Задания и методические указания для выполнения расчетно-графической работы по дисциплинам ''Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод'' для студентов механических специальностей

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ Восточно-Сибирский государственный технологический университет

Задания и методические указания для выполнения расчетно-графической работы по дисциплинам «Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод» для студентов механических специальностей

Составители: Полякова Л.Е. Ямпилов С.С. Хараев Г.И. Ухеев Г.Ж. Ильина М.В.

Улан-Удэ, 2001

Введение Расчётно-графическую работу по гидравлике (РГР) выполняют студенты специальностей 1502, 1706, 1707 при изучении общеинженерной дисциплины "Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод". Инженер специальностей 1502, 1706, 1707 должен знать источники энергии (насосы), потребители энергии (гидродвигатели и др.) и уметь их увязывать в гидросистему. В практике встречаются две задачи: А) по исходным параметрам потребителя энергии /расходу, давлению, усилию, моменту и т.д./ требуется провести расчет гидролиний и определить исходные параметры для выбора источника энергии; Б) по имеющимся параметрам источника энергии определить возможность использования его с данным потребителем, т.е. провести проверочный расчет. В основе решения этих задач лежит расчет гидролиний, т.е. определение потерь энергии в гидролиниях, диаметров трубопроводов, скорости движения жидкости, расхода жидкости, давлений. Гидравлические методы расчета базируются на большом эмпирическом материале, который имеется в справочной литературе. Поэтому при выполнении РГР студент должен овладеть гидравлическими методами расчета и приобрести навыки пользования справочной литературой. Следует иметь в виду, что гидравлический расчет является составной частью инженерного расчета, который учитывает множество факторов; условия эксплуатации и надежность, экономические и технологические соображения, условия максимума унификации деталей и материально-технического снабжения и т.д. Поэтому, как правило, приходится выполнять несколько вариантов гидравлического расчета. Однако на данном этапе подготовки специалиста у него нет опыта и знаний, необходимых для учета всех факторов; инженерный расчет студенты выполняют при дипломном проектировании. Поэтому в данном методическом пособии не рассматриваются другие стороны инженерного расчета. Учитывая специфику заочной формы обучения, методы расчета и справочные материал излагается в несколько расширенном виде. Кроме того по той же причине в пособии приведены варианты заданий и пример оформления и выполнения PГP, условные обозначения элементов гидравлических сетей. Пояснительная записка PГP состоит из титульного листа, задания, расчетной части и списка литературы. Оформление РГР приведено в примере расчета в приложении. Пояснительная записка представляется в рукописном виде. Слова, обозначения, символы должны быть выписаны четко. В тексте должны иметься ссылки на литературу. При определении значений величин должна быть выписана формула, подставлены значения величин, входящих в формулу, и записан результат вычислений с указанием размерности. PГP оформляется на отдельных листах писчей бумаги А1 формата. Слева каждого листа для подшивки оставляются поля 2,5 см., сверху и снизу по 1,5 см., справа - 1 см. Графики выполняются карандашом, чернилами или тушью. Графики должны быть пронумерованы, в тексте должны быть ссылки на графики. Все расчеты выполняются только в системе СИ.

Условные обозначения

Ρ – давление жидкости, Па l – длина, м d – диаметр трубопровода, м dο – диаметр сопла или отверстия, м U – скорость, м/с Uн – начальная скорость, м/с Uп – скорость движения поршня, м/с H – гидродинамический напор, м Hc – скоростная высота ∆P – потери давления, Па ∆Pп – потери давления поршня, Па ∆P3 – потери давления в местных сопротивлениях, Па ∆H – потери гидродинамического напора, м ∆Hl – потери гидродинамического напора по длине, м ∆H3 – потери гидродинамического напора в местных сопротивлениях, м N – мощность, вт ω – угловая скорость, рад/с n – количество, шт λ – коэффициент Дарси. ζ – коэффициент местного сопротивления. f – площадь, м² fц – площадь цилиндра, м² fш – площадь штока, м² fп – площадь поршня, м² fο – площадь отверстия или насадки, м² F – сила, Н Q – расход, подача насоса, м³/с Q – расход жидкости через клапан, м³/с М – момент, Н·м µ – коэффициент расхода ν – коэффициент кинематической вязкости, м²/с ρ – плотность, кг/м³ Еж – модуль упругости жидкости, Па Ем – модуль упругости материала, Па t – температура, °С α – коэффициент Кариолиса g – ускорение земного притяжения, м/с² z – вертикальная ордината, м Re – число Рейнольдса. k –эквивалентная шероховатость, м R – радиус, м ϕ – коэффициент скорости ξ – коэффициент сжатия струи ∆Py – повышение давления при гидроударе, Па С – скорость распространения ударной волны, м/c δ – толщина стенки, м τ – время, с ζк – коэффициент местного сопротивления клапана ζд – коэффициент местного сопротивления дросселя γ – удельный вес, Н/м³ β – угол, рад η –коэффициент полезного действия

