7608

Процеси передачі і розсіювання енергії в об’ємних приводах

Лекция

Производство и промышленные технологии

Процеси передачі ірозсіювання енергії в об’ємних приводах Передача енергії рідиною Потоки енергії в приводах з об’ємним і дросельним регулюванням Розрахунок втрат потужності в об’ємних приводах при усталеному р...

Украинкский

2013-01-26

144.75 KB

2 чел.

Процеси передачі і розсіювання енергії в об’ємних приводах

  1.  Передача енергії рідиною
  2.  Потоки енергії в приводах з об’ємним і дросельним регулюванням
  3.  Розрахунок втрат потужності в об’ємних приводах при усталеному русі вихідної ланки
  4.  Теплові процеси в об’ємних приводах 

  1.  Енергія в гідравлічному приводі передається від джерела енергії до гідравлічного двигуна за допомогою рідини 
  2.  Для того щоб математично описати процес передачі енергії розглянемо енерговміст робочого середовища 
  3.  В усталеному потоці робочого середовища виділимо елементарний об’єм δV 

               

  1.  При малій величині виділеного об’єму можна вважати в усіх його точках тиск p та густину  ρ незмінними. Крім того, застосуємо метод заміни швидкостей окремих шарів робочого середовища середньою по перерізу потоку швидкістю  u 
  2.  Повна енергія  виділеного об’єму складається з потенційної        та кінетичної        енергій: 

  1.  Потенційна енергія виділеного об’єму робочого середовища поділяється на
  2.  зовнішню  
  3.  внутрішню

  1.  Зовнішня потенційна енергія зумовлена дією на неї зовнішніх потенційних сил, а внутрішня – внутрішніми силами (для рідин внутрішня потенційна енергія зв’язана з об’ємною деформацією) 

 На робоче середовище діють дві зовнішні сили: 

  1.  сила земного тяжіння, яка зумовлює гравітаційну складову потенційної енергій δWг
  2.  сила, з якою на середовище діють витіснювачі, що зумовлюють складову потенційної енергії δWв 

  1.  Виділений об’єм робочого середовища  має масу

  1.  Піднятий на висоту  z  відносно двигуна він здатний при опусканні в гравітаційному полі виконати роботу, яка відображує його гравітаційну енергію 

  1.  Від витіснювача до робочого середовища (від робочого середовища до витіснювача) потенційна енергія передається у вигляді роботи:

  1.  Pl – проекція результуючої сили Р на дотичну до траєкторії руху витіснювача; 
  2.  δl – переміщення витіснювача вздовж траєкторії руху 
  3.  Формула для передачі енергії між витіснювачем і робочим органом може бути записана у вигляді

  1.  З формули видно, що в об’ємному гідравлічному двигуні енергія передається в результаті переміщення об’ємів робочого середовища під тиском, що пояснює прийняті терміни “об’ємна машина” та “об’ємний привід”.
  2.  Внутрішня потенційна енергія елементарного об’єму робочого середовища вимірюється роботою, яку може виконати дана кількість рідини при розширенні до об’єму Vmax внаслідок зменшення тиску p до pmin:

  1.  Для рідини процес розширення виражається за допомогою локального модуля пружності E 

  1.  Остаточно маємо 

  1.  Кінетична енергія робочого середовища об’ємом δV визначається формулою

  1.  α – коефіцієнт питомої кінетичної енергії 
  2.  Величина α залежить від профілю швидкостей в перерізу потоку, і, значить, режиму течії робочого середовища.
  3.  при ламінарній течії α=2, 
  4.  при розвинутій турбулентній – α=1
  5.  повна енергія виділеного елементарного об’єму робочого середовища

  1.  Якщо розділити праву й ліву частини рівняння поділити на елементарний об’єм, то отримаємо формули для визначення повної питомої енергії робочого середовища рΣ 

