Расчёт гидропривода управления задвижкой главной водоотливной установки шахты

По дисциплине: «Гидропривод»

Тема работы: «Расчёт гидропривода управления задвижкой главной водоотливной установки шахты»

Выполнил ст. гр. КЭС-12 Худолий А.В.

Донецк - 2014

Реферат

Объект исследования - гидропривод управления задвижками главной водоотливной установки шахты.

Цель работы: разработать гидравлическую схему гидропривода управления задвижками главной водоотливной установки шахты и выбрать все элементы.

В данной курсовой работе составлена гидравлическая схема, рассчитаны и выбраны все элементы гидропривода управления задвижками главной водоотливной установки шахты. Выбран пластинчатый насос типа БГ-1221А; рабочая жидкость - масло индустриальное 30; приемный фильтр 0,16с41-21; обратный клапан Г51-21; распределитель П6; дроссель и регулятор потока Г55-11. Выбраны диаметры труб и рассчитаны потери давления в них. Рассчитана мощность насоса в рабочих режимах - при открытии задвижки 1944 Вт, при закрытии 2057 Вт.

ГИДРОЛИНИЯ, НАСОС, ДИАМЕТР ПОРШНЯ, РАСЧЁТ ДРОССЕЛЯ, ГИДРОЦИЛИНДР, АБСОЛЮТНОЕ ДАВЛЕНИЕ.

Содержание

Введение

1. Составление и анализ схемы, выбор давления

1.1 Составление и анализ гидравлической схемы

1.2 Выбор стандартного давления

2. Выбор гидромашин и рабочей жидкости

2.1 Основные технические характеристики гидроцилиндра

2.2 Выбор насосов

2.3 Выбор рабочей жидкости

3. Выбор гидроаппаратуры и вспомогательных устройств

4. Расчет труб гидролиний и потерь давления

4.1 Расчетный диаметр труб

4.2 Расчет толщины стенки трубы

4.3 Потери давления в гидролиниях по длине

4.4 Потери давления в местных сопротивлениях

4.5 Полные потери давления при расчётном расходе

5. Линия абсолютного давления в гидроприводе

6. Сила давления на колено трубы

7. Давление срабатывания предохранительного клапана

8. Рабочие режимы насоса

9. Мощность насоса

10. Проверка рабочего режима насоса на кавитацию

11. Эксплуатация и техника безопасности

Выводы

Список источников

Введение

Гидропривод - это совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель.

К основным преимуществам гидропривода относятся: возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки; простота управления и автоматизации; простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена; большая передаваемая мощность на единицу массы привода; надежная смазка трущихся поверхностей при применении минеральных масел в качестве рабочих жидкостей.

К недостаткам гидропривода относятся: утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления; нагрев рабочей жидкости, что требует применения специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты; более низкий КПД (по приведенным выше причинам), чем у сопоставимых механических передач.

Сейчас трудно назвать область техники, где бы ни использовался гидропривод. Эффективность, большие технические возможности делают его почти универсальным средством при механизации и автоматизации различных технологических процессов.

1. Составление и анализ схемы, выбор давления

1.1 Составление и анализ гидравлической схемы

Гидросхема обеспечивает открытие и закрытие задвижки. Схема состоит: из двух однотипных насосов 1 - рабочего и резервного; маслобака 2; фильтра 3; обратных клапанов 4 , для отключения резервного насоса от работы; предохранительного клапана 5; распределителя 6 и гидроцилиндра 7 (рис. 1).

Рисунок 1. Гидравлическая схема гидропривода

1.2 Выбор стандартного давления

При выборе давления гидропривода рекомендуется руководствоваться техническими характеристиками серийно выпускаемых гидромашин и гидроаппаратов, которые входят в гидравлическую схему и которые предполагается использовать в проектируемом гидроприводе. Стандартные давления нормализованы ГОСТ 12445-80. Для гидропривода вспомогательных устройств наиболее предпочтительными являются давления 6,3; 10,0; 12,5 МПа. Выбираем давление 6,3 МПа.

2. Выбор гидромашин и рабочей жидкости

2.1 Основные технические характеристики гидроцилиндра

Расчетный диаметр поршня

где: Р - принятое стандартное давление;

з_дг, з_дм - соответственно гидравлический и механический КПД

гидроцилиндра, з_дг ? 1,0, з_дм = 0, 95.

м

Стандартный диаметр поршня D_p принимается ближайший (больший) в соответствии с ГОСТ 6540-68 и ГОСТ 12447-80. Принимаем диаметр поршня равный 63 мм.

Максимальное рабочее давление гидроцилиндра при закрывании задвижки:

.

МПа

Максимальный расход гидроцилиндра:

,

= 3,84 л/мин

где: з_до - объемный КПД гидроцилиндра, з_до = 0,98-0,99.

Рабочее давление при открывании задвижки:

,

где d_д - стандартный диаметр штока (применяем шток диаметром 20мм).

МПа

Для обеспечения примерно равных усилий и скоростей штока гидроцилиндра при открывании и закрывании задвижки рекомендуется d_д выбирать максимально допустимым по условиям механической прочности штока. Желательно, чтобы давление на штоке при открывании задвижки было не более 1, 25•Р_дз.