Условные графические обозначения некоторых элементов гидросистем по ЕСКД. установленные ГОСТ 2780-68. ГОCТ 2771-68, ГОСТ 2782-68 Магистральная жидкостная линяя Жидкостная линия управления Направление потока жидкости Пружина Перекрещивающиеся жидкостные линии Неперекрещивающиеся жидкостные линии Фиксатор Бак, открытый в атмосферу Фильтр Подогреватель жидкости Охладитель жидкости Сопло Насос постоянной производительности Насос регулируемой производительности Гидромотор нерегулируемый

Гидромотор регулируемый Гидроцилиндр с односторонним штоком

Гидроцилиндр с двухсторонним штоком

Моментный гидроцилиндр

Двухходовой, двухпозиционный распределитель с ручным управлением Трехходовой, двухпозиционный распределитель с электромагнитным управлением Четырехходовой, двухпозиционный распределитель с электромагнитным управлением Четырехходовой, трехпозиционный распределитель с электромагнитным управлением Клапан нормально открыт

Клапан нормально закрыт

Предохранительный клапан

Обратный клапан Дроссель нерегулируемый

Дроссель регулируемый

Делитель потока

Сумматор потока

Исходные данные В качестве исходных данных могут быть заданы параметры, которые характеризуют работу любого из элементов гидросистемы. Пример 1: В гидросистеме с насосом, гидролинией и гидродвигателем исходные данные характеризуют работу гидродвигателя: крутящий момент, угловая скорость вращения вала, расход жидкости, коэффициент полезного действия, рабочая жидкость. Пример 2: В гидросистеме моечной машины с насосом и душевыми головками исходные данные характеризуют душевые головки: количество головок, их взаимное расположение, количество отверстий, диаметр отверстий, расход жидкости через отверстие, рабочая жидкость и её температура. Далее по конструктивным соображениям длина гидролиний и их пространственное расположение всегда бывают известны, и поэтому приводятся в исходных данных. Как видно из сказанного, исходные данные характеризуют работу элементов гидросистемы по отношению к внешним объектам, которыми могут быть в наших примерах шпиндель токарного станка или детали машин. Поэтому для проведения гидравлических расчётов необходимо от заданных исходных данных перейти к параметрам, определяющим движение жидкости в местах соединения гидролинии с элементом гидросистемы (расход жидкости, давление). Оптимальные скорости движения жидкости в гидролиниях Приступая к гидравлическому расчёту гидролиний, надо иметь в виду, что не всегда решение можно получить чисто гидравлическими методами. В этих случаях прибегают к технико-экономическому расчёту. Дело в том, что с увеличением скорости резко возрастают потери в гидролиниях (растут эксплуатационные затраты), а с уменьшением скорости возрастает металлоёмкость конструкции (растут капитальные затраты). Поэтому в каждом случае существуют оптимальные значения трубопровода и скорости движения жидкости, при которых сумма годичных эксплуатационных и капитальных затрат оказывается минимальной. Это с одной стороны, а с другой, в различных отраслях промышленности к гидросистемам применяются различные требования, которые оказывают влияние на величину оптимальных значений диаметров и скорости. Короче говоря, оптимальные значения диаметров трубопровода и скорость движения жидкости в различных отраслях техники различны. В общем машиностроении принято ограничивать скорость в зависимости от давления: Давление, мПа 1 2.5 5 10 15 20 Оптимальная 1.3 2 3 4.5 5.5 6 скорость, м/с Имеются другие рекомендации: а) при коротких трубопроводах (l/d<100) скорости находятся в пределах: всасывающие - 0.5 – 1.5 сливные 2 напорные 3 –5 б) при длинных трубопроводах (l/d>100) скорости находятся в пределах: всасывающие - 0.3 – 0.8 сливные 1.2 напорные 2 – 3.5 В системах водоснабжения оптимальные скорости обычно находятся в пределах 0.8-1.5м/с. Однако, надо иметь в виду, что в общем случае скорости надо принимать так, чтобы потери давления в гидролиниях не превышали 5-6% рабочего давления.

Жидкости, применяемые в гидросистемах В гидросистемах, в зависимости от назначения, применяются различные жидкости: в моечных машинах – моющие жидкости, которые по своим свойствам близки к воде; в системах гидропривода различные масла. Ниже приводятся основные физические свойства наиболее распространённых жидкостей. Таблица 1 Физические свойства жидкостей ВязкосПределы ть при ПлотноМодуль рабочих 50°С упругости Жидкость сть, ρ темпераЕ, мПа кг/м³ ν50=106м тур, °С ²/с Вода 0.55 4 - 90 1000 2060 АМГ-10 10 -60 - +100 900 1305 МВП 8 -40 - +60 890 1300 Индустриальное 10 -30 - +40 890 1360 12 Индустриальное 20 0 - +90 900 1360 20 Веретенное АУ 12 -40 - +60 890 1500 Трансформатор 10 -30 - +90 890 1700 ное Модуль упругости и плотность жидкости в пределах рабочих температур практически не меняется. Коэффициент кинетической вязкости жидкости зависит от температуры, это изменение учитывается формулой: νt = ν50(50/t)β Где νt и ν50 коэффициенты кинематической вязкости при заданной температуре t 50 °С. Показатель степени β выбирается в зависимости от исходной вязкости: Вязкость ν50 ·106 м²/с

