Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования российской федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Тюменский государственный нефтегазовый университет

Институт нефти и газа

Кафедра: Машины и оборудование нефтяной и газовой промышленности

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине «Гидромашины и компрессоры»

Расчет гидропривода

2009

ЗАДАНИЕ

1. Гидропередача состоит из насоса, силового гидроцилиндра с односторонним штоком и гидромагистрали длиной 10 м.

2. Рабочая скорость штока силового гидроцилиндра не зависит от нагрузки и регулируется в пределах от 0 до Vmax=0,09 м/с, а скорость возврата его должна быть в два раза большей, чем рабочая.

3. Максимальная нагрузка на шток F=20 кН.

4. Предусмотреть фиксацию штока в любом его положении и обеспечить разгрузку насоса.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Выбор функциональной схемы гидропривода

2. Выбор рабочей жидкости

3. Расчетная часть

3.1 Выбор гидродвигателя

3.2 Определение расхода жидкости

3.3 Выбор гидравлической аппаратуры

3.4 Расчет гидравлической сети

3.5 Выбор насоса и определение его рабочего режима

3.6 Выбор электродвигателя

3.7 Расчет К.П.Д. гидропривода

3.8 Определение объема масляного бака

3.9 Тепловой расчет гидросистемы

4. Техника безопасности

Список литературы



ВВЕДЕНИЕ

Гидроприводом - называют совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством гидравлической энергии, т.е. энергии капельной жидкости.

Гидропривод бывает магистральный, аккумуляторный и насосный.

В магистральном и аккумуляторном гидроприводе рабочая жидкость подается в гидродвигатель соответственно от магистрали и гидроаккумулятора, не входящих в эту систему.

В насосном приводе рабочая жидкость попадается в гидродвигатель насосом, входящим в состав этого привода. Здесь источником энергии является приводящий двигатель.

По типу приводного двигателя насосный гидропривод называют электронасосным, дизельнонасосным и т.д.

В насосе механическая энергия преобразуется в гидравлическую, а в гидродвигателе гидравлическая энергия преобразуется в механическую; в результате осуществляемого преобразования энергии удается получить совместные характеристики приводящего двигателя и гидропривода, удовлетворяющие требованиям нагрузочных характеристик. Системой управления можно воздействовать на насос, гидроаппаратуру, гидродвигатель.

Если в состав гидропривода входит один или несколько объемных гидродвигателей, то такой привод называют объемным.

В современных горных машинах и стационарных установках наиболее широко применяются насосный объемный гидропривод. В общем случае в состав насосного объемного гидропривода входят: гидропередача, гидропреобразователи, гидроаппараты, кондиционеры рабочей жидкости, гидроемкости и гидролинии.

Гидропередача - часть насосного гидропривода, предназначенная для передачи движения от приводящего двигателя к машинам и механизмам.

Гидропреобразователь - выполняет функцию: преобразование энергии одного потока рабочей жидкости в энергию другого потока с другим значением давления.

Гидроаппараты - применяют для изменения или поддержания заданного постоянного значения давления или расхода рабочей жидкости, либо для изменения направления потока рабочей среды. К ним относятся: гидроочистители и регуляторы потока.

Кондиционеры рабочей жидкости - служат для получения необходимых качественных показателей жидкости. К ним относятся гидрораспределители, гидроочистители, теплообменные аппараты, воздухо-пусковые устройства.

Гидроемкости - служат для содержания в них рабочей жидкости с целью использования ее в процессе работы гидропривода.

Гидродвигатель с поступательным движением выходного звена - называют гидроцилиндром с вращательным движением гидромоторов; и с поворотным движением - поворотным гидродвигателем. В соответствии с этим различают гидроприводы с движением выходного звена - поступательным, вращательным и поворотным.

Гидропривод обладает следующими основными достижениями:

- возможность получения совместных характеристик приводящего двигателя и гидропривода в соответствии с нагрузочными характеристиками машины;

- простота предохранения приводящего двигателя и исполнительных органов машины от перегрузок;

- широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена, что позволяет осуществлять рациональный режим работы исполнительных органов машины;

- возможность передачи больших сил и моментов;

- надежная смазка трущихся поверхностей, благодаря применению в качестве рабочей жидкости машинного масла;

- простота реверсирования без необходимости изменения направления вращения приводящего двигателя;

- простота управления, что способствует применению систем автоматического, программного и дистанционного управления.

Недостатки:

Утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, что снижает К.П.Д.. Установка ведет к загрязнению рабочего места. Реверс рабочей жидкости, что в ряде случаев требует применения специальных охладительных устройств; необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости и защиты от проникновения в нее воздуха; пожароопасность в случае применения горючей рабочей жидкости, более низкий К.П.Д. гидропередачи по сравнению с механической.

