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

9 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

41704. РАСЧЕТ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА 182.5 KB
  Я исследовал токи, напряжения и мощности в цепи постоянного тока с помощью пакета прикладных программ PSpise. Так же я составили описание схемы на внутреннем языке PSpice, предварительно заменив источники тока, источниками напряжений и упростил схему.
41706. Программная реализация алгоритмов линейной структуры на языке программирования Turbo Pascal 153.86 KB
  Описание объявление данных содержит упоминание всех объектов используемых в программе и включает в себя: раздел подключаемых библиотек модулей определяется служебным словом USES и содержит имена подключаемых модулей: uses CRT Grph; раздел описания меток: любой оператор в программе может быть помечен меткой. Типы данных. Под типом данных понимается множество допустимых значений этих данных а также совокупность операций над ними. Тип определяет также и формат внутреннего представления данных в памяти компьютера.
41707. Знакомство и приемы работы в интегрированной среде языка Турбо-Паскаль 52.4 KB
  на экране монитора ПК могут формироваться следующие видимые компоненты среды: меню окна диалоговые окна и строка состояния. Меню называется прямоугольный участок экрана содержащий ряд ключевых слов и предназначенный для выбора одного из предлагаемых вариантов работы. Содержащиеся в меню ключевые слова обозначают возможные альтернативы называемые в дальнейшем опциями option выбор. Интегрированная среда Турбо-Паскаля обеспечивает иерархическую систему меню.
41708. ИССЛЕДОВАНИЕ ТИПОВЫХ ЗВЕНЬЕВ ЛИНЕЙНЫХ АСР 165.27 KB
  Переходная характеристика Время сек Импульсная характеристика Время сек Рисунок 1 Переходная и импульсная характеристика звена W1 Переходная характеристика Время сек Импульсная характеристика Время сек Рисунок 2 Переходная и импульсная характеристика звена W2 Переходная характеристика Время сек Импульсная характеристика Время сек Рисунок 3 Переходная и импульсная характеристика звена W3 Переходная характеристика Время сек Импульсная характеристика Время сек Рисунок 4 Переходная и импульсная характеристика звена W4...
41709. Расчет поперечной рамы стального каркаса одноэтажного здания на действие постоянной нагрузки 702.68 KB
  Поперечное сечение в виде 2х уголков с параметрами уголка 160×100×10 Высота низа колонн 8 м Поперечное сечение в виде трубы с параметрами 720×12 Высота верха колонн 6 м Поперечное сечение в виде трубы с параметрами 720×8 q = 24 кН м P = 32 кН ℓ = 32 м Цели лабораторной работы: Произвести расчет поперечной рамы стального каркаса одноэтажного здания с помощью ПК ЛИРА Определить для основных сечений колонн и ригеля максимальные значения нормальных и касательных напряжений Сделать вывод о работе конструкции Ход работы: Создание расчетной...
41710. Команды MSDOS 251.68 KB
  Название команды Синтаксис команды Создание файла с консоли copycon имя файла Удаление файла del имя файла Переименование файла ren имя файла 1 имя файла 2 Редактирование файла edit имя файла Переход на диск имя диска Переход в каталог cd путь Создание каталога md имя каталога Удаление каталога rd имя каталога Очистка экрана Cls Вывод содержимого файла на экран type имя файла Копирование файла copy путь 1 что копируется путь 2 куда копируется Поиск файла filefind имя файла Работа с командной строкой Prompt Информация о команде команда ...
41711. Индекс FTSE 100 109.84 KB
  Индекс начал рассчитываться с 3 января 1984 года с уровня 1000 пунктов. Компании чьи акции учитываются в расчете индекса FTSE 100 должны удовлетворять условиям выставляемым FTSE Group: а должны входить в список Лондонской фондовой биржи; б стоимость акций индекса FTSE 100 выражается в фунтах или евро;в пройти тест на принадлежность к определенному государству;г акции FTSE 100 должны быть в свободном обращении и быть легко ликвидными. Индекс FTSE 100 включает 100 компаний британской экономики хотя на самом деле список состоит из...
41712. Основы работы в ГИС ArcView 1.75 MB
  Интерфейс пользователя rcView Окно программ Окно приветствия Строка меню Строка кнопок Строка инструментов Окно вида Меню работы с файлами Меню редактирования Меню вид Меню тема Меню графика Меню окно Строка кнопок: