87059

Гидравлические машины, гидропневмопривод и электропривод насосов и компрессоров

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Кавитация в насосах. Рабочая точка насоса. В курсовой работе рассмотрены вопросы задания: кавитация в насосах допустимая высота всасывания рабочая точка насоса гидравлические машины дроссели гидрораспределители гидроцилиндры и гидропривод. Кавитация в насосах.

Русский

2015-04-18

792.05 KB

5 чел.

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ  И  НАУКИ  РФ

ФГБОУ ВПО ДАГЕСТАНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
 УНИВЕРСИТЕТ

               Кафедра мелиорации, землеустройства и кадастров

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине  " Гидравлические машины, гидропневмопривод и электропривод насосов и компрессоров"

 

Выполнил студент 4 курса группы г-122

Абужаев Д.М.

Проверил: Алибеков А.К.

МАХАЧКАЛА 2014



Оглавление

Введение 4

1. Кавитация в насосах. Допустимая высота всасывания 5

2. Рабочая точка насоса 8

3. Гидравлические машины 13

4. Дроссели 17

5. Гидрораспределители 18

6. Гидроцилиндры. 21

7. Гидравлический привод 25

Список используемой литературы. 28


Введение

Вопросы гидромашин и гидроприводов нашли широкое применение во многих отраслях науки и техники, в том числе в нефтегазовой промышленности.  По принципу действия гидромашины делятся на два класса: динамические и объемные. Преобразование энергии в динамических гидромашинах происходит при изменении количества движения жидкости. В объемных гидромашинах энергия преобразуется в результате периодического изменения объема рабочих камер, герметично отделенных друг от друга.

Преимуществом гидромашин и гидроприводов является малая масса и объем, приходящийся на одну единицу мощности, высокий КПД, надежность, возможность создавать большие тяговые условия, плавность премещений, возможность плавного регулирования скорости премешения и простоты обеспечения автоматизированного упрвления. Важным преимуществом гидропривода является возможность бесступенчатого регулирования в широком диапазоне в комбинации со ступенчатым регулированием.

Если говорить об электроприводах то они представляют собой сложные динамические системы, включающие в себя различные линейные и нелинейные элементы (двигатели, генераторы, усилители, полупроводники и другие элементы), обеспечивающие в своем взаимодействии разнообразные статические и динамические характеристики.

В  курсовой работе рассмотрены вопросы задания: кавитация в насосах, допустимая высота всасывания, рабочая точка насоса, гидравлические машины, дроссели, гидрораспределители, гидроцилиндры и гидропривод.


1. Кавитация в насосах. Допустимая высота всасывания

Кавитацией называют процесс нарушения сплошности потока жидкости, происходящие там, где местное давление понижается и достигает определенного критического значения. При этом наблюдается образование большого количества мельчайших пузырьков, наполненных парами жидкости и газами, выделившимися из нее. Образование пузырьков внешне похоже на кипение жидкости. Возникшие в результате понижения давления пузырьки увеличиваются в размере и уносятся потоком. При этом наблюдается местное повышение скорости движения жидкости вследствие стеснения поперечного сечения потока выделившимися пузырьками пара или газа.

Попадая в область с давлением выше критического, пузырьки разрушаются, при этом их разрушение происходит с большой скоростью и поэтому сопровождается местным гидравлическим ударом в данной микроскопической зоне. Так как конденсация занимает некоторую область и протекает непрерывно в течение длительного времени, это явление приводит к разрушениям значительных площадей поверхности рабочих колес или направляющих аппаратов.

Задание 1. Определить предельную высоту установки насоса над поверхностью воды в колодце    (рисунок 1). Насос перекачивает воду с температурой  в количестве  Длина всасывающего трубопровода ; его диаметр Коэффициент местных сопротивлений:

 Решение. Предельная высота установки насоса над поверхностью воды в колодце определяется из выражения:

При температуре воды  величина  

парообразования;

плотность воды.

Средняя скорость потока:


Рисунок 1 - Всасывающий трубопровод насоса:

1 – сетка; 2 – задвижка; 3 – насос; высота всасывания; атмосферное давление

Установим режим движения воды во всасывающем трубопроводе.

Число Рейнольдса:

 При температуре воды  кинематический коэффициент вязкости

следовательно, во всасывающем трубопроводе имеет место турбулентный режим движения. Поэтому принимаем коэффициент кинетической энергии  

Коэффициент гидравлического трения находим по формуле Альтшуля:

эквивалентная шероховатость труб,

Скоростной напор:

Потери напора на гидравлические сопротивления:

Предельная высота установки насоса над поверхностью воды в колодце:


2. Рабочая точка насоса

Точка, в которой пересекаются характеристики насоса и системы, является рабочей точкой системы и насоса. Это означает, что в этой точке имеет место равновесие между полезной мощностью насоса и мощностью, потребляемой трубопроводной сетью. Напор насоса всегда равен сопротивлению системы. От этого зависит также подача, которая может быть обеспечена насосом.