  1.  Потенційна енергія деформації рідини стає суттєвою при p>100МПа, тому членом 

можна знехтувати 

  1.  Мала частка в балансі енергії зовнішньої потенційної енергії при тиску рідини більше 1МПа
  2.  При русі рідини зі швидкістю менше 10м/с можна знехтувати також кінетичною складовою повної енергії
  3.  За цих умов при pmin=0 формула прийме вид

  1.  В гідроприводі дросельного регулювання механічна енергія, яку насос отримує від привідного двигуна  перетворюється в гідравлічну енергію потоку робочої рідини 

  1.  Мн – крутний  момент на валу насосу;
  2.  ωн – кутова швидкість валу насосу;
  3.  рн перепад тиску на насосі;
  4.  Qн подача насоса; 
  5.  ΔNн втрати енергії в насосі.
  6.  При русі рідини по трубопроводах і каналах а також в елементах керування втрачається енергія. Тому гідравлічна енергія, яка буде перетворюватись в гідравлічному двигуні в механічну менша за енергію, яку створив насос

  1.  рд перепад тиску на двигуні;
  2.  Qд витрати рідини через двигун; 
  3.  ΔNг втрати енергії в трубопроводах, каналах а також в елементах керування.
  4.  Гідравлічна енергія, яку двигун отримує з системи перетворюється в механічну енергію руху вихідної ланки двигуна. Для гідромотора і поворотного двигуна 

  1.  Мд – крутний  момент на валу двигуна;
  2.  ωд – кутова швидкість валу двигуна;
  3.  рд перепад тиску на двигуні;
  4.  Qд витрати рідини через двигун; 
  5.  ΔNд втрати енергії в двигуні.
  6.  Для гідроциліндра 

  1.  Рд – зусилля на штоці гіжроцидіндра;
  2.  vд – швидкість штоку гідроциліндра;
  3.  рд перепад тиску на двигуні;
  4.  Qд витрати рідини через двигун; 
  5.  ΔNд втрати енергії в двигуні.

Потоки енергії в гідроприводах об'ємного регулювання 

  1.  Для гідроприводів з машинним (обємним) регулюванням потоки енергії схожі на потоки енергії в гідроприводах з дросельним регулюванням.
  2.  Додатково в цих приводах є система підживлення робочою рідиною основного контуру
  3.  Систему підживлення можна розглядати як додатковий гідравлічний привід, втрати енергії в якому відповідають втратам енергії в гідроприводі дросельного регулювання (за виключенням втрат в гідравлічному двиуні)
  4.  Втрати потужності в гідроприводі ΔNгп

складаються з втрат потужності в насосі ΔNн, гідравлічних лініях ΔNг та гідродвигуні ΔNд

  1.  Втрати потужності в насосі враховуються коефіцієнтом корисної дії насоса ηн,

  1.  який визначається як добуток мехнічного ηн.м та обємного ηн.о коефіцієнтів корисної дії 

  1.  Втрати потужності в гідравлічному двигуні враховуються коефіцієнтом корисної дії гідравлічного двигуна ηд,

  1.  який визначається як добуток мехнічного ηд.м та обємного ηд.о коефіцієнтів корисної дії 

  1.  Коефіцієнти корисної дії насосів та двигунів наводяться в технічній документації та у довідковій літературі
  2.  Втрати потужності в гідравлічних лініях ΔNг складаються з:
  3.  втрат потужності, зумовлених витоками рідини ΔNгу 
  4.  втрат потужності, зумовлених опором течії рідини ΔNгд 

  1.  Втрати потужності, зумовлені витоками рідини

  1.  n – кількість елементів, в яких відбуваються витоки рідини
  2.  рі – тиск на вході в і-й елемент 
  3.  Qу.і – витоки рідини в і-му елементі 
  4.  Втрати потужності, зумовлені опором течії рідини

  1.  n – кількість елементів, в яких відбуваються втрати тиску
  2.  Δрі – втрати тиску в і-му елементі 
  3.  Qі – витрати рідини в і-му елементі
  4.  Втрати тиску, зумовлені опором течії рідини діляться на втрати
  5.  внаслідок тертя Δртр (по довжині гідролініїЇ);
  6.  в місцевих опорах Δрм 