2.8

9

11.8

21.2

Показатель β

1.39

1.72

1.79

1.99

Таблица 2 Зависимость изменения коэффициента кинематической вязкости воды от температуры Температура, °С 4 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0.6 0.5 0.4 0.4 0.3 0.3 Вязкость, ν ·106 1.5 1.3 1.0 0.8 7 1 1 5 5 8 2 7 3 м²/с Режимы движения жидкости Режимы движения жидкости бывают: ламинарный, переходный и турбулентный. При ламинарном движении траектории жидких частиц не пересекаются, при турбулентном жидкие частицы движутся хаотично, беспорядочно; переходный – является промежуточным между ламинарным и турбулентным. Режимы движения жидкости существенно влияют на величину потерь давления или гидродинамического напора и гидролиниях. Характеризуют режимы давления жидкости числом Рейнольдcа Rе=Ud/ν. В водопроводных системах ламинарный режим наблюдается при Rе<600, 600< Rе<2300; турбулентный – при Rе>2300.

В масляных гидролиниях ламинарный режим наблюдается при Rе<2000, переходный – 20002300. Отметим, что в практике использования водопроводных систем ламинарный режим не встречается, а системы гидролиний в диапазоне 2500>Rе>2000 работают неустойчиво. Основные расчётные зависимости Вдоль потока расход жидкости остаётся постоянным и равен произведению площади живого сечения на среднюю скорость. Q = fu = const Площадь живого сечения потока в круглой трубе определяется её диаметром: f= 2 (πd /4) Диаметр трубопроводов регламентируется ГОСТ 8734-58: 2, 4, 6, 8, 10, 12,16, 20, 22, 25, 30 мм. Баланс удельных энергий, т.е. отнесённых к единице веса или объёма, в потоке определяется уравнением Бернулли: Z1 + P1/γ + α1(U1)2/(2g)= Z2 + P2/γ + α2(U2)2/(2g) или Z1·γ + P1 + α1ρ(U1)2/2= Z2·γ + P2 + α2ρ(U2)2/2 + ∆P, где α1 и α2 коэффициенты Кориолиса, в круглой трубе при ламинарном режиме α = 2, при турбулентном α=1. Уравнение Бернулли позволяет, зная параметры движущейся жидкости в сечении 1, определить те же параметры в любом другом сечении. Потери гидродинамического напора или давления бывают двух видов: потери по длине (на прямых участках гидролинии) и в местах сопротивления (поворотах, расширениях, кранах, вентилях, регуляторах, распределителях, фильтрах и т.д.). Потери гидродинамического напора или давления определяются формулой ДарсиВейсбаха: ∆H=λ(l/d)·(U2/2g), ∆P=λ(l/d)·(ρU2/λ), где λ коэффициент Дарси. Коэффициент Дарси определяется в зависимости от режима движения жидкости по нескольким формулам. При ламинарном режиме движении жидкости λ=64/Re, для масляных гидролиний с учётом искажений сечения труб и охлаждения пристеночных слоёв жидкости при практических расчётах принимают λ=75/Re. При турбулентном режиме движении жидкости при определении используют несколько зависимостей. В диапазоне значений 2300
0 . 25

λ = 0 . 11 

Ниже приводятся средние значения эквивалентной шероховатости k, входящие в формулу Альтшуля, для наиболее распространенных новых и чистых труб. Таблица 3 Виды труб Тянутая из стекла и цветных металлов Бесшовная стальная Стальная сварная Рукава и шланги резиновые

Эквивалентная шероховатость 0.5 3 5 3

При выборе материала труб гидролиний необходимо иметь в виду величину давления жидкости, для ориентировочного выбора материала труб, можно воспользоваться данными таблицы 4. Таблица 4 Рекомендуемые давления для труб Давление жидкости, мПа до 10 до 15 свыше 20 свыше 20

Материал труб Медные и алюминиевые Латунные Стальные Рукава высокого давления

Потери в местных сопротивлениях определяются по формуле Вейсбаха: ∆H=ζ·(U2/2g) или ∆p=ζ·(U2·ρ/2) Коэффициент местного сопротивления ζ определяется эмпирически. Значения ζ для некоторых видов местных сопротивлений представлены в таблице 5. Значения ζ для некоторых видов местных сопротивлений Вид местного сопротивления Значение Прямой вход в трубопровод 0.5 Выход из трубопровода 1.0 1.1 резкий поворот на угол π/2 Распределитель 3–5 Предохранительный клапан /без учета 2–3 усилия пружины Плавный поворот трубы (d/2)/R = 1- 5 0.3 - 0.14

Таблица 5

Тройники 0.9 - 1.2 I - 2.5 I - 1.5 0.5 - 0.6 Вентиль Кран в положении "ОТКРЫТО"

