Судовой гидропривод

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ИЗМАИЛЬСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ ОДЕССКОЙ НАЦИОНАЛЬНОЙ МОРСКОЙ АКДЕМИИ

Кафедра Судовождения и судовых энергетических установок

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТНО - ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ (РГР) « СУДОВОЙ ГИДРОПРИВОД»

Измаил

2015 г.

Учебное пособие для выполнения РГР «Судовой гидропривод» курсантами и студентами очного и заочного обучения - подготовил ст. преподаватель кафедры СВ и СЭ Данилян А. Г.

Специальность: для курсантов и студентов направления подготовки 6.070104 «Морской и речной транспорт», образовательно - квалификационного уровня 6. 1003 «Бакалавр» специальности «Эксплуатация судовых энергетических установок»

Кафедра: «Судовождения и судовых энергетических установок»

Рецензенты: Чимшир В. И. к.т.н., доцент, завкафедры СВ и СЭ ИФ ОНМА, Лихогляд К. А., доцент кафедры СВ и СЭ ИФ ОНМА, механик - универсал.

Учебное пособие для выполнения РГР «Судовой гидропривод» обсуждено и утверждено на заседании кафедры Протокол_____ от ______________ 2015г.

Введение

Люковые закрытия (ЛЗ) грузовых трюмов выполняют важные функции, обеспечивая сохранность перевозимого груза, являются важным элементом системы непотопляемости судна. Возможно также размещение груза на поверхности ЛЗ. На морских судах широко распространены ЛЗ откидного типа. В откидных ЛЗ крышки прикреплены на петлях (шарнирах) к комингсу люка или к палубе и при открывании откидываются к поперечным (в ДП) комингсам. Особенностью откидных крышек является то, что в вертикальном положении, когда люки открыты, они занимают мало места на палубе. На рисунке 1 показано судно с подобной системой ЛЗ. Судно оснащено двумя четырех секционными ЛЗ, открываемыми в нос и в корму. Видно, что в сложенном положении при открытых трюмах носовое ЛЗ имеет габариты: толщина набора - 3,8 м; высота боле 12 м и ширина более 14м. Выполнение требования по прочности привело к тому, что массы секций ЛЗ достаточно значительны (18…33т). Высота секции в районе комингса - около 630 мм, на пролетах более 800 мм. 1, 2 - ведущие секции кормового ЛЗ; 3, 4 - ведомые секции кормового ЛЗ; 5, 6 - ведомые секции носового ЛЗ.

1. Устройство гидропривода откидного ЛЗ

Производитель ЛЗ компания Hamworthy KSE. Гидравлика ЛЗ обеспечивает рабочее давление, создаваемое аксиально-поршневыми насосами 25 МПа. Давление испытания гидропривода - 35 МПа. Имеется две рабочие насосные установки. Одна расположена в районе МКО, другая в носовой оконечности судна. Каждая насосная станция оснащена двумя электроприводными насосами, производительность каждого 25 л/мин. Мощность электродвигателей по 11кВт. Один насос - резервный. Емкость масляного бака 840 л. Масса оборудования с маслом 1450, без - 730 кг. Трубопроводы - высокопрочная сталь стандартных размеров (для линий высокого и среднего давления - 25х4; 20х3; 14х2; 12х1,5; сливные и на всасывании насосов - 28х2; трубы бесшовные. Штоки гидроцилиндров выполнены из хромоникелевой стали.

Суммарное время открытия всего ЛЗ - 7 мин, где время открытия носовых ведущих секций - 5,0; кормовых ведущих 3,9 мин; носовых ведомых 2,0 мин; кормовых ведомых 2 мин. Суммарное время закрытия всего ЛЗ - 5,7 мин, где время закрытия носовых ведомых секций - 2,0; кормовых ведомых 1,8 мин; носовых ведущих 2,0 мин; кормовых ведущих 2 мин. При работе насосной установки в течение 2…4 часов с температурой масла более 63оС следует отключение насосов. В зимнее время необходимо осуществлять прогрев масла в баке до температуры +25оС, прогрев масла в баке начинать за 20…24 часа до начала работу гидропривода. При достижении температуры +25оС, подогрев автоматически выключится.