Выбираем шток с диаметром равным 20 мм, для обеспечения примерно равных усилий и скоростей штока гидроцилиндра при открывании и закрывании задвижки.

2.2 Выбор насосов

По Q_д и Р_н = (1,1…1,15)•Р_до выбираются однотипные насосы. Рекомендуется шестеренные или пластинчатые насосы с Q_н ? Q_д.

Выбираем пластинчатый насос типа БГ-12 21А, с техническими характеристиками:

Номинальное давление 12,5 МПа

Номинальная подача 5 л/мин

Частота вращения950 мин

Объемный КПД 0,62

Полный КПД 0,5

Высота всасывания 0,5 м

Рабочая жидкость - масло индустриальное 20 или 30.

2.3 Выбор рабочей жидкости

По техническим характеристикам насоса выбирается рабочая жидкость с учетом условий работы в насосной камере водоотливной установки.

Выбираем масло индустриальное 30, с техническими характеристиками:

Диапазон рабочих температур-5+60

Вязкость кинематическая при 5027-33 мм/с

Плотность886-916 кг/м

3. Выбор гидроаппаратуры и вспомогательных устройств

По соответствующим расходам и давлениям выбирается гидроаппаратура, фильтры, бак и манометр.

Выбираем приемный фильтр 0,16с41-21 с техническими характеристиками:

Номинальный расход 25 л/мин

Номинальная тонкость фильтрации 160 мкм

Допускаемая потеря давления0,015-0,02 МПа

Выбираем манометр МТП-100/1-100х2,5. Манометр трубчатый показывающий, с верхним пределом измеряемого давления равным 16 кгс/см, с классом точности 2,5.

Вместимость бака выбираем в соответствии с номинальной подачей насоса, равная 16 дм.

Выбираем обратный клапан Г51-21 с техническими характеристиками:

Номинальный расход масла8 л/мин

Номинальное давление 20 МПа

Потеря давления при ном. расходе 0,2 МПа

Выбираем распределитель П6 с техническими характеристиками:

Расход масла12,5 л/мин

Давление номинальное 32 МПа

Потери давления при ном. расходе 0,2 МПа

Выбираем дроссель и регулятор потока Г55-11 с техническими характеристиками:

Расход масла5 л/мин

Рабочее давление12,5 МПа

Потеря давления 0,15 МПа

Выбираем предохранительный клапан ТУ-053-1748-85:

расход масла номинальный 40 л/мин

максимальный 56 л/мин

минимальный 3 л/мин

4. Расчет труб гидролиний и потерь давления

4.1 Расчетный диаметр труб

,

где: Q_р - расчетный (максимальный) расход в соответствующей гидролинии при рабочем ходе поршня;

V_o - оптимальная скорость рабочей жидкости;

для напорных гидролиний V_o = 3-5 м/с;

для сливных - V_o = 2-3 м;

для всасывающих - V_o = 0,7-1,2 м/с.

Учитывая, что расход в гидролинии штоковой полости гидроцилиндра

.

мі/с = 3,3 л/мин

Для напорных гидролиний (V_o = 4)

м

Для сливных гидролиний (V_o = 3)

м

Для всасывающих гидролиний (V_o = 0,7) максимальный расход

= 8,04 л/мин

м

Диаметр труб напорных гидролиний насосов до тройника принимается равными диаметру трубы общей напорной гидролинии.

4.2 Расчет толщины стенки трубы

Необходимая расчетная толщина стенки трубы

д_р = д₁ + д₂,

где: д₁ - часть толщины, обеспечивающая достаточную прочность;

д₂ - часть толщины, обеспечивающая необходимую долговечность

трубы.

Согласно ГОСТ 3845-75

,

где: Р_р - расчетное давление на прочность,

Р_р = 1,25 Р (Р - максимальное давление в соответствующей гидроли-

нии;

у_доп - допустимое напряжение, равное 40 % от временного сопротивле-

ния разрыву; для наиболее распространенных сталей для труб

у_в = 350-420 МПа;

д₂ - принять равным 1,0 мм, полагая, что скорость коррозии равна 0,2

мм/год, а срок службы установки - 5 лет.

м

Для напорных гидролиний

м

д_р=0,0001+0,001=0,0011, м

По условиям механической прочности (случайные удары и т.п.) у ? 2 мм. Окончательно внутренний диаметр труб d, наружный d_н и толщину д выбирают по ГОСТ 8734-78. Наружный диаметр напорной линии принимаем равный 10 мм, толщина стенки 2,5 мм; сливной линии - 10х2,5 мм; всасывающей линии - 20х2 мм.

4.3 Потери давления в гидролиниях по длине

Для определения сопротивления общего участка гидросети и для построения линии пьезометрического напора потери давления рекомендуется рассчитывать при расходе, соответствующему номинальной подаче насоса.

Скорость жидкости в гидролинии:

.