3 - 5.5 0.05

Потери давления в фильтрах в среднем колеблются в пределах 0.1 - 0.5 мПа. В общем случае потери гидродинамического напора или давления определяются как сумма потерь по длине и в местных сопротивлениях: ∆H=∆Hl+∆Hζ; ∆P=∆Pl+∆Pζ ∆H=Σ λ(l/d)·(U2/2g) + Σ ζ(U2/2g); ∆p=Σ λ(l/d)·(ρU2/2) + Σ ζ(ρU2/2) При истечении жидкости через отверстия и насадки перепад гидродинамического напора или давления, расход жидкости и скорости, истечения связаны уравнениями: U = ψ 2∆P / ρ

или

U = ψ 2 g∆H

Коэффициент скорости ϕ и коэффициент расхода µ связаны преобразованием µ=ϕξ, в котором ξ - коэффициент сжатия струи. Q = µf 2 g∆H Q = µf 2∆P / ρ или Значения ξ, ϕ, µ для основных типов отверстий и Вид отверстия, насадки ξ ϕ Отверстие в тонкой стенке при 0,64 0.97 совершенном сжатий Цилиндрический наружный насадок 1 0.82 Конический расходящийся насадок с углом 1 0.5 Конусности 0.1 - 0.13 рад Конический сходящийся насадок с углом 1 0.94 конусности 0.21 - 0.26 рад

насадок µ 0.62 0.82 0.5 0.94

Высота вертикальной струи жидкости в условиях свободного падения в воздухе (рис.1) определяется соотношениями: z=∆H/(1+α∆H); ∆H=U2/2g; d=0.00025/(d0+(10d0)3) Дальность полета l наклонной струи равна: l = 1.63 βd 0 ⋅ H 2 / 3 Угол β определяется между осью сопла и горизонталью (рис.2) Сила воздействия струи на пластинку, нормально расположенную к ее оси (риc.3) определяется до формуле: F=ρ·f0·U20 При мгновенном перекрытии живого сечения трубопровода в нем резко повышается давление, это явление прямого гидравлического удара, при постепенном перекрытии живого сечения трубопровода возникает не прямой гидравлический удар. Повышение давления при прямом гидравлическом ударе определяется формулой Жуковского:

∆Py = ρUC

1

C =

ρ E III

+

ρd E II δ

Повышение ударного давления при не прямом гидравлическом ударе зависит от времени перекрытия живого сечения ∆Py=ρUC τϕ=4l/C Значение модуля упругости для наиболее применяемых материалов Материал трубопровода Сталь Медь Латунь Алюминий Резина

Модуль упругости 2*105 1.27*105 0.94*105 0.7*105 2-6

Рис. 1. Вертикальная струя жидкости

Рис. 2. Наклонная струя жидкости

Рис. 3.

Удар струи

Основными параметрами, характеризующими с точки зрения гидравлики, работу насосов и гидродвигателей, являются: мощность, давление, подача, коэффициент полезного действия. Мощность, затрачиваемая насосом или потребляемая гидродвигателем равна: N=Mω=QP/η=QγH/η для гидродвигателя поступательного движения (силового цилиндра) N=QP/η=(ρπd2nl)/(η4τ) где τ - время движения поршня за один ход, l - длина хода поршня. Коэффициент полезного действия для насосов и гидродвигателей можно применять в пределах 0.9 - 0.95. Некоторые сведения о насосах. гидродвигателях и гидроаппаратуре выпускаемых отечественной промышленностью Гидравлический расчет завершается подбором основных элементов гидравлической системы, поэтому ниже приводятся некоторые сведения о насосах, гидродвигателях и гидроаппаратуре, выпускаемых отечественной промышленностью.

Таблица 8 Поршневые насосы Число МощноДавледвойсть Марка Подание Перекачиваем ных электронасоса ча, м3/с нагнетаая жидкость ходов, двигатение, мПа мин ля, кВт T-3/100 0.83*10 Вода до 12 460 19:00 -3 М 100°С 0.22*10 T-1/200 20 290 1 Вода до 35°С -3 ХТ1/25 ЭН/4/1 Р-25/25

1.11*10 -3

6.94*10 -3

2.78*10 -3

5.5

200

7

0.3

101

6

2.5

150

32

Легкокипящие жидкости Вода нефтепродукт ы Вода, нефтепродукт ы Таблица 9

Центробежные насосы Угловая Марка Пода- На- скорость насоса ча, м3/с пор, м вала, рад/с 3.06*10 1.5К-б 17 304 -3 2К-6 ЗК-6 4К-6 6К-8

5.56*10 -3

2.5*103

24.5*10 -3

Мощность электро- Перекачиваем двигателя, ая жидкость кВт 1.5

Вода

31

304

4

Вода

45

304

15

Вода

87

304

55

Вода

152

30

Вода

45*10-3 32.5

Все центробежные насосы, указанные в таблице могут кроме воды перекачивать другие химически нейтральные жидкости. Таблица 10 Шестеренные насосы Марка насоса