Смазке полежат следующие элементы ЛЗ: кистью - задрайки, замочные болты; шприцовкой: петли гидроцилиндров, межсекционные петли; ролики; крышки управляющей арматуры; направляющие скольжения гидроцилиндров; штоки. Для открытых деталей применяется смазка Mobiltac 81 компании Мobil Oil, для прессмасленок - Spheerol LMM компании Сastrol. На рисунке 2 представлен план расположения гидрооборудования ЛЗ судна.

Работу гидропривода обеспечивает две насосные станции 10 и 22. Станция 10 - обеспечивает открытие и закрытие носового ЛЗ; станция 22 - кормового ЛЗ. Масло по трубопроводам 12 поступает на пульты управления 2 и 17. От пультов управления 2 рабочая среда подается к четырем гидроцилиндрам 5,6, 8, 9, которые управляют ведущими секциями носового ЛЗ; к двум гидроцилиндрам 3 и 7, которые управляют ведомыми секциями носового ЛЗ. От пульта управления 17 рабочая среда подается к двум гидроцилиндрам 20 и 21, которые управляют ведущими секциями кормового ЛЗ; к двум гидроцилиндрам 18 и 19, которые управляют ведомыми секциями кормового ЛЗ. Концевые гидровыключатели 1 и 16 служат для предотвращения работы ведущих секций при неполном закрытии ведомых секций. Запорная арматура 15 служит для аварийного управления в случае отказа одной насосной станции.

1, 16 - гидровыключатель; 2, 17 - пульты управления носовыми и кормовыми ЛЗ; 3, 7, 18, 19 - гидроцилиндры управления ведомыми секциями носового и кормового ЛЗ; 4, 13 - пульты аварийной остановки насосов; 5, 6, 8, 9, 20, 21 - гидроцилиндры управления ведущими секциями носового и кормового ЛЗ; 10, 22 - резервная и основная насосные станции; 11 - якорно-швартовной механизм; 12 - трубопроводы; 14 - секция ЛЗ; 15 - арматура перехода на управление ЛЗ резервной насосной станцией.

На рисунке 3 представлены элементы гидра оборудования ЛЗ продольного борта комингса. На рисунке указаны габариты поперечных сечений трубопроводов (наружный диаметр и толщина стенки в мм). Видно расположение трубопроводов на стенках комингсов, отмечено направление движение в них потока масла (P, R. B1, B2, A1, A2). На рисунке 3 гидроцилиндр 2 (вместе парным на другом борту комингса) осуществляет подъем и опускание посредством тяги 1 ведомых секций носового ЛЗ.

На рисунке 4 представлены элементы гидраоборудования поперечного борта комингса. На рисунке 4 гидроцилиндр 2 (вместе с тремя другими) осуществляет подъем и опускание ведущих секций носового ЛЗ.

На рисунке 5 представлена принципиальная гидравлическая схема носового ЛЗ. Принципиальная гидравлическая схема кормового ЛЗ идентична, за исключением меньшего количества гидроцилиндров ведущих секций (два против четырех). Гидропривод содержит четыре гидроцилиндра 5 управления ведущими секциями и два гидроцилиндра 2 управления ведомыми секциями.

Рис. 4 Гидрооборудование ЛЗ поперечного борта комингса для подъема и опускания крышек.

1 - металлорукав высокого давления; 2 - гидроцилиндр ведущих секций носового ЛЗ; 3 - петля ведущей секции носового ЛЗ; А2, В2 - подача (отвод) масла гидроцилиндра ведомых секций; А1, В1 - подача (отвод) масла гидроцилиндра ведущих секций (см. рис. 4а).