  1.  n – кількість дільниць гідролінії, в яких відбуваються втрати тиску внаслідок теря
  2.  Δртр.і – втрати тиску в і-й дільниці гідролінії
  3.  k – кількість місцевих опорів 
  4.  Δрм.і  – витрати тиску в j-му місцевому опорі
  5.  Втрати тиску, зумовлені опором течії рідини діляться на втрати
  6.  внаслідок тертя Δртр (по довжині гідролініїЇ);
  7.  в місцевих опорах Δрм 

  1.  n – кількість дільниць гідролінії, в яких відбуваються втрати тиску внаслідок теря
  2.  Δртр.і – втрати тиску в і-й дільниці гідролінії
  3.  k – кількість місцевих опорів 
  4.  Δрм.і  – витрати тиску в j-му місцевому опорі
  5.  Поздовжні втрати тиску Δртр.і пов’язані з довжиною і діаметром трубопроводу визначаються за формулою Дарсі-Вейсбаха

  1.  ρ – густина рідини
  2.  λі – коефіцієнт тертя (коефіцієнт Дарсі)
  3.  li – довжина ділянки гідролінії 
  4.  dі  – діаметр гідролінії
  5.  В залежності від режиму течії коефіцієнт Дарсі визначається за формулами
  6.  для ламінарної течії

  1.  для турбулентної течії
  2.  Блазіуса

  1.  Альтшуля

  1.  Місцевими опорами в гідроприводі є:
  2.  різке звуження потоку рідини (вхід в трубопровід із бака)
  3.  різке розширення потоку рідини (вихід із трубопроводу в бак)
  4.  повороти трубопроводу
  5.  штуцери для з’єднання трубопроводів
  6.  гідроапарати (розподільник, дросель, фільтр) 

  1.  Місцеві втрати тиску Δрм (крім втрат тиску в гідроапаратах)  визначаються за формулою Вейсбаха 

  1.  ζі – коефіцієнт опору 
  2.  Втрати тиску в кожному гідроапараті (розподільнику, дроселі, фільтрі) визначаються за формулами:
  3.  при турбулентному режимі

  1.  при ламінарному режимі

  1.  Δрга.і – фактичні втрати тиску в гідроапараті;
  2.  Δрном.і – втрати тиску при  номінальній витраті рідини
  3.  Qном.і  – номінальна витрата рідини для гідроапарата.
  4.  При роботі обємного приводу робоча рідина нагрівається: в результаті тертя в рідині і між деталями частина механічної енергії перетворюється в теплову
  5.  Необхідно розглядати місцеве нагрівання і осереднене по гідросистемі нагрівання рідини
  6.  Місцеве нагрівання виникає при течії рідини через місцеві опори: дроселі, клапани
  7.  Втрата потужності ΔNм потоку рідини при течії через місцевий опір визначається за формулою

  1.  Δрм – втрати (перепад) тиску;
  2.  Qм – витрати рідини через місцевий опір. 
  3.  Потужність теплового потоку Nт.м звязана з параметрами і місцевим нагрівом рідини залежністю

  1.  ср – питома теплоємність рідини;
  2.  ρр – густина рідини;
  3.  ΔТм – місцевий приріст температури
  4.  За законом збереження енергії 

  1.  Місцевий приріст температури (нагрів) рідини при течії через місцевий опір

  1.  Для мінеральних масел ρр≈900кг/м3, ср≈1880Дж/(кг∙град). При перепаді тиску на дроселі чи клапані Δр=10МПа місцевий приріст температури рідини становить приблизно 6°С 
  2.  Для визначення осередненого приросту температури (нагріву) рідини на виділеній дільниці гідроприводу чи по всій гідросистемі необхідно враховувати не тільки виділення тепла, а й тепловіддачу
  3.  Застосовується спрощений математичний опис процесу приросту температури рідини