Подача, м3/с

НШ - 10 0.17*10-3 НШ - 32 0.53*10-3 НШ - 46 .0.78*10-3 НШ - 67 1.12*10-3 НШ - 98 1.65*10-3

Давление Угловая Мощность нагнетания, скорость вала, на валу, мПа рад/с кВт 10 115 2 10 115 5.9 10 115 8.6 10 115 14 10 115 20

Г11-11 Г11-22 Г11-23 Г11-24

0.083 *10-3 0.2*10-3 0.416*10-3 0.833*10-3

0.5 2.5 2.5 2.5

152 152 152 252

0.12 0.9 1.6 2.9

Насосы марки Г11 предназначены для нагнетания чистого минерального масла в систему смазки станков, а насосы НШ - для нагнетания чистого минерального масла в гидросистемы тракторов и дорожно-строительных машин. Таблица 11 Пластинчатые насосы Марка Подачам 3 насоса /с Г12 – 21 Г12 – 22 Г12 – 23 Г12 – 24 Г12 – 25

0.13*10-3 0.3*10-3 0.58*10-3 1.16*10-3 2.32*10-3

Давление Угловая Мощность на нагнета- скорость вала, валу, кВт ния, мПа рад/с 6.3 100 1.5 6.3 100 2.8 6.3 100 4.65 6.3 100 9.6 6.3 100 21.2

Пластинчатые насосы серии Г12 широко применяются для подачи чистого минерального масла в системах металлорежущих станков и прессов. Таблица 12 Аксиально-поршневые гидродвигатели Угловая Тип Расход Номинально Номинальный скорость гидродвижидкости, е давление, крутящий вала, гателя м3/с мПа момент, Нм рад/с Г15 – 21 105 0.15*10-3 5 6 Г15 – 22 105 0.3*10-3 5 12.5 Г15 – 23 105 0.6*10-3 5 25 -3 Г15 – 24 105 1.2*10 5 50 Г15 – 25 . 105 2.4*10-3 5 100 Г15 – 26 105 4.8*10-3 5 200 -3 11М – 165 304 0.43*10 10 12 11М – 2,5 152 0.8*10-3 10 42 -3 11М - 5 146 1.7*10 10 105 -3 11М - 10 146 3.4*10 10 200 11М- 20 146 6*10-3 10 370 -3 11М - 30 100 12*10 10 740 Аксиально-поршневые гидродвигатели типов Г15 и 11М получили широкое распространение в машиностроении. Таблица 13 Радиально-поршневые гидродвигатели Тип гидро- Угловая Расход Номинально Номинальный двигателя скорость жидкост е давление, крутящий

вала, рад/с

и, м3/с

мПа

момент, Нм

25

0,64*10-3

10

240

25

I.0*10-3

10

380

20 14 10 4

I.2*10-3 2*10-3 4*10-3 6.2*10-3

10 10 10 10

570 1480 3540 15120

МP 0.16/10 МР 0.25/10 МР – 0.4/10 МР - 1/10 МР – 2.5/10 МР- 10/10

Гидродроссель представляет специальное давление в потоке рабочей жидкости.

местное

сопротивление,

снижающее

Таблица 14 Крановый дроссель Типоразмер дросселя Г77 - 31 В Г77 - 31 Б Г77- 31 А Г77-31 Г77 - 32 А Г77- 32 Г77 – 33 Г77 – 3

Номинальный расход, м3/с 0.02*10-3 0.05*10-3 0.08*10-3 0.13*10-3 0.2*10-3 0.3*10-3 0.6*10-3 1.2*10-3

Номинальное, мПа 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5

Регулируемый гидроклапан предназначен для регулирования давления в потоке жидкости, а предохранительный - для предохранения гидросистем от давления, превышающего допустимое. Таблица 15 Типоразмер гидроклапана Г77 – 24 Г77 – 25 Г77 – 26 Г77 – 27

Номинальный расход. мЗ/с 1,2*10-3 2,35*10-3 4,7*10-3 9,49*10-3

Номинальное давление, мПа До 20 До 20 До 20 До 20

Гидроклапан серии Г77 используется на минеральном масле, потери давления при номинальном расходе не более 0,02 мПа. Гидроклапаны могут использоваться как регулирующие и предохранительные. Редукционные клапаны, предназначенные для поддержания постоянного давления в отводимом от него потоке жидкости серия КР, имеют пределы настройки давления 1,5-15 мПа, минимальный допустимый перепад давлений 1 мПа и номинальный расход: КР - 12 0,4*10-З, КР-16 - 0,7-10-3, КР-20 - 1,05-10-3, КР-25 - 1,7*10-3, КР-32 - 2.7*10-3 м3/с. Обратный гидроклапан - направляющий гидроаппарат, предназначенный для пропускания жидкости только в одном направлении. При изменении направления потока подачи обратный клапан закрывается, прекращая подачу жидкости. Обратный клапан типа Г51-2 работает до давления 20 мПа.

