса сильно изменяется при незначительном снижений оптимального КПД

Движение жидкости в рабочем колесе центробежного насоса

Скорость абсолютного движения V (абсолютная скорость) равна геометрической сумме скорости W жидкости относительно рабочего колеса (относительной скорости)и окружной скорости U рабочего колеса (переносной скорости)

Угол между абсолютной V и переносной U скоростями жидкости;- угол между относительной скоростью W и отрицательным направлением переносной скорости U жидкости.

V U - проекция абсолютной скорости на направление окружной

Подача, напор, мощность насоса и КПД

Подачей насоса называется расход жидкости через напорный патрубок.

Напор Н представляет собой разность удельных энергий жидкости в сечении потока после насоса и перед ним. Это та удельная энергия, которую насос сообщает жидкости.

H Z Н Z В PН g P V 2 2 g V 2

Где индексы обозначают Н – напорный, В – всасывающий.

В геометрической интерпретации это высота, на которую жидкость способна подняться под действием статического давления и разности скоростей на входе в насос и выходе из него.

Мощностью насоса (мощностью, потребляемой насосом) называется энергия, подводимая к нему от двигателя за единицу времени.

Полезная мощность насоса N П мощность, сообщаемая насосом перекачиваемой жидкости.

Определяется по формуле: N П = gHQ .

Баланс энергии в лопастном насосе

Механические потери -- потери на трение в подшипниках, в уплотнениях вала и на трение наружной поверхности рабочих колес о жидкость.

Мощность, остающаяся за вычетом механических потерь, передается рабочим колесом жидкости. Ее принято называть гидравлической N Г .

Объемные потери.

Жидкость, выходящая из рабочего колеса в основном поступает в напорный патрубок насоса, и частично возвращается в подвод через зазор в уплотнении 1 между рабочим колесом и корпусом насоса.

Энергия жидкости, возвращающейся в подвод, теряется. Эти потери называются объемными.

Гидравлические потери

Расходуются на преодоление гидравлических сопротивлений подвода, рабочего колеса и отвода.

Г гидравлический КПД, учитывающий потери мощности на преодоление гидравлических сопротивлений в насосе;о объемный КПД, учитывающий потери мощности в насосе из за внутренних

утечек, перетекания жидкости через зазоры из полости с высоким давлением в полость с низким давлением;

мех механический КПД, учитывающий потери мощности в подшипниках, уплотнениях и трение наружной поверхности рабочего колеса о жидкость.

N N П

Основное уравнение лопастных насосов

Основное уравнение лопастных насосов было впервые выведено Эйлером.

Оно связывает напор насоса со скоростями движения жидкости, которые зависят от подачи и частоты вращения насоса, а также от геометрии рабочего колеса и подвода.

Теоретический напор, создаваемый центробежным насосом с бесконечно большим числом лопаток (z=), равен

H T g 1 u 2 2u u 1 1u

где u 2 и u 1 - окружные скорости рабочего колеса на выходе и на входе;

1U и 2U окружные составляющие абсолютных скоростей на выходе и входе в колесо.

Действительный напор центробежного насоса равен

H н г k z H Т

Здесь k - коэффициент влияния числа лопаток,

2sin 2

который можно оценить по следующей приближенной

Экспериментальная характеристика центробежного насоса

Характеристикой насоса называется зависимости напора, мощности, КПД и кавитационного запаса от подачи.

Кавитация и кавитационный запас в гидромашинах

Кавитацией называется нарушение сплошности потока жидкости, обусловленное появлением в ней пузырьков заполненных газом или паром. Кавитация возникает при понижении давления, в результате чего жидкость закипает или из нее выделяется растворенный газ. В большинстве случаев выделение газа не играет существенной роли.

В потоке жидкости падение давления обычно происходит в области повышенных скоростей. При движении жидкости в области повышенного давления происходит конденсация паров в пузырьке, его захлопывание, при котором частицы жидкости движутся внутрь пузырька и сталкиваются друг с другом.

Это приводит к мгновенному местному повышению давления, достигающему тысяч атмосфер. Имеет место эрозионное разрушение стенок каналов.

В лопастных насосах кавитация сопровождается падением подачи, напора, мощности и возникает на лопатке рабочего колеса вблизи ее входной кромки.

Давление здесь значительно ниже, чем давление во входном патрубке насоса, из- за местного возрастания скорости и гидравлических потерь в подводе.

Ход урока.

I. Организационный момент.

Цель: сообщить тему урока, сформулировать цели урока, настроить учащихся на работу.

Опорное повторение.

Вопросы:

Слайды 1,2 . Устные ответы на вопросы, приведенные на слайдах.

Мотивация и сообщение темы урока.

Слово учителя: Человек, поселяясь там, где нет источников воды, вынужден организовать ее доставку к месту жилища, ее очистку. Вода нужна человеку не только для питья, но и для полива сельскохозяйственных угодий, гигиенических процедур, тушения пожаров и т.д. Ясно, что даже в городе на берегу реки необходимо иметь устройства, позволяющие поднимать воду наверх. Первыми такими устройствами был простейшие подъемники. Именно с их помощью, в основном, и доставали воду из колодцев и водоемов до XVIII века.