При правильном выборе гидросхем и конструировании гидроузлов, некоторые из перечисленных недостатков гидропривода можно устранить или значительно уменьшить их влияние на работу машины. Тогда преимущества гидропривода становятся столь существенными, что в большинстве случаев приходится отдавать ему предпочтение. Насосы и гидродвигатели по принципу действия делятся на объемные (поршневые, шестеренные, пластинчатые, винтовые) и динамические (лопастные, вихревые и т.д.). В зависимости от того, какие насосы и гидродвигатели входят в состав гидропередачи, их соответственно называют объемные (гидродвигатель и насособъемные машины) и гидродинамические (гидродвигатель и насосно-лопастные насосы).

Сейчас трудно назвать область техники, где бы не использовали гидропривод. Эффективность, большие технические возможности делают его почти универсальным средством при механизации и автоматизации различных технических процессов. В частности, он находит широкое применение при добыче нефти, ее транспортировании, при циркуляции бурового раствора и т.д.

1. ВЫБОР ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ГИДРОПРИВОДА

Определим выходную мощность на штоке силового гидроцилиндра Nц по формуле:

, кВт(2.1.)

где F - усилие на штоке, кН;

Vmax - максимальная скорость перемещения штока, м/с.

кВт < 3 кВт,

Следовательно, целесообразней применять дроссельный метод регулирования.

Схема гидропривода представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1 Схема гидропривода



2. ВЫБОР РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ

Рабочая жидкость - масло веретенное АУ, для которого:

- вязкость при 50 м2/с;

- температура застывания -45 ;

- температура вспышки +163 ;

- пределы рабочих температур от -40 до +60 ;

- плотность 890 кг/м3.



3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Выбор гидродвигателя

Определим давление рабочей жидкости в силовом цилиндре:

, м2 (3.1)

где fшт - сечение штока, м2;

Fmax - максимальное усилие на штоке, Н;

- допускаемое нормальное напряжение, н/м2;

н/м2.

.

, м2 (3.2.)

где dшт - диаметр штока.

мм.

Принимаем dшт=16 мм=0,016 м.

Принимаем диаметр поршня D=50 мм=0,05 м.

Определим рабочее давление в гидроцилиндре:

, Па (3.3)



где - механический К.П.Д., .

МПа

Исходя из того, что давление в силовом цилиндре равно 10,6 МПа, выбираем гидроцилиндр типа ЦС20Г250

3.2 Определение расхода жидкости

Расход рабочей жидкости в бесштоковой полости силового гидроцилиндра определяется:

, м3/с (3.4)

, м3/с (3.5)

где Qц max и Qц min - максимальный и минимальный расход жидкости, м3/с;

Vmax и Vmin - максимальная и минимальная скорости движения поршня, м/с;

- объемный К.П.Д.

м3/с;

Qц min = 0.

3.3 Выбор гидравлической аппаратуры

Золотник реверсивный Г73-46, для которого:

- номинальный расход масла м3/с;

- номинальное давление МПа;

- потери давления в золотнике при номинальном расходе 0,5 МПа.

Дроссель с регулятором и обратным клапаном Г55-35, для которого:

- номинальный расход масла м3/с;

- наименьший рекомендуемый расход м3/с;

- номинальное давление 12,5 МПа.

Фильтр пластинчатый 0,12Г41-24, для которого:

- наименьший размер задерживаемых частиц 120 мкм;

- пропускная способность при перепаде давления 0,1 МПа и вязкости м2/с, м3/с;

- наибольшее рабочее давление 12,5 МПа.

3.4 Расчет гидравлической сети

Диаметры трубопроводов определяются из условия обеспечения допустимых эксплутационных скоростей Vэкс:

- всасывающие трубопроводы 1 м/с;

- сливные трубопроводы 2 м/с;

- нагнетательные трубопроводы при давлении до 12 МПа, 5 м/с.

Используя уравнение постоянства расхода, определяем диаметр трубопровода:

, м/с (3.6)

где dp - внутренний диаметр трубопровода, м;

Qmax - максимальный расход;

Vэкс - эксплутационная скорость движения рабочей жидкости, м/с.

Диаметр всасывающего трубопровода:

м =43 мм;

принимаем = 40 мм.

Диаметр сливного трубопровода:

м =30 мм;

принимаем = 30 мм.

Диаметр нагнетательного трубопровода:

м = 18 мм;

принимаем = 18 мм.

Определим скорость движения жидкости в принятых трубопроводах:

, м/с (3.7)

Всасывающий трубопровод:

м/с;

Сливной трубопровод:

м/с;

Нагнетательный трубопровод:

м/с.