Для напорных гидролиний

м/с

Для сливных гидролиний

м/с

Для всасывающих гидролиний

м/с

Потери давления по длине в участках гидролиний

,

где л - коэффициент Дарси, зависит от числа Рейнольдса;

,

=м/с

Для напорных гидролиний

МПа

Для сливных гидролиний

МПа

Для всасывающих гидролиний

МПа

4.4 Потери давления в местных сопротивлениях

Потери давления в коленах, тройниках и т.п. принимается равным (0,2-0,3)УДР_дл.

УДР_дл = 1,07+0,9+0,00053= 1,97 МПа

?ДР_к,тр=0,2*1,97=0,39 МПа

Для гидроаппаратов потери вычисляются исходя из условия автомодельности режима движения жидкости в аппарате.

,

где ДР_ном - номинальные (паспортные) значения перепада (потери) давления в аппарате при номинальном (паспортном) расходе Q_ном.

Фильтр

МПа

Обратный клапан

МПа

Распределитель

МПа

МПа

4.5 Полные потери давления при расчетном расходе

??Р = ??Рвс +??Рн + ??Рсл = 0,00253 + 1,3095 + 1,1045 = 2,42 МПа

Р_н = Р_до + = 6,08 + 2,42 = 8,5 МПа

5. Линия абсолютного давления в гидроприводе

Построение выполняется по результатам расчетов, приведенных в п. 2.1, 4.3, 4.4. потери давления в коленах, тройниках и т.п. прибавляются к потерям в распределителе. Потеря в последнем при построении линии давления делится пополам (рис. 2). Глубиной погружения насоса Н_в пренебрегают. Построение линии давления начинается с конца сливной гидролинии.

Рисунок 2 - Линия абсолютного давления в гидроприводе

6. Сила давления жидкости на колено трубы

Определить составляющие R_x, R_z и равнодействующую R сил давления в рабочей жидкости на колено трубы с закруглением 90⁰ в месте наибольшего давления:

.

Для напорных гидролиний

Н

Н

7. Давление срабатывания предохранительного клапана

Выбирается из условия, что это давление должно быть большим на 25 % максимального расчетного в месте установки клапана.

МПа

8. Рабочие режимы насоса

Рабочие режимы насоса при закрывании и открывании задвижки определяются графически точками пересечения характеристик насоса Р_н = f(Q) и гидросети Р_с = f(Q) (рис. 3). Характеристику насоса строим по двум точкам - и .

л/мин

Характеристика гидросети при закрывании задвижки

Сопротивление гидролинии при закрывании задвижки

Для построения характеристики составим таблицу (таблица 1).

Таблица 1. К построению гидравлической характеристики сети

Характеристика гидросети при открывании задвижки

Сопротивление гидролинии при расходе в штоковую полость 0,000055 м³/с

Для построения характеристики сделаем таблицу (таб. 2).

Таблица 2

Рисунок 3 - Рабочий режим насоса

А(5,4;10,8) В(5,1;12,1)

9. Мощность насоса

Мощность насоса при закрывании задвижки

N_н.п = Р_АQ_A/з_н,

Вт

при открывании задвижки

N_н.ш = P_B Q_B/з_н,

Вт

где: Р_А, Q_A, P_B, Q_B - координаты точек рабочих режимов (рис. 3);

з_н - номинальный КПД насоса.

гидравлический труба клапан насос

10. Проверка рабочего режима насоса на кавитацию

Условие безкавитационной работы:

Н_{вак. доп} ? Н_вак,

где: Н_{вак. доп} - допустимая вакуумметрическая высота всасывания насоса

Н_вак - вакуумметрическая высота всасывания гидролинии

,

где: Н_в - геометрическая высота всасывания, определяется условием безкавитационной работы насосов, чаще всего Н_в = - (0,1…0,2) м;

Н_ф - потери напора в фильтре.

м

Т. е. условие соблюдается.

11. Эксплуатация и техника безопасности

Одним из важнейших требований, при эксплуатации гидропривода, является чистота рабочей жидкости, поэтому заливку нужно производить через фильтры.

Контроль уровня при заливке жидкости обычно осуществляется визуально с помощью уровнемера, встраиваемого в бак.

Для приводящего электродвигателя желательно сокращение времени пуска, так как при этом сокращается время протекания по его обмоткам пускового тока, значительно превышающий номинальный.

Для правильной эксплуатации гидропривода необходимо иметь график контроля и замены рабочей жидкости.

Выводы

Разработана гидравлическая схема гидропривода управления задвижками главной водоотливной установки шахты. Выбран пластинчатый насос типа БГ-12 21А; рабочая жидкость - масло индустриальное 30; приемный фильтр 0,16с41-21; обратный клапан Г51-21; распределитель П6; дроссель и регулятор потока Г55-11. Выбраны диаметры труб и рассчитаны потери давления в них. Рассчитана мощность насоса в рабочих режимах - при открытии задвижки 1944 Вт, при закрытии 2057 Вт.

Список источников

1. Методические указания к курсовой работе по гидроприводу / Сост.: Заря А.Н., Яковлев В.М. - Донецк: ДПИ, 1990 г.

2. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. - М.: Машиностроение, 1988 г.

3. Стационарные установки шахт / Под общ. ред. Б.Ф. Братченко. - М.: Недра, 1977 г.

Размещено на Allbest.ru