Однако еще в 1 в. н. э. древнегреческим учёным Героном из Александрии описана пожарная помпа, изобретенная древнегреческим механиком Ктесибием (Слайд3) Такая помпа использует два поршня и четыре клапана, с помощью которых вода постепенно заполняет центральный цилиндр помпы под давлением. Когда уровень воды в центральном цилиндре достигает отверстия, то вода по трубке, надеваемой на патрубок, отходящий от отверстия, вырывается наружу и направляется на очаг огня. Такая помпа использовалась пожарными вплоть до середины XX века.

(Слайд 4) Ручные поршневые насосы, в которых поршень создает разрежение, а атмосферное давление подает под него воду, в настоящее время еще сохранились на садовых участках. В них только один поршень и два клапана. В остальном их принцип действия такой же, как в древней пожарной помпе. Рассказ об устройстве диафрагменного насоса по слайду. Своего расцвета поршневые насосы достигли в XIX веке, когда стали использовать стальные поршни, приводимые в движение паровыми машинами

4). Развитие в XX веке электроэнергетики, появление разнообразных двигателей, от дизельных до электрических, необходимость добывать нефть из глубоких скважин - все это способствовало изобретению новых типов насосов, позволяющих использовать вращение вала двигателя.

Широкое распространение получили, например, шестеренчатые, центробежные, диафрагменные насосы. Они позволяют поднимать жидкости на высоту больше, чем 10 м. Например, в США для насосной станции Гранд-Кули был создан вертикальный одноступенчатый центробежный насос, способный подавать 138 000 м 3 /ч на высоту 95 м. Отличительная черта всех этих насосов - ускорение поступающей жидкости до большой скорости.

Рассказ об устройстве диафрагменного насоса по слайду (Слайд 5)

Стадия осмысления.

Цель: объяснить принцип работы гидравлических машин .

Другие замечательные машины, принцип действия которых основан на законе Паскаля -позволяют, прилагая малые усилия, добиваться воздействия огромных сил на нужные объекты.

Устройство их просто: два сообщающихся сосуда с разными площадями оснований, в которых сжатая жидкость передает усилие одного поршня другому.

1. Если на поршень с площадью S 1 надавить с силой F 1 , то давление под поршнем (слайд 6) будет равно

На том же уровне в правом сосуде давление тоже будет равно p 1 ,. Однако если площадь правого поршня будет равна S 2 , то сила действия жидкости на правый поршень будет равна

Таким образом, если правый поршень по площади в 10 раз больше левого поршня, то, воздействуя с силой 1 Н на левый поршень, мы сможем создать усилие на правый поршень в 10 раз больше

2. Сколько жидкости убудет из левой половины сосуда, столько же ее прибудет в правую половину. Поэтому если мы сдвинем левый поршень на 10 см, правый поднимется лишь на 1 см Чтобы поднимать тела, используют систему клапанов и повторяют процедуру опускания и подъема левого поршня несколько раз. Та кработает гидравлический домкрат

Попробуйте по слайду сами рассказать, как работает гидравлический домкрат.

3. Если над поршнем справа поставить неподвижную перекладину, то груз упрется в нее, и мы будем сдавливать его с большим усилием. Такое устройство называется гидравлическим прессом.

В серьезных технических устройствах нагнетание масла происходит не вручную, а с помощью специального двигателя.

Стадия рефлексии.

Цель: применение полученных знаний при решении задач и при ответах на вопросы.

Необходимо сформулировать ответы на вопросы, приведенные на слайдах 6, 7 .

Подведение итогов, выставление оценок.

Боевая одежда пожарного (БОП-1) - является современным универсальным средством для индивидуальной защиты личного состава пожарных и аварийно-спасательных подразделений от воздействия поражающих факторов при пожаре - повышенной температуры, открытого пламени, воды, горюче-смазочных материалов, растворов кислот и щелочей. Кроме того, она является также отличной защитой от неблагоприятных атмосферных факторов (ветер, дождь, мороз, туман) Пакет материалов и тканей, из которых изготовлена одежда, обеспечивает защиту тела пожарных от высоких температур окружающей среды, теплового потока, открытого пламени, контакта с нагретыми поверхностями, физико-механических воздействий, воды и агрессивных сред. Теплоизоляционная подкладка боевой одежды пожарного выполнена съемной, что облегчает уход за одеждой. Капюшон боевой одежды пожарного съемный и обеспечивает возможность его использования с пожарным шлемом. На боевой одежде пожарного предусмотрены накладные карманы, внутренний карман и карман для радиостанции. Боевая одежда пожарного оснащена сигнальными (флуоресцентными и световозвращающими) лентами. Боевая одежда пожарного обеспечивает возможность ее использования со снаряжением пожарного: пожарным спасательным поясом; пожарным шлемом; средствами индивидуальной защиты органов зрения и дыхания пожарного; специальной пожарной обувью; средствами защиты рук; радиостанцией.