Определение потерь давления в гидросистеме производиться по уравнению:

, Мпа (3.8)

где - суммарные потери давления, МПа;

- сумма потерь давления по длине во всасывающем, нагнетательном и сливном трубопроводах, МПа;

- сумма потерь давления в местных сопротивлениях, МПа.

Потери давления по длине трубопровода определяются согласно формуле:

, Мпа (3.9)

- Определим потери по длине во всасывающем трубопроводе:

число Рейнольдса:

(3.10)

где - кинематическая вязкость жидкости, м2/с.

;

т.к. Re=4153>2320, определяем значения предельных чисел Рейнольдса:

нижний предел:

; (3.11)

верхний предел:

;(3.12)

где - эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб, труба стальная бесшовная, следовательно , м;

т.к. Re< и Re=4153>2320, то коэффициент Дарси определяется по формуле Блазиуса:

; (3.13)

длина всасывающего трубопровода l1 = 2 м;

МПа

- Определим потери по длине в сливном трубопроводе:

число Рейнольдса:

;

т.к. Re=5538>2320, определяем значения предельных чисел Рейнольдса:

нижний предел:

;

верхний предел:

;

гидропривод гидравлический насос электродвигатель

где - эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб, труба стальная бесшовная, следовательно , м;

т.к. Re< и Re=5538>2320, то коэффициент Дарси определяется по формуле Блазиуса:

;

длина сливного трубопровода l2 = 4 м;

МПа

- Определим потери по длине в нагнетательном трубопроводе:

число Рейнольдса:

;

т.к. Re=11769>2320, определяем значения предельных чисел Рейнольдса:

нижний предел:

;

верхний предел:

;

где - эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб, труба стальная бесшовная, следовательно , м;

т.к. Re< и Re=9249>2320, то коэффициент Дарси определяется по формуле Блазиуса:

;

длина нагнетательного трубопровода l3 = 4 м;

МПа.

- Определим потери давления в выбранной гидроаппаратуре:

, Па (3.13)

где - номинальная потеря давления гидроустройства при номинальном расходе , МПа.

- Потери на местные сопротивления в золотнике:

МПа;

- Потери на местные сопротивления в дросселе:

МПа;

- Потери на местные сопротивления в фильтре:

МПа.

Суммарные потери давления в гидроаппаратуре для каждого участка гидросистемы занесем в таблицу:

Таблица 4.1

Участок гидросистемы	Потери давления, МПа
	По длине,	Местные,	Общие,
Всасывающий	0,0013	0,066	0,079
Сливной	0,0012	0,266	0,272
Нагнетательный	0,1	2,2	3,2
Сумма	0,1025	2,532	3,551

Сопротивление системы можно принять величиной постоянной.

, Па (3.14)

где a - сопротивление трубопровода;

Общее давление в гидросети, необходимое для работы гидропривода описывается уравнением:

, Па (3.15)

где Pc - общее давление в гидросети, МПа;

z - число последовательно соединенных и одновременно работающих гидродвигателей, z=1;

- перепад давления в силовом гидроцилиндре, определяемый по формуле (4.3.);

, Па.

Таблица 4.2

Q, м3/с	0
Pc , МПа	10,6	10,7	11,03	11,58	12,35	13,345	14,1



3.5 Выбор насоса и определение его рабочего режима

Так как в гидропередаче насос и гидросеть с гидродвигателем представляют единую гидравлическую систему, то рабочий режим насоса определяется графически точкой пересечения напорных характеристик в гидросети. (рис. 4.5.1)

Рис. 4.5.1 Совмещение паспортных характеристик насоса и трубопровода

Выбираем насос аксиально-поршневой HA 0,04/16 модификация по способу управления HAP, для которого:

- номинальное давление, МПа 16 МПа;

- номинальная подача, м3/с;

- число оборотов в секунду 25;

- потребляемая мощность, кВт15,6;

- общий К.П.Д. 0,85;

- объемный К.П.Д. 0,92;

- высота всасывания, м0,5.

3.6 Выбор электродвигателя

Определив по рис. 4.5.1 Pp и Qp, рассчитываем мощность на валу электродвигателя:

, Вт (3.16.)

где Pp - развиваемое давление, Па;

Qp - производительность насоса, м3/с;

- общий К.П.Д. насоса.

кВт

Мощность выбираемого электродвигателя должна быть больше расчетной на 10-15 %, выбираем электродвигатель А02-91-6:

- номинальная мощность 55 кВт;

- скорость вращения вала 980 об/мин.

3.7 Расчет к.п.д. гидропривода

Зная выходную мощность гидродвигателя Nц и мощность на валу насоса, общий К.П.Д. можно определить по формуле:

(3.17)

где Nц - выходная мощность гидродвигателя, Вт.