При этом следует иметь в виду, что подача не должна быть ниже определенного минимального значения. В противном случае это может вызвать слишком сильное повышение температуры в насосной камере и, как следствие, повреждение насоса. Во избежание этого следует неукоснительно соблюдать инструкции производителя.

Рабочая точка за пределами характеристики насоса может вызвать повреждение мотора. По мере изменения подачи в процессе работы насоса также постоянно смещается рабочая точка. Найти оптимальную расчетную рабочую точку в соответствии с максимальными эксплуатационными требованиями входит в задачи проектировщика.

Задание 2. Насос по трубопроводу перекачивает нефть в емкость. Величины указанные на рисунке  заданы. Перекачка идет по стальным сварным трубам, сильно заржавевшим и с большими отложениями.

Исходные данные:

;  ;  ;  

;  ; ;

;  ; ;

Решение: Напор, развиваемый насосом, равен разности удельных энергий на  выходе и входе в насос:

Для случая длинных труб местными сопротивлениями можно пренебречь в силу их малости. Высоту всасывания принимаем равной нулю, т.к. приемный резервуар находится на плоскости насоса. Избыточное давление в приемном резервуаре равно нулю.

Тогда:

Коэффициент гидравлического трения λ находим по формуле Шифринсона:

где - шероховатость; для новых стальных труб  мм

Подставляя данные, найдем напор, развиваемый насосом:

Подставляя данные, найдем напор, развиваемый насосом:

при

при

при

при

Далее строим характеристику насоса  по формуле:

подставляя различные значения  находим величину :

при

при

при

при

 

Рабочая точка насоса:


3. Гидравлические машины

Понятие гидромашины включает в себя насосы и гидродвигатели. В насосе происходит преобразование энергии приводящего двигателя в энергию потока жидкости, а в гидродвигателях- преобразование энергии потока в механическую работу.

Различают две основные группы гидромашин:

  1.  Объемные;
  2.  Динамические.

Такое разделение произведено из-за следующих признаков- свойств:

  1.  По характеру подачи жидкости:

- объемные подают порциями, а динамические равномерно

2. Рабочим органов объемных гидромашин является камера с изменяемым объемом и поочередно соединяющаяся с входным и выходным патрубками; у динамических- колесо, снабженное лопастями;

3. Напор, развиваемый объемной гидромашиной, не зависит от подачи; у динамических напор и подача взаимосвязаны.

 Задание 3. Центробежный насос типа с прямоосным подводом перекачивает авиационный бензин (. Частота вращения вала  подача насоса  Известна геометрия лопастного колеса: радиусы колеса, ширина канала и толщина лопастей на входе и выходе соответственно:    Число лопастей .

Определить напор насоса, в момент воздействия потока на колесо, построить треугольник скоростей на входе в колесо и выходе. Принять объемный КПД насоса  

Рисунок 2. Геометрия лопастного колеса:

соответственно радиус колеса на входе и выходе; ширина канала на входе и выходе; толщина лопастей на входе и выходе; соответственно угол наклона лопасти на входе и выходе

Решение. Определяем расход жидкости через колесо:

Рассчитаем скорости потока на выходе из колеса:

окружная (переносная) скорость 

меридиональная составляющая абсолютной скорости

где  площадь сечения колеса с учетом стеснения потока лопастями,

окружная составляющая абсолютной скорости при бесконечном числе лопастей

Для насоса с прямоосным подводом теоритический напор при бесконечном числе лопастей считаем по формуле

Определяем коэффициент , учитывающий конечное число лопастей, по формуле Пфлейдерера:

где статический момент средней линии тока,

бесконечно малый отрезок средней линии тока в меридиальном сечении колеса , принимаем ).

Определим значение :

тогда

Теоретический напор насоса при конечном числе лопастей:

Действительный напор насоса:

Момент воздействия потока на колесо:

Строим план скоростей на входе в лопастное колесо:

Рисунок 3. План скоростей на входе в лопастное колесо:

соответственно абсолютная и меридиональная составляющая абсолютной скорости; соответственно угол наклона лопасти на входе без учета угла атаки, угол наклона лопасти на входе, угол атаки на входе в колесо; окружная (переносная) скорость на входе в колесо

где угол атаки на входе в колесо.