  1.  ΔTн – початкова різниця температур рідини і навколишнього середовища
  2.  Nт.е – потужність джерел теплової енергії
  3.  Рт.н – питома потужність тепловіддачі в навколишнє середовище при перепаді температур 1°С 

  1.  Тн – початкова температура рідини
  2.  Т0 – температура навколишнього середовища
  3.  nт – виділена кількість елементів, які мають різні теплопередаючі властивості
  4.  kт.п.і – коефіцієнт теплопередачі від і-ї стінки в навколишньє середовище
  5.  Fс.і – площа поверхні і-ї стінки
  6.  mр, mс – маса рідини і стінок
  7.  ср, сс – питомі теплоємності рідини і стінок 
  8.  Потужність джерел теплової енергії

  1.  Nз.д – потужність теплового потоку, який гідропривід поглинає від зовнішніх джерел
  2.  ΔN – втрати потужності в гідроприводі, які переходять в теплову енергію
  3.  Приклад зовнішнього теплового потоку – нагрів стінок елементів гідроприводу сонячним випромінюванням 
  4.  Для сонячного випромінювання

  1.  gс – сонячна стала для даного району, gс=350…950Вт/м2 
  2.  Fст – площа поверхні стінок, що нагрівається
  3.  αст – коефіцієнт чорноти поверхні стінок, на яку падає випромінювання, αст=0,1 для полірованої поверхні, αст=0,9 для шорсткої поверхні
  4.  Втрати потужності в гідроприводі в цілому визначаються різницею між потужністю на приводному валі насосу і потужністю на вихідній ланці гідравлічного двигуна

  1.  Величина ΔN часто визначається окремо для кожного елементу приводу

  1.  nе – число виділених елементів гідроприводу
  2.  ΔNі – втрата потужності в і-му елементі
  3.  Потужність внутрішніх джерел теплоти визначається для окремих дільниць і для всього гідроприводу
  4.  Доводиться виділяти і оцінювати окремі періоди роботи гідроприводу
  5.  Середня за цикл потужність джерел теплової енергії Nт.ср 

  1.  nп - число періодів в циклі
  2.  Nт.е.і – потужність джерел теплової енергії в і-му циклі
  3.  tі – тривалість і-го періоду
  4.  tц – повний час циклу роботи гідравлічного приводу
  5.  Прийнята експоненціальна залежність зміни температури рідини дозволяє оцінити час встановлення усталеного теплового режиму гідроприводу

  1.  При такому значенні часу експоненціальна функція дорівнює

  1.  і її можна прийняти за нуль

  1.  При
  2.  отримуємо рівняння, яке визначає різницю температур рідини і навколишнього середовища в усталеному тепловому режимі

  1.  Температура робочої рідини

  1.  Найбільш простий варіант теплового розрахунку – визначення осередненої для всього гідроприводу температури рідини Тр, яка встановилася на протязі багатьох циклів роботи
  2.  Такий розрахунок достатній у випадку, коли в гідроприводі з розімкнутою щиркуляцією рідини відсутні місцеві опори, в яких є значні втрати тиску, що спричиняють значний місцевий нагрів рідини
  3.  Такий варіант теплового розрахунку застосовується також для гідроприводів з машинним (обємним) регулюванням
  4.  В багатьох випадках температура рідини в різних частинах приводу може суттєво відрізнятися навіть при усталеному тепловому режимі
  5.  Доводиться визначати температуру рідини окремо
  6.  Перед насосом (в гідробаці)
  7.  Перед гідравлічним двигуном
  8.  Після дроселів і переливних клапанів
  9.  Початкова температура рідини в баці приймається рівною температурі навколишнього середовища
  10.  За початкову температуру рідини перед насосом приймається усталена температура в гідробаці
  11.  Коли час tу досягнення усталеного теплового режиму значно (в 2 і більше разів) перевищує час tц циклу роботи гідроприводу, то температуру робочої рідини перед насосом і гідродвигуном можна визначати при середній за цикл потужності джерел тепла
  12.  Для гідроприводів, у яких час tу досягнення усталеного теплового режиму і час tц циклу роботи гідроприводу мають один порядок, температура рідини в гідроприводі змінюється з часом і її доводиться розраховувати послідовно в кожному періоді роботи гідроприводу
  13.  Граничне значення температури робочої рідини на основі нафти не повинно перевищувати
  14.  перед насосом – 50°С;
  15.  перед двигуном – 60°С
  16.  Допусається короткочасний місцевий нагрів рідини до 75°С. 
  17.  Якщо розрахована температура рідини більша за допустиму (або рекомендовану), то необхідно застосувати наступні конструктивні зміни
  18.  збільшити обєм баку;
  19.  застосувати теплообмінник;
  20.  змінити структуру гідравлічного приводу з метою зменшення втрат енергії