3.8 Определение объема маслянного бака

Ориентировочно емкость бака Wб можно принять равным двум минутным подачам насоса:

м3 (3.18)

3.9 Тепловой расчет гидросистемы

Количество тепла, получаемое гидросистемой в еденицу времени можно определить по формуле:

, кДж/с (3.19)

где kn - коэффициент продолжительности работы под нагрузкой, kn=0,7;

, кДж/с.

Максимальная температура жидкости, которая достигается через 1 час после начала эксплуатации гидропривода и не зависит от времени:

, (3.20)

где - максимальная температура жидкости;

tmax - максимальная температура окружающего воздуха, ;

k - коэффициент теплоотдачи поверхности гидроагрегатов, k=;

S - суммарная площадь теплоизлучающих поверхностей гидропривода, м2.

, м2 (3.21)

м2;

.



4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСТНОСТИ

При эксплуатации гидроприводов с высоким давлением необходимо создать безопасные условия для обслуживающего персонала от поражения струей гидрожидкости. Для этого ограждают кожухом все участки гидролиний, которые не заключены в общий корпус машины. При обнаружении внешних утечек гидрожидкости немедленно останавливают насос и устраняют утечки. При высоком давлении в гидросистеме категорически запрещается для устранения утечек подтягивать соединения трубопроводов, штуцеры и т.д.

Гибкие рукава, шланги не должны перекручиваться в процессе эксплуатации. При обнаружении местного вздутия покрова на рукавах шлангах или при появлении небольших утечек повреждённые участки немедленно заменяют новыми.

Запрещается эксплуатировать гидропривод высокого давления без манометра или при его неисправности. На шкале или корпусе манометра должна быть нанесена красная метка соответствующая наибольшему давлению в этой точке.

Следует периодически проверять работу предохранительных клапанов. Запрещается настраивать клапаны в шахтных условиях. Настройка должна проводиться только на специальных стендах.

Гидроприводы с гидроаккумуляторами должны иметь устройство для отключения от гидросистемы.

Шум, возникающий при работе насосных агрегатов с восстановлением мощности до 12,5 кВт, не должен превышать уровень звуковой мощности 75-95 дБ при частоте 63-8000 Гц, а с установочной мощностью свыше 12,5 кВт, 85-100 дБ при технических частотах.

Сам гидропривод может работать в полуавтоматическом режиме, и наружное управление должно быть предусмотрено устройством на переключение привода в ручное управление в наладочном режиме.

При соблюдении необходимых мер предосторожности от поражения высоконапорными струями, работа с нефтяными маслами и другими жидкостями гидроприводов безопасна.

Однако при длительной работе с маслами необходимо пользоваться рукавицами или применять защитные мази, пасты для рук. Вскрытие тары с маслом нельзя производить инструментами издающие при ударе искрообразование. После окончания работы с маслами необходимо вымыть руки теплой водой с мылом.

При загорании масла допускаются все средства тушения, кроме воды, поэтому в местах хранения масел и расположения насосных станций необходимо иметь огнетушители, ящики с песком и лопаты. Промасленную ветошь следует складывать в металлические ящики с крышками, которые необходимо систематически освобождать от используемой ветоши.

Предельно допустимая концентрация масляного тумана в воздушной среде составляет 5 мг/м3, предельно допустимая концентрация паров углеводов масла в воздухе - 300 мг/м3.

Весьма опасные ожоги рабочей жидкости. По этой причине категорически запрещается зажимать плавкие защитные пробки в гидромуфтах не плавкими заглушками. Несоблюдение этого требования может привести к ожогам даже при соприкосновении с кожухом гидромуфты, а иногда и к возникновению пожара.

Все вращающиеся и быстродвижущиеся элементы гидропневмоприводов вне корпуса машины должны быть закрыты кожухами или, в крайнем случае, иметь ограждение.

Корпуса электродвигателей и их пусковую аппаратуру необходимо заземлять. Заземление должно иметь и шахтная пневматическая сеть которая может попасть под напряжение при соприкосновении с оголенными кабелями, контактным проводом и т.д. Шахтная пневматическая сеть должна иметь такую коммуникацию, чтобы ее можно было использовать для доставки воды при тушении пожаров. При сильной нагрузке пневмодвигатель может развить недопустимо большие обороты. В целях предупреждения «разноса» такие пневмодвигатели снабжаются регулятором скорости.

Для снижения аэродинамического шума на пневмодвигателе необходимо устанавливать соответствующие глушители, конструкции которых должны быть рассчитаны на улавливание попавшего в воздух масла.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Двинин А.А., Двинина И.С., Кудрявцева Н.А. Методические указания и задания к курсовой работе по гидроприводу для студентов заочного обучения (специальности 0508 и 0511) 2-е части; Тюмень, 1983 г.

Размещено на Allbest.ru

...