Таблица 16 Обратный клапан Типоразмер Номинальный расход, гидроклапана м3/с. Г51 – 21 0,13*10-3 Г51 – 22 0,3*10-3 Г51 – 23 0,6*10-3 Г51 – 34 1,2*10-3 Г51 – 25 2,4*10-3 Г51 – 26 4,7*10-3 Г51 – 27 9,4*10-3

Потери давления, мПа не более 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

Гидрораспределитель - гидроаппарат, предназначенный для изменения направления потока рабочей жидкости в двух и более гидролиниях. Таблица 17 Гидрораспределитель типа Г74 – 1 Типоразмер гидрораспределителя Г74 – 12 Г/4 - 13 Г74 – 14 Г74 – 16 МГ73 – 1 40 МН 50 МН

Номинальный расход, м3/с 0.3*10-3 0,6*10-3 1,2*10-3 2,4*10-3 до 0,3*10-3 4,2*10-3 6,7*10-3

Номинальное давление, мПа 0,3 - 8 0,3 - 8 0,3 - 8 0,3 - 8 до 12 32 32

Потери давления в гидрораспределителях типа Г 74-1, МГ73-1 не более 0,2 мПа. Гидрораспределитель Г74-1 четырехлинейный трехпозиционный с нормально замкнутыми гидролниями на перелив и ручным управлением, МГ73-1 и МЫ - с управлением от электромагнитов. Гидрофильтры предназначены для отделения твердых частиц от рабочей жидкости, в гидравлических приводах машиностроения применяются, в основном, сетчатые фильтры. Таблица 18 ПропускРабочее Перепад Размер Типоразмер ная частиц, давление, давлений фильтра способномм мПа , мПа сть, мЗ/с 0,05 С42 – 11 0,6 0,5 2*10-3 0,05 0,05 С42 – 12 0,6 0,5 3*10-3 0,05 -3 0.05 С42 – 13 0,6 0,5 8*10 0,05 -3 0,05 С42 – 14 0,6 0,5 18*10 0,05 0,08 С42 – 11 0,6 0,5 2*10-3 0,08 -3 0,08 С42 – 12 0,6 0,5 З*10 0,08 -3 0,08 С42 – 13 0,6 0,5 8*10 0,08 0,08 С42 – 14 0,6 0,5 18*10-3 0,08 -3 0,15 С42 – 11 0,6 0,5 2*10 0,15 -3 0,15 С42 – 12 0,6 0,5 3*10 0,15 0,15 С42 – 13 0,6 0,5 8*10-3 0,15

0,15 С42 – 14 0,08 Г41 – 11 0,08 Г41 – 12 0,08 Г41 – 13 0,08 Г41 – 14 0,12 Г41 - 1_ 0,12 Г41 - 12 0,12 Г41 - 13 0,2 Г41 - 14 0,2 Г41 - 11 0,2 Г41 - 12 0.2 Г41 - 13 0,2 Г41 - 14

0,6 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5

18*10-3 0,05*10-3 0,13*10-3 0,3*10-3 0,6*10-3 0,08*10-3 0,2*10-3 0,4*10-3 0,8*10-3 0,13*10-3 0,3*10-3 0,6*10-3 1,2*10-3

0,5 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

0,15 0,08 0,08 0,08 0,08 0,12 0,12 0,12 0,12 0,2 0,2 0,2 0,2

Гидрофильтры типа С42 и Г41 предназначены для установки, в основным, на сливных гидролиниях, в напорных: до 20 мПа по ГОСТ 16026 - 70 и до 16 мПа по ГОСТ 15027 -70. Расчет гидролиний Гидролинии бывают довольно сложные: имеются ответвления, изменяются диаметры труб и материал. Для удобства расчета гидролинии подразделяют на простые и сложные. Простая гидролиния - прямая труба постоянного диаметра. Сложные гидролинии имеют ответвления, однако любую сложную гидролинию можно представить как совокупность простых. Простая гидролиния гидравлически определена, если известны гидродинамические напоры или давления на ее концах, диаметр и расход жидкости. На практике встречаются три задачи о простой гидролинии: в первой требуется найти потери удельной энергии, во второй - диаметр, в третьей - расход жидкости. Потери удельной энергии в простой горизонтальной гидролинии можно найти из уравнения Бернулли (Рис. 4): z1 + P1/γ + U21/2g = z2 + P2/γ + U22/2g + ∆H где вследствие постоянства расхода Q=U1f1=U2f2=const и постоянства диаметра, т.е. равенства площадей f1 и f2, члены уравнения (U1)2/2g и (U2)2/2g равны; а вследствие горизонтальности трубы равны z1, и z2, Тогда P1/γ - P2/γ = ∆H или H1-H2=∆H, при этом необходимо иметь в виду, что потери удельной энергии ∆H представляют сумму потерь удельной энергии по длине и в местных сопротивлениях, т.е. ∆H=∆Hl+∆Hζ Первая задача о простой гидролинии Дано: расход жидкости, диаметр трубы, длина трубы, жидкость, температура жидкости, напор в начале гидролинии, гидролиния горизонтальная, местных сопротивлений нет. Определить напор в конце гидролинии. Расчет ведется по схеме: πd 2

f=

U=

Q f

Ud Re=

λ=

64 Re

∆Hl =λ

l U2 d 2g

2 =H1 +∆Hl ν 4 d  → f  →u  →Re→λ  →∆Hl H  →H2

В первой задаче диаметр трубы может быть и не задан, тогда эта задача гидравлически не определена. В этом случае, пользуясь рекомендациями по выбору оптимальных значений скорости, значение скорости принимают и задачу решают по схеме: U→ f → d → Re→ λ → ∆ H2 → H 2

