Расчет трубопроводов и гидравлических систем

Содержание

1. Часть 1. Гидромоторы………………………………………………………….3

2. Часть 2. Расчет трубопроводов  и гидравлических систем…………………..7

3. Задание №1……………………………………………………………………...7

4. Задание №2…………………………………………………………………….10

5. Задание №3…………………………………………………………………….14

6. Задание №4…………………………………………………………………….17

7. Список литературы……………………………………………………………21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Часть 1. Гидромоторы

Гидромотор — гидравлический двигатель, предназначенный для сообщения выходному звену вращательного движения на неограниченный угол поворота.

 

Условное графическое обозначение реверсивного нерегулируемого гидромотора

Конструкция и принцип работы

Конструкции гидромоторов аналогичны конструкциям соответствующих насосов. Некоторые конструктивные отличия связаны с обратным потоком мощности через гидромашину, работающую в режиме гидромотора. В отличие от насосов, в гидромоторе на вход подаётся рабочая жидкость под давлением, а на выходе снимается с вала крутящий момент.

Наибольшее распространение получили шестерённые, пластинчатые, аксиально-плунжерные и радиально-плунжерные гидромоторы.

Шестерённые гидромашины выпускаются с внешним и внутренним зацеплением (одним из вариантов последней является героторная гидромашина со специальным трохоидальным зацеплением). Гидромашины с внутренним зацеплением более компактны, но из-за сложности изготовления применяются редко. Кроме того, машины с внутренним зацеплением способны работать при намного меньших давлениях (порядка 7 МПа, реже до 14 МПа), чем машины с внешним зацеплением. Иногда для снижения шумности и неравномерности подачи применяют шестерни с косыми зубьями. В некоторых случаях для облегчения входа перекачиваемой среды (расплав полимера) входной патрубок имеет размеры (эквивалентный диаметр) соизмеримые с размером шестерен.

 

                                   

с внешним зацеплением                                        с внутренним зацеплением

Аксиально-плунжерные и аксиально-поршневые гидромашины отличаются тем, что в первых в качестве вытеснителей используются плунжеры, а во вторых — поршни. Наибольшее распространение получили аксиально-плунжерные гидромашины.

 

 

Радиально-плунжерная гидромашина — один из видов объёмных роторных гидромашин.

Данный вид гидромашин чаще используется в режиме гидромотора, чем в режиме насоса. В том числе, широкое распространение получили высокомоментные радиально-плунжерные гидромоторы, в качестве которых используются радиально-плунжерные или радиально-поршневые гидромашины многократного действия. Гидромашина многократного действия — это такая гидромашина, у которой процесс всасывания и нагнетания за один оборот вала гидромашины осуществляется несколько раз.

Пластинчатые насосы могут использоваться в режиме гидромотора только в том случае, если в пространстве под пластинами расположены пружины, осуществляющие прижим пластин к корпусу статора. При отсутствии таких пружин насос не является обратимым.

Область применения

Аксиально-плунжерные гидромоторы используются в тех случаях, когда необходимо получить высокие скорости вращения вала, а радиально-плунжерные — когда необходимы небольшие скорости вращения при большом создаваемом моменте вращения. Например, поворот башни некоторых автомобильных кранов осуществляют радиально-плунжерные гидромоторы. В станочных гидроприводах широко распространены пластинчатые гидромоторы. Шестерённые гидромоторы используются в несложных гидросистемах с невысокими требованиями к неравномерности вращения вала гидромотора.

Гидромоторы широко применялись в авиации разработки СССР, в виде двухканальных гидроприводов закрылков и перекладки крыла, а также ряде вспомогательных систем, ввиду их небольших габаритов и большой мощности.

 

 

Преимущества

Гидромоторы применяются в технике значительно реже электромоторов, однако в ряде случаев они имеют существенные преимущества перед последними. Гидромоторы меньше в среднем в 3 раза по размерам и в 15 раз по массе, чем электромоторы соответствующей мощности. Диапазон регулирования частоты вращения гидромотора существенно шире: например, он может составлять от 2500 об/мин до 30-40 об/мин, а в некоторых случаях, у гидромоторов специального исполнения, доходит до 1-4 об/мин и меньше[2]. Время запуска и разгона гидромотора составляет доли секунды, что для электромоторов большой мощности (несколько киловатт) недостижимо. Для гидромотора не представляют опасности частые включения-выключения, остановки и реверс. Закон движения вала гидромотора может легко изменяться путём использования средств регулирования гидропривода.

 

Недостатки

Однако гидромоторы обладают теми же недостатками, которые присущи гидроприводу.

