Гидростатическое давление в произвольной точке внутри жидкости равно сумме величин давления на поверхности жидкости и давления создаваемого самой жидкостью pi = p0 + ρ g hi. Здесь давление создаваемое жидкостью зависит лишь от высоты столба жидкости hi, и поэтому насколько изменится давление на поверхности (р0), настолько изменится давление в точке i (pi). Это положение носит название закона Паскаля.
Закон Паскаля: Изменение давления на поверхности жидкости, находящейся в равновесии передаётся в любую точку жидкости без изменений.
Закон Паскаля широко применяется в различных гидравлических машинах, из которых наибольшее распространение получили: гидравлический пресс, гидравлические аккумуляторы и мультипликаторы, гидравлические домкраты.
Гидравлический пресс – это машина, создающая большие усилия, необходимые при штамповании или прессовании изделий. Гидравлические прессы предназначены также для проведения испытаний материалов на прочность. Гидравлический пресс (рис.2.7) состоит из двух камер, соединенных трубопроводом.
В первой камере установлен поршень диаметром d, во второй – диаметром D. Так как камеры заполнены жидкостью, то прикладывая усилие F1 к маленькому поршню, площадь которого , получаем под ним среднее давление Это давление, как заметил Паскаль, передается во все точки жидкости, в тот числе и на поверхность большого поршня, поэтому на большой поршень действует давление рср, а усилие, которое создает этот поршень (2.27):
Таким образом, прессующее усилие F2 во столько раз больше силы F1, приложенной к первому поршню, во сколько раз площадь поршня S2 больше площади S1. Гидравлический аккумулятор позволяет накопить энергию в жидкости, которую подает насос в период холостого хода других гидравлических машин и быстро отдать ее в период рабочего хода. Аккумулятор обеспечивает работу насоса с постоянной нагрузкой, а кроме того, он поддерживает статическое давление в сети.
Применяют два вида аккумуляторов: воздушные и грузовые. В рабочем цилиндре грузового аккумулятора массивный плунжер диаметром D, на котором одето коромысло с подвешенными грузами. Аккумулятор заряжается, когда насос подает рабочую жидкость в рабочий цилиндр с давлением, которое обеспечивает подъем плунжера с грузом на высоту h. Теоретическое давление насоса, необходимое для зарядки аккумулятора (2.28):
где G – сила веса груза (G = mg), H;
S — площадь торцевой поверхности плунжера, м2.
За счет поднятия груза G на высоту хода поршня h, накапливается потенциальная энергия (2.29):
Для увеличения давления жидкости при нагнетании используют гидравлические мультипликаторы. Схема гидравлического мультипликатора приведена на рис. 2.8.
В цилиндр мультипликатора подается жидкость с давлением p1, из-за чего на поршень D действует сила , которая создает давление рабочей жидкости в полости действия плунжера d что значительно выше давления р1.
Реальное давление после мультипликатора с учетом коэффициента полезного действия η можно определить(2.30):
где р1 – давление рабочей жидкости на входе в мультипликатор.