Строим план скоростей на входе из лопастного колеса:

Рисунок 4. План скоростей на выходе из лопастного колеса:

соответственно окружная составляющая абсолютной скорости, относительная скорость жидкости при бесконечном числе лопаток;  соответственно окружная составляющая абсолютной скорости, относительная скорость жидкости при конечном числе лопаток;  переносная скорость;  угол потока   

4. Дроссели 

Дроссели - устройства, которые предназначены для регулирования скорости перемещения исполнительных органов гидроприводов путем изменения сопротивления сети и расхода жидкости.

В зависимости от скорости потока рабочей жидкости и конструкции дросселя может быть ламинарным и турбулентным. Перепад давления в дросселе от входа к выходу  связан с расходом жидкости либо линейной зависимостью  (линейные дроссели), либо квадратичной  (квадратичные дроссели). В обоих случаях  проводимость дросселя.

Задание4. Насос подает масло плотность к гидроцилиндру по трубопроводам, показанным на рисунке .

Учитывая только потери гидродросселях   , найти отношение площадей проходных сечений дросселей, при котором поршень, нагруженный силой  , находится в покое. Показание манометра , , , давление в гидробаке атмосферное, коэффициенты расхода гидродросселей   соответственно равны

Рисунок 5.  Схема объемного гидропривода:

  1.  Насос; 2 - манометр; 3 и 6 – дроссели; 4 – поршень; 5 – шток

Решение. Определим усилие на  штоке гидроцилиндра  из уравнения равновесия

Усилие Р создает в поршневой полости гидроцилиндра давление

Исходя из того, что режим установившейся и поршень неподвижный, можно записать:

или, используя формулу ,

Отсюда


5. Гидрораспределители

Гидрораспределители предназначены для пропускания, перекрытия и изменения направления потока рабочей жидкости в системах гидроприводов. По конструкции запорно-регулирующего элемента они делятся на золотниковые, клапанные и крановые. В зависимости от числа подводящих и отводящих гидролиний различают трех-,четырехходовые  и т. д. распределители.

По числу позиций золотника золотниковые распредеоите делятся на  двух-, трех-, и четырехпозиционные. Двухпозиционные распределители применяются для управления гидроцилиндрами одностороннего действия и нереверсивными гидромоторами. Трехпозиционные распределители предназначены для управления гидроцилиндром двустороннего действия и реверсивными гидромоторами.

Задание 5. Определить давление корпусе 1 золотника, передаваемое силовому цилиндру 3, расход   через золотник, скорость и время перемещения поршня 4, усилие на штоке 6 гидроцилиндра при смещении плунжера 2 золотника на величину , если давление питания  МПа, давление слива МПа, размеры окон 7 и 8 золотника  и  , коэффициент расхода через окна , плотность жидкости , диаметр поршня 4 гидроцилиндра , ход поршня , жесткость пружины  , объемный КПД = 0,95, механический КПД   Движение жидкости считать установившимся, движение поршня – равномерным.

Рисунок 6. Схема совместной работы золотника и силового цилиндра:

корпус золотника плунжер силовой цилиндр;  поршень;

пружина;  шток;  выходное окно;  входное окно 

Решение.   Расход через входное окно 8 золотника определяется согласно формуле истечения из малого отверстия как

а расход через выходное окно 7 как

где  – размеры окон;  и  – давление питания и слива; - давление питания в корпусе золотника и поршневой полости гидроцилиндра;  -  смещение плунжера золотника.

При установившемся движении расходы через окна золотника равны. Из равенства расходов   получаем искомую зависимость:

по которой вычисляем

Далее находим:

Скорость перемещения поршня:

где  площадь поршня:

 

Время перемещения поршня:

где  ход поршня.

Усилие на штоке гидроцилиндра:

где усилие от действия жидкости,

силие пружины,


6. Гидроцилиндры.

Гидроцилиндры являются простейшими гидродвигателями. Они применяются в качестве исполнительных механизмов при поступательном движении выходного звена.

По принципу действия и конструкции гидроцилиндры весьма разнообразны. Конкретный тип определяется условиями работы, назначением и конструкцией машины, внутри которых гидроцилинд используется.

Задание 6. В системе гидропривода с дроссельным регулированием насос 1 подает масло в количестве  при создаваемом им давлении  в поршневую плоскость А гидроцилиндра 7. Определить усилие, развиваемое гидроцилиндром при равномерном движении поршня 8 вправо, если диаметры поршня 8  и штока 9 , размеры напорной 4 и сливной 11 магистралей  и , размеры исполнительны магистралей 6 и 10   и , плотность масло , его кинематическая вязкость , механический КПД силового цилиндра , коэффициенты местных сопротивлений: дросселя 3 , распределителя 5 , поворота , входа в гидроцилиндр  выхода из гидроцилиндра , выхода в сливной бак 12 .Число поворотов: на исполнительных магистралях по 2 поворота, на сливной – 3 поворота.