Рис. 4а Гидрооборудование ЛЗ поперечного борта комингса подъема крышек.

гидропривод комингс насос

На входе в каждый гидроцилиндр установлен двухпозиционный распределитель, где в указанной позиции регулятор давления нормально открыт, при закрытии ЛЗ действует вторая позиция распределителя как дроссель (спускной тормоз. Клапаны 6 и 7 обеспечивают байпассирование потока масла. Клапан 12 обеспечивает отключение управления носовыми ЛЗ. Клапана 9 и 11 отключают потребители масла он насосной установки (например, при работе другой в аварийном режиме). Гидровыключатель 13 представляет собой двух позиционный распределитель и обеспечивает запрет на подъем ведущих секций при неполном закрытии ведомых. Клапана 14 и 15 служат для аварийного управления, в случае отказа одной насосной станции. Для аварийного отключения насосов служит кнопка 1. На схеме указаны параметры гидроцилиндр, например D225/140-1630. Для этого гидроцилиндра (5) внутренний диаметр цилиндра -225 мм; диаметр штока - 140 мм; ход штока - 1630 мм. На рисунке 6 представлена принципиальная гидравлическая схема насосной станции (на рисунке 5 обозначена - 10). Основной насос 12 аксиальнопоршневого типа забирает масло из бака через трубопровод 28х2. Масло подается через обратный клапан 1. Для контроля давления имеется манометр 3.

При повышении давления до 30 МПа срабатывает предохранительный клапан 2 и масло сливается обратно в бак. Имеется перепускной клапан 4. Возврат масла осуществляется через обратный клапан 5, фильтр 8. При превышении сопротивления давления срабатывает сигнализатор 7, подрывается предохранительный клапан. Носовая насосная установка оснащена электрическим подогревателем 6. На рисунке 7 представлена принципиальная гидравлическая схема пульта управления.

Масло поступает через канал Р на трехпозиционный распределитель 15 и далее через канал R поступает на трехпозиционный распределитель10 и далее по каналу R - на слив в цистерну.1, 4, 6, 8 - предохранительный клапан; 2, 5, 9, 11, 13 - обратный клапан;

3, 7 - регулятор потока; 10, 15 - гидрораспределитель Рисунок 7 - Принципиальная схема пульта управления Подъем ведущих секций осуществляется распределителем 10 перемещением шока вправо. Среда идет через канал В на обратный клапан 11 и двухпозиционный распределитель 7 и далее через канал B1 к потребителям (см. рисунок 5). Рабочее давление 25 МПа создает предохранительный клапан 6. Для

компенсации динамических ударов в трубопроводе имеется дроссель 12 и об-

ратный клапан 5. Возврат масла осуществляется по каналу А1. Предохранительный клапан 8 обеспечивает максимальное давление в этом участке - 15 МПа. Далее осуществляется подъем ведомых секций гидрораспределителем 15. При подъеме ведомых секций работа системы аналогична. При осуществлении опускании ведомых секций рукоятка управления распределителя 15 переводится влево. Масло движется по каналу А2, максимальное давление обеспечивает предохранительный клапан 1. Отработав масло возвращается по каналу В2. Двухпозиционный распределитель перемещается влево и работает как дроссель (спускной тормоз). По каналу (показан пунктирной линией) масло от напорной линии подрывает невозвратный клапан 2 и далее на слив. На рисунке 8 представлена схема управления насосной установкой.