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

9341. НОРМАЛЬНОЕ ПОЛЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНОМАЛЬНОГО ПОТЕНЦИАЛА 428.5 KB
  НОРМАЛЬНОЕ ПОЛЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНОМАЛЬНОГО ПОТЕНЦИАЛА текст лекций по геодезической гравиметрии ГЛАВА 1. НОРМАЛЬНОЕ ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ §1.1 ПОНЯТИЕ О НОРМАЛЬНОМ ПОЛЕ И СПОСОБАХ ЕГО ВЫБОРА При изучении гравитационного поля Земли обыч...
9342. Гидравлический расчет нефтебазовых коммуникаций 294.5 KB
  Гидравлический расчет нефтебазовых коммуникаций Задание. Вариант 1. Выполнить гидравлический расчет технологических коммуникаций для слива нефтепродуктов из железнодорожных цистерн через нижнее сливное устройство при следующих исходных данных: Gмес....
9343. Разработка и расчет себестоимости автомобильных грузовых перевозок по маршруту Нерюнгри - Алдан - Томмот - Якутск 384 KB
  СОДЕРЖАНИЕ Введение Характеристика и основные структурно-экономические показатели ОАО НПАТП Обзорная характеристика исследуемого предприятия Эксплуатационные показатели работы предприятия Количественный и качественный состав водителей Организация тр...
9344. Краткий конспект лекций по дисциплине Теория бухгалтерского учета 523 KB
  Краткий конспект лекций по дисциплине «Теория бухгалтерского учета» для студентов ЗФО специальности «Бухгалтерский учет, анализ и аудит» Тема 1 СУЩНОСТЬ УЧЕТА И ЕГО РОЛЬ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ОБЩЕСТВОМ 1.1. Общее понятие хозяйственного учета. Историч...
9345. СТРОИТЕЛЬСТВО И РЕМОНТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕЧЕЙ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ 665.5 KB
  КОСТЮК В.А., СУЩЕНКО А.В. Строительство и ремонт промышленных печей Учебное пособие Мариуполь, 2009 В учебном пособии описаны огнеупорные и строительные материалы используемые при ремонте и строительстве металлургических печей. Изложены правил...
9346. РЫНОК ЦЕННЫХ БУМАГ Словарь основных терминов и понятий 793 KB
  рынок ценных бумаг Словарь основных терминов и понятий А Аваль - вексельное поручительство, суть которого заключается в том, что какое-то лицо берет на себя ответственность за платеж по векселю одного или нескольких ответственных по векселю лиц...
9347. Стратегии эксплуатации оборудования 417 KB
  Стратегии эксплуатации оборудования Обслуживание по отказам. Основная стратегия до 50-х годов ХХ века. Суть стратегии состоит в том, что замена отказавших деталей осуществлялась только после отказа оборудования, выхода его из строя в случайные...
9349. ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА 540.5 KB
  ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА Среди важнейших видов промышленной продукции одно из главных мест занимают нефть, газ и продукты их переработки. До начала XVIII в. нефть, в основном, добывали из копанок, которые обсаживали плетнем. По мере накопления нефть вы...