Рисунок 7.  Система гидропривода с дроссельным регулированием:

1 – насос; 2 – предохранительный клапан;3 – дроссель; 4 – напорная магистраль; 5 – распределитесь;  6,10 – исполнительные магистрали; 7 – гидроцилиндр; 8 – поршень диаметром D; 9 – шток поршня диаметром d; 11 – сливная магистраль; 12 – сливной бак;         А – поршневая полость;                      Б – штоковая полость; F – усилие, развиваемое штоком гидроцилиндра

 Решение. Усилие, развиваемое гидроцилиндром при движении штока в право, осуществляемое  при подаче масла в поршневую полость гидроцилиндра, определяется по формуле:

где – давление в поршневой полости А; – давление в штоковой полости Б.

 Давление в поршневои полости  т.е. рабочее давление, наидем, используя уравнение Бернулли, составленное для двух сечений: на выходе из насоса за клапаном 0––0 и в поршневой полости 1––1, принимая , получим:

где – скорость в линии 4; – скорость течения масло в поршневой полости;  – потери напора в линии между сечениями.

Из уравнения получаем

где – падение давление в линии от насоса до гидроцилиндра,       .

Падение давления определим по формуле:

Для выбора формулы для вычисления  и  определим область сопротивления, найдя скорости течения масло в напорной 4 и исполнительной 6 магистралях и соответствующие числа Рейнольдса.

Числа Рейнольдса показывают, что движение в линиях ламинарное.  Поэтому коэффициент гидравлического трения вычисляется по формуле:

так как режим движения ламинарный ;

Падение давления:

Давление

Давление в штоковой полости гидроцилиндра найдем из уравнения Бернулли, составленного для штоковой полости и уровня свободной поверхности в сливном баке, пренебрегая высотными положениями сечения, т.е. для сечений 2–2 и 3–3:

где  –– потери напора в линии от гидроцилиндра до сливного бака.

Скорость течения масло в поршневой полости, равна скорости перемещения поршня:

Пренебрегая скоростным напором   вследствие его малости, получаем, что давление в штоковой полости   равно падению в линии от гидроцилиндра до сливного бака:

Потери напора  составляют

Скорость  и  найдем из расхода, сливающегося из штоковой полости  ( где –– площадь поперечного сечения штоковой полости):

Отсюда

Находим числа Рейнольдса и :

Потери напора :

Давление в штоковой полости составляет:

Усилие, развиваемое гидроцилиндром:


 7. Гидравлический привод

Под гидроприводом понимают совокупность объемных гидромашин, гидроаппаратуры и других устройств, предназначенная для передачи механической энергии и преобразования движения посредством жидкости.

Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объёмные:

- В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости.

- В объёмных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости.

Объёмный гидропривод — это гидропривод, в котором используются объёмные гидромашины (насосы и гидродвигатели). Объёмной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры.

По виду источника энергии гидроприводы делятся на:

- насосный гидропривод где рабочая жидкость в гидродвигатель подается объемным насосом, а в качестве приводящего двигателя может использоваться электродвигатель, турбины, дизели.

- аккумуляторный гидропривод – рабочая жидкость из предварительно заряженного аккумулятора.

- магистральный гидропривод – жидкость подается в гидродвигатель из гидромагистрали.

По характеру движения выходного звена гидродвигателя  делятся на:

Гидропривод вращательного движения; гидропривод поступательного движения; гидропривод поворотного движения; по возможности регулирования.

Задание 7. На рисунке показана упрощенная схема гидропривода с дроссельным управлением и последовательным включением дросселя. Под каким давлением  нужно подвести жидкость  к левой полости гидроцилиндра для перемещения поршня вправо со скоростью

и преодоления нагрузки вдоль штока  если коэффициент местного сопротивления дросселя  Другими местными сопротивлениями и потерей на трение пренебречь. Диаметры: поршня , штока  трубопровода

 Решение. Расход жидкости равен:

Зная скорость в трубе по формуле Фейсбаха найдем потери давления на дросселе (такое же давление будет в правой части гидроцилиндра , по сколько в условии задачи сказано, другими потерями пренебречь).

Составим уравнение равенство сил действующих на поршень слева и справа:

Отсюда искомая величина давления, развиваемая насосом равно:


Список используемой литературы.