Вторая задача о простой гидролинии

Дано: расход жидкости, длила трубы, жидкость, температура жидкости, напор в начале и конце гидролинии, гидролиния горизонтальная, местных сопротивлений нет. Определить диаметр трубы. Расчет можно вести одним из трех способов: способ попыток, способ последовательных приближений, графическим способом. Рассмотрим графический способ определения диаметра трубы. Принимаем любое значение d1 и определяем ∆H1 по схеме: d1  → f1  →U1  → Re  → λ1  → ∆H1 Далее принимаем значения d2, d3, d4, d5 и определяем ∆H2, ∆H3, ∆H4, ∆H5, таким образом, чтобы H2 - H1 = ∆H находилось между полученными значениями ∆Hi, т.е. ∆H1<∆H<∆H5 или ∆H1<∆H<∆H5. По полученным данным ∆Hi и di смотрим график ∆Hi =ϕ(di) (рис.5) и на нем откладываем ∆H = H2 - H1 находим искомое значение d. Третья задача о простой гидролинии

Дано: диаметр трубы, длина трубы, жидкость, температура жидкости, напор в начале и конце гидролинии, гидролиния горизонтальная, местных сопротивлений нет. Определить расход жидкости. Решаем задачу графическим способом. Принимаем любое значение Q1 и определяем ∆H1 по схеме: Рис. 4. Простая гидролиния ∆H1 ∆H2 ∆Hзадан ∆H3 ∆H4 ∆H5

d1

d

d2

d3

d4

d5

Рис.5. Определение диаметра трубы графическим способом ∆H1

∆H2 ∆Hзадан ∆H3 ∆H4 ∆H5 d1

d2

d

d3

d4

d5

Рис. 6. Определение расхода жидкости графическим способом d1  → Q1  → u1  → Re  → λ1  → ∆H 1

Далее принимаем значения Q2, Q3, Q4, Q5 и определяем ∆H2, ∆H3, ∆H4, ∆H5. Таким образом, чтобы H2-H1=∆H находилось между полученными значениями Hi, т.е. ∆H1<∆H<∆H5 или ∆H1>∆H>∆H5. По полученным данным ∆Hi и Qi строим график ∆H=ϕ1(Qi) (рис.6) и на нем откладывая ∆H =H2 - H1 находим исходное значение Q. Простое разветвление гидролиний

Гидролиния с простым разветвлением показана на рис.7. Энергия по схеме переносится из точки 1, к точкам 3 и 4, т.е. в точке 1 находится источник энергии, а в точках 3 и 4 потребители. Параметры потребителей обычно задаются: расходы жидкостей Q3 и Q4, гидродинамические напоры H3 и H4. Из конструктивных соображений обычно бывают известны l12, l23, l24, а из условий эксплуатации - носитель энергии (рабочая жидкость) и его температура. Расчетом необходимо определить расход жидкости в точке 1, гидродинамический напор в точке 1, диаметры труб. Решение начинается с разбивки сложной гидролинии на простые; в данном случае ими будут участки 12, 23, 24. Расход жидкости на участке 12 определяется как сумма расходов на участках 23 и 24: Q12 =Q23 +Q24 Гидродинамический напор в точке 1 можно определить двояко: H31 =H3∆H23+∆H12 или H1 =H4∆H24 +∆H12 где H3+∆H23 и H4+∆H24 равны H2. Таким образом, для определения H1 необходима сначала вычислить потери ∆H23 или ∆H24 и ∆H12 Расчет начинают с ветви, где конечное значение гидродинамического напора больше. Допустим H3>H4. Задача по определению потерь в ветви 23 сводится к первой задаче о простой гидролинии, которая гидравлически не определена, поскольку известен расход, но не известны диаметр трубы и скорость движения жидкости. Поэтому на ветви 23 принимают оптимальное значение скорости и решают первую задачу Аналогично, задаваясь скоростью, можно определить потери и диаметр на участке 12 ∆H12 и тем самым найти H1 и H2. Рассчитав H2 и, имея по условию H4, тем самым задают потери удельной энергии на участке 24: H2 –H4 =∆H24. Таким образом, для участка 24 приходится решать вторую задачу о простой гидролинии и находить диаметр трубы, удовлетворяющий H4 и ∆H24. Параллельное соединение гидролиний