Перечислим несколько из них:

1. Относительно низкий уровень КПД гидропривода, а также значительные траты энергии при передачи ее на дальние расстояния.

2. Существует зависимость рабочих характеристик гидропривода от действующих эксплуатационных условий, например, давление, температура.

3. Сильная восприимчивость загрязнений рабочей жидкости. Существует необходимость проводить значительную культуру обслуживания данного агрегата. В случае загрязнения рабочей жидкости какими-либо абразивными элементами, то это может привести к скорому износу определенных частей прецизионных пар в агрегатах гидравлического типа и дальнейшему их выходу из строя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Часть 2. Расчет трубопроводов и гидравлических систем

Задание №1

Задача№1 Вариант №2

Определить до какой высоты полета топливная система (рис. 7-12) без подкачивающего насоса (при его отказе) будет работать без кавитации, если расход топлива равен Q , избыточное давление воздуха над свободной поверхностью жидкости в баке = 275 мм рт. ст., коэффициент вязкости топлива =0,045 см2/с, его объемный вес =8,2 кН/м3 . Расчет произвести для режима разгона по горизонтали с ускорением  j м/с 2 и из условия, что давление перед входом в насос должно быть больше давления парообразования =300 мм рт. ст. на величину кавитационного запаса = 0,5 Н/см2; объемный вес ртути =133,6 Kн/м3.

Исходные данные:

                                                                                  Таблица 1

Q, л/ч	J, м/с	D, м	L1, м	L2, м	L3, м	z1, м	z2, м
2500	2	0,02	0,8	1,4	0,8	0,3	0,3	1,8

 

                                                                                            Продолжение таблицы 1

				, Н/м3		Н/м2	, Н/м3	, м2/с
1,8	1,9	1,5	275	8200	300	5000	133600	0,0000045

 

 

Скорость течения в трубопроводе определяется по формуле:

Далее определяем режим течения жидкости:

В нашем случае режим течения турбулентный, так как число Re > 4000

Определив коэффициент сопротивления трению:

Найдем потери по длине трубопровода:

 

 

 

 

И окончательно определим минимальное давление при котором топливо самотеком будет подаваться в топливную систему.

                                                                                                                   Таблица 2

V, м/с	Re	α	λ	H, м	P2, Па	ρ, кг/м3	Pa, Па
2,211607	9829,362	1	0,030925	2,901485	45080	835,8818	40481,47	0,303005
∑ξ							мм.рт.ст.	Н
7							303	5км

 

 

Вывод: топливо будет подаваться в топливную систему самотеком до высоты 5 километров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание№2

Задача№3 Вариант №1

Найти необходимые диаметры трубопроводов d1 и d2 системы централизованной заправки самолета топливом (рис. 13) из условия одновременности заполнения баков за 30 мин. Объемы баков, длины трубопроводов l1 и   l2 и высоты z1 и z2 даны в табл. 3. Длина раздаточного шланга топливозаправщика равна l = 4 м , диаметр dш=100 мм. Коэффициент кинематической вязкости жидкости =0,045 cм2/c. Характеристика насоса топливозаправщика представлена на рис.14. Давление над свободной поверхностью топлива в баках принять равным атмосферному.

 

Исходные данные:

                                                                                        Таблица 3

Вариант №	W1 тыс. л	W2 тыс. л	L1, м	L2, м	Z1, м	Z2, м
1	30	30	5	1	0,3	2

 

 

 

Решение:
Найдем суммарный расход через систему
				0,0333		м3/с   =		2000		л/мин
Поскольку баки одинакового  объема, то  расходы в трубопроводах к бакам одинаковы
		0,0167		м3/с
Определим режим течения  в шланге топливозаправщика												94361,9
Течение турбулентное, следовательно, коэффициент сопротивления трению
		0,0181
								2,66 м
Потери  в шланге
По характеристике насоса определяется напор, создаваемый им при
	, Ннас = 13,8 м
Тогда располагаемый  напор для участка разветвления от шлангов до баков
		11,14		м
Задаваясь рядом значений диаметров d1  и d2 определим потери  напора в трубопроводах
и построим зависимости h=f(d).  Потери  определяем  по формуле
								Таблица 4
d, м	0,075	0,05		0,04		0,03		0,025
Re	62907,9	94361,9		117952,3		157269,8		188723,8
l	0,0200	0,0181		0,0171		0,0159		0,0152
h1,м	1,27	6,94		19,45		75,41
h2, м	0,49	1,63		4,13		15,32		36,01
hтр	11,14	11,14		11,14		11,14		11,14