  1.  Башта Г.М. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Т.М.Башта, С.С. Руднев, Б.Б.Некрасов и др. - М.: Изд.дом «Альянс» 2009. - 423 с.
  2.  Бутаев Д.А. и др. Сборник задач по машиностроительной гидравлике / Под ред. И.И. Куколевского и Л.Г. Подвидза,- М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002,- 447 с.
  3.  Гидравлика, гидромашины и гидроприводы в примерах решения задач: учеб. пособие для студ. учреждений высш. проф.образования /Артемьева Т.В., Лысенко Т.М., Румянцева А.Н. и др; под ред. Стесина С.П. - М.: Издательский центр «Академия», 2013. - 208 с.
  4.  Задачник по гидравлике, гидромашинам и гидроприводу/  Под ред. Некрасова Б.Б. - М.: Высш. шк., 1989. - 192 с.
  5.  Методические указания к курсовой работе для студентов направления 131000 «Нефтегазовое дело»: Гидромашины и гидропривод/ составитель Ибрагимов А.И. - Махачкала: ФГБОУ ВПО «ДГТУ», 2013. - 88 с.
  6.  Справочное пособие по гидравлике, гидромашины и гидроприводам/ Под ред. Некрасова Б.Б. — Минск: Выш. ш., 1985, - 383 с. ЛЯ
  7.  Угинчус А.А. Гидравлика и гидравлические машины,- Харьков: Харьк. ун-т,1960. -358 с.


 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

82892. Механизм урегулирования торговых споров в условии ВТО 641.5 KB
  Цель работы: Выявление особенностей разрешения торговых споров между субъектами мировой экономики в рамках ВТО. Результаты исследования: рассмотрены теоретические и практические аспекты юридической деятельности ВТО; исследованы прецеденты решения торговых споров в рамках ВТО; дана оценка эффективности...
82893. УЧЕТ РАСЧЕТОВ С ПОДОТЧЕТНЫМИ ЛИЦАМИ НА ПРИМЕРЕ ОАО «АКРОН» 354 KB
  В процессе финансоʙо-хозяйстʙенной деятельности у организаций ʙозникает потребность использоʙать наличные денежные средстʙа для расчетоʙ с работниками по командироʙкам ʙыдачи им средстʙ на предстаʙительские цели для покупки за наличный расчет тоʙароʙ ʙ других организациях или у...
82894. Поэтический мир Иосифа Бродского. Перцептивный аспект 729 KB
  Несколько слов об автономности зрения. Маска бесконечности»: поэтика цвета. Особенности функционирования цветообозначений на уровне композиции лирического произведения. Птичкиным языком: звук в поэтическом мире. Все звуки, помимо воя»: фрагменты акустической картины мира. Особенности функционирования акустических тем, мотивов и образов на уровне композиции лирического произведения. Портрет из воздуха»: поэтика запаха. Горький вымысел стиха»: поэтика вкуса...
82895. Расчет по сооружению одноцепной линии электропередачи напряжением 220 кВ, протяженностью 47 км в Липецкой области 6.75 MB
  В разделе Организация работ определен срок строительства линии составляющий 153 календарных дней определены требуемые материальные ресурсы и объемы работ выбраны методы производства работ и необходимые транспортные средства для вывозки грузов на трассу произведены расчеты трудозатрат на основные виды работ.
82896. ЗАЩИТА ПРАВ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ 49.25 KB
  Создание правовых организационных экономических и других необходимых условий отечественным производителям для выпуска продукции и оказания услуг высокого качества являлось постоянной заботой государства.
82897. Основные правовые системы современности 105 KB
  Разнообразие форм организации жизни общества его правового регулирования установления норм поведения для членов общества обусловило различие в подходах к формированию систем права и в самих системах права.
82898. Организация и проведение занятий по плаванию в условиях летнего оздоровительного лагеря 164.5 KB
  При обучении плаванию в летнем оздоровительном лагере решаются следующие основные задачи: укрепление здоровья, закаливание организма человека, привитие стойких гигиенических навыков; изучение техники плавания и овладение жизненно необходимым навыком плавания; всестороннее физическое развитие и совершенствование...
82899. Диарея. Принципы лечения 102 KB
  Причиной острой диареи чаще всего является инфекция вирусная бактериальная или паразитарная. Болезни органов пищеварения достаточно часто сопровождаются развитием неинфекционной хронической диареи которая длится свыше 4-х недель.
82900. Основы исследовательской деятельности 77 KB
  Теоретические аспекты качества. Развитие системы качества. Факторы и условия влияющие на обеспечение качества продукции. Поэтому проблемы обеспечения качества продукции были и будут оставаться в центре внимания любого производства.