Масло, применяемое в гидроприводе - HLP ISO VG 32.13 Для защиты уплотнений от износа при открытии и закрытии ЛЗ компания Hamworthy KSE использует систему Vacu - seal. В традиционных ЛЗ (например, реализуемых компанией MAC GREGOR) для задрайки и поставки секций ЛЗ на уплотнения катки секций опускаются специальными гидродомкратами в карманы, таким образом, обеспечивая жесткий контакт секции с комингсом и упругий контакт уплотнения с буртом и дальнейшую задрайку. В системе Vacu -seal используются уплотнительные элементы, имеющие в сечении баллонную структуру (рисунок 9), т.е. образующую с корпусными элементами секции крышки воздушный канал. Система Vacu-seal использует вакуумную систему, в которой применяется воздушный насос, вытягивающий воздух из внутренней части уплотнения А.

Рисунок 9 - Схема уплотнительного элемента ЛЗ

Созданное разрежение заставляет профиль уплотнения деформироваться, втягивая и отводя уплотняющую кромку от сопрягаемой поверхности, тем самым позволяя открывать и закрывать люковое закрытие без повреждения уплотнения. Ход кромки уплотнения - Н.

Задание для выполнения расчетно - графической работы:

Выполнение задания расчетно - графической работы РГР будет основываться на расчете отдельных элементов современного люкового закрытия компании Hamworthy KSE. Задание выполняется по варианту последней цифры зачетной книжки. После выполнения расчетов данной РГР согласно варианта, студент должен сделать описательную часть работы в которой необходимо указать преимущества и недостатки систем ЛЗ Hamworthy KSE и MAC GREGOR. Смысл расчета данной РГР сводится к проверке параметров системы ЛЗ приведенных в описательной части и к пониманию зависимостей заданных величин влияющих на работу гидропривода люкового закрытия. Делаем проверку производительности одного из насосов работающих на два гироцилиндра:

; (1)

V₀ - заданная скорость перемещения выходного звена штока гидроцилиндра м/с; F_пр. - рабочая площадь живого сечения гидроцилиндра;

m - число одновременно работающих гидроцилиндров (m=2); з_об. - объемный КПД гидроцилиндра (з_об.=1).

Определим усилие на штоке при подъеме основных крышек ЛЗ:

R₁ = P_рд. · F_пр. (кН); (2)

Определяем согласно задания расход жидкости при различном времени выдвижении штока гидроцилиндра Q_t

Определяем наибольший и наименьший расход в гидролиниях:

Q_наим.= ( ; (3)

;( 4)

Определяем потребную подачу гидронасоса:

Q_{потр н-са} = Z ·Q_наим ·К_у; , (5)

где Z - количество гидроцилиндров в системе, К_у - суммарный коэффициент утечек (1,1 ч 1,3), Q_наим - расход жидкости в гидроцилиндре м³/с.

Выбираем типоразмер гидрораспределителя Р-203, который обеспечивает пропускную способность жидкости Qmax = 170 л/мин.

160,63 л/мин < 170 л/мин

Потери давления в секциях p=0,53МПа, тонкость фильтрации 10 мкм.

Номинальное давление p_ном = 32 МПа.

Максимальное давление p_мах = 32МПа.

Максимальная утечки 200 см3/мин.

Определяем типоразмер фильтра из условия . Его пропускная способность Q_max = 400л/мин; номинальное давление Р=0,63 МПа; перепад давления 0,1 МПа, тонкость фильтрации 25 мкм.

На напорную магистраль выбираем дисковый сетчатый фильтр ФС.

Выбор насоса:

Для выбора насоса необходимо знать подачу Q и величину давления нагнетания Pн, которую определяем из условия:

Р_н = ДР_з + ДР_н-ц + (ДР_з.сл +ДР_ф + ДР_ц-б) х () + ; (6)

-гидросопротивление в гидролинии: насос - гидроцилиндр;

-гидросопротивление в гидролинии: гидроцилиндр - бак;

Pз-гидросопротивление в золотнике;

Pз сл-сопротивление в золотнике при сливе;

Pф-гидросопротивление в фильтре;

Fшт-площадь штока;

Fц-площадь гидроцилиндра;

R-усилие на штоке гидроцилиндра;

Pтр-потери на трение в подвижном соединении с учетом уплотнения -Н.