Рассмотрим сложную гидролинию, имеющую параллельное соединение (рис.8). Разобьем сложную гидролинию на простые: участки 12, 34, 1, 11, 111. Исходные данные для расчета следующие: потери гидродинамического напора в ветвях ∆HI, ∆HII, ∆HIII; расходы в ветвях HI*HII*HIII; длины труб lI*lII*lIII*l12*l34; рабочая жидкость, условия эксплуатации, гидродинамический напор в точке 4. Необходимо определить: гидродинамический напор в точках 1.2,3, расход жидкости на участках 12 и 34; диаметры. Определяем расход жидкости на участках 12 и 34, как сумму расходов в ветвях 1, 11, 111 Q12 =Q34 ± QI + QII + QIII Гидродинамический напор в точке 1 определяется как сумма гидродинамического напора в точке 4 и потерь на участках 34, I, или II, или III и 12, т.е. H1 = H4 + ∆H34 + ∆HI + ∆H12 H1 = H4 + ∆H34 + ∆HII + ∆H12 H1 = H4 + ∆H34 + ∆HIII + ∆H12 Поэтому задача сводится к определению потерь удельной энергии и диаметров. Расчет начинают с участка 34, здесь решают первую задачу принимая оптимальные значения скорости аналогично поступают с любым из расходов I, II, III и, далее, с участком 12. А затем определяют H1. При параллельном соединении гидролиний потери удельной

энергии на любой из ветвей будут равны, т. е. ∆HI = ∆HII = ∆HIII. Поэтому если в предшествующем расчете фигурировала I ветвь и для нее определены потери удельной энергии, то автоматически определяются потери и для двух других ветвей. Таким образом, в ветвях II и III будут известны потери удельной энергии и расходы жидкости, а определяется диаметр трубы, т.е. решается вторая задача о простой гидролинии. 3 1

2

4 Рис. 7. Простое разветвление гидролинии I II 1

2

3

4

III

Рис. 8. Параллельное соединение гидролиний 3

4

1 2 Рис. 9. Гидролиния.

5

6

Гидролиния с непрерывной раздачей жидкости

Гидролиния с непрерывной раздачей жидкости - это, например, труба с многочисленными отверстиями по длине. В трубу входит расход QI, через отверстие в стенке трубы часть жидкости расходом QII выливается наружу, образуя путевой расход. Остальная жидкость выходит в конце трубы, образуя транзитный расход Qmp. Предполагается, что путевой расход равномерно распределен по длине трубы, т.е. ∆QII / l12 = const. Потеря удельной энергии по длине в такой гидролинии определяется следующим образом: ∆H=λ(l/d)·(U2расч/2g) U расч =

4Q πd 2

2 Q расч = Qтр + QтрQп +

Qп 3

Если транзитный расход равен нулю Qmp = 0, тогда Qn2 3 Построение напорной пьезометрической и геометрической линий Q расч =

Для наглядного представления гидравлических явлений в напорных трубопроводах, а также для некоторых расчетов строят напорную, пьезометрическую и геометрическую линии. Напорная линия графически представляет изменение полной удельной энергии жидкости в направлении ее давления, пьезометрическая линия - потенциальной удельной энергии, а геометрическая - взаимное расположение живых сечений по вертикали. На рис.9 представлена гидролиния, для которой необходимо построить напорную, пьезометрическую и геометрическую линии. Гидролиния постоянного диаметра, с расходом

жидкости Q, на напор в точке 6 H6, длины участков l12, l23, l34, l45, l56. Расчетом (смотри, выше) можно определить H1 , H2 , H3 , H4 , H5 и ∆H12, ∆H23, ∆H34, ∆H45, ∆H56, потери в местных сопротивлениях ∆H3 (на поворотах), скоростную высоту U2 Hc = ------Мысленно вытягиваем гидролинию в прямую линию и откладываем вдоль образовавшейся горизонтальной оси расстояние l между точками l12, l23, l34, l45, l56 /рис.10/. По вертикали в точках 1, 2, 3, 4, 5, 6 откладываем значения Z и, соединив их окончания, получим геометрическую линию. Для построения напорной линии в точке 1 по вертикали откладываем H1 и от H1 проводим горизонталь до пересечения с вертикалью, проведенной из точки 2. От точки пересечения d выше откладываем ∆H12, получаем точку H2, точку d и H2 соединяем прямой линией. Далее, от точки H2 вниз откладываем ∆H3 потери в угольнике, в результате имеем точку H2’. Линия d H2H2’ и есть напорная линия. На участке 12. Аналогично построение ведут для других участков, принимая последнюю точку предыдущего участка за первую для последующего. Пьезометрическая линия пройдет ниже напорной на величину скоростной высоты U 2 и параллельно ей. H = 2g

1. 2. 3.

Литература Вильнер Я.М., Ковалев Я.Т., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Изд-во «Вышэйшая школа», Минск, 1976, 415с. Чугаев Р.Р. Гидравлика. Л., 1975, -423 с. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика. М., 1972, 354 с.

Рис.10. Напорная, пьезометрическая и геометрическая линия