ДР_з = 0,2 МПа

Q = ;

с = 0,88г/дм³;

н = 0.2 см²/с;

л - коэффициент сопротивления рассматриваемого участка трубопровода; Для нахождения- л нам необходимо определить число Рейнольдса, зная что скорость течения жидкости V = 2м/с =20дм/с R_e = ; л = ; (значение - л должно получиться для ламинарного режима истечения, в противном случае сопротивление участка значительно увеличиться).

Определим потери на линии насос - гидроцилиндр:

ДР_{н - ц} = с(Уж + л·)·; (7)

где f_тр- площадь живого сечения трубопровода, l - длина трубопровода, d - диаметр трубы.

f_тр =0,785·d²_тр см³ Коэффициент сопротивления в напорной магистрали :

3(входа)вх+ 6(углов)у + 7(тройники)т +1(гидроклапан)гк + +1(дроссель)д+ + 3(штуцера)шт

где:

вх-коэффициент входа в гидроаппарат (0,9);

вых-коэффициент выхода из гидроаппарата (0,7);

у-коэффициент сопротивления в углах поворота (0,15);

т-коэффициент сопротивления в тройниках (2);

гк-коэффициент сопротивления в гидроклапане (2);

д-коэффициент сопротивления в дросселе (2,5);

шт-коэффициент сопротивления в штуцере (0,1);

Подставляя известные величины, получим:

Потери в сливной гидролинии будут равны:

; (8)

Коэффициент сопротивления в сливной магистрали :

3(выхода)вых+ 5(углов)у + 7(тройники)т +1(гидроклапан)гк + 3(штуцера)шт

Определим потери на трение в подвижном соединении:

Уплотнительные устройства предназначены для предотвращения наружных и внутренних утечек рабочей жидкости. Поскольку рабочей средой гидравлических приводов являются жидкости, то в местах разъёма и, тем более, в подвижных соединениях возникает необходимость в уплотнительных устройствах.

Принимаем уплотнение для поршня: U-образные резиновые манжеты.

Коэффициент трения м=0,1…0,13.

D-диаметр уплотняемой поверхности 140 мм

H-ширина манжеты 22 мм

p-давление масла 25 МПа ; pk-контактное давление(25) МПа

Тогда трение в подвижном соединении:

Н (9)

Подставим приведенные расчетные данные в формулу ( 6 )

Произведем расчет регулирующей аппаратуры:

Площадь сечений проходных окон и каналов определяем по формуле:

(10)

где: Q - поток рабочей жидкости через сечения; V - скорость потока жидкости.

Перепад давления на дросселях:

(11)

где: - плотность жидкости; - расход жидкости; - площадь сечения дроссельного отверстия; коэффициент местного сопротивления = 0,7; b - поправочный коэффициент, учитывающий влияние вязкости на местные потери давления =1,5.

Основные параметры РГР после расчетов, внести в программу калькуляторов, полученные данные сопоставить с данными полученными в расчетах РГР .

Таблица расчетных данных РГР согласно вариантов заданий:

*Давление насоса дано условно, оно рассчитывается в РГР.

* V₀ = м/с

Использованная литература

1. В.А. Очертяный Гидропривод судовых люковых закрытий. Севастополь 2009г. Издательство Сев НТУ 2009 - 20с.

2. Аксиально - поршневые насосы. Техническая информация SAUER DANFOSS Серия № 90 июнь 2010 - 76с.

3. Правила классификации и постройки морских и речных судов. Морской Регистр судоходства. Регистр России 2001 - 843с.

4. Декин Б.Г. Машины судового объемного гидравлического привода/ Б.Г. Декин, В.Т. Писклов. Одесса, изд. Феникс. 2003 - 132с.

5. Гидропривод. Основы и компоненты изд. Бош Рексорт АГ Германия 2003 - 323с.

Размещено на Allbest.ru