Выбор трубопроводов и расчет толщины их стенок

Цели и условия расчета

Цели: выбрать дизель, насос, МГ для зимы и для лета, гидроцилиндр, трубопроводы, распределитель, предохранительные клапаны, фильтры.

Условия: движение РО установившееся, температура МГ оптимальная.

1.2 Расчетная схема

БОПК

Б

Рисунок 1.1 – Расчетная схема к расчету основных параметров ГП

 

Алгоритм расчета и расчет

Мощность на РО , Вт:

, (1.1)

где

Необходимая мощность дизеля Р_д, Вт :

(1.2)

где – коэффициент запаса (); – коэффициент снижения выходной мощности (у дизеля с однорежимным регулятором при среднем режиме работы ); – КПД от вала дизеля до РО.

(1.3)

где – КПД передачи привода насоса (); – полный КПД насоса (); – КПД, учитывающий потери мощности на пути от насоса до гидродвигателя и от гидродвигателя до бака (); – полный КПД гидродвигателя ( – для гидроцилиндра); – КПД передачи между гидродвигателем и рабочим органом ();

Выбран ближайший больший по мощности дизельный двигатель ЯМЗ-238 НД .

Номинальная мощность двигателя Р_Д =158 кВт.

Номинальная частота вращения вала двигателя n_Д =28,33 об/с.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ГП М312.29.00.00.00 ПЗ

Желаемое номинальное давление р_ном, МПа, :

(1.4)

где Р_РО – мощность на рабочем органе, кВт.

.

Ориентировочно желаемое давление принято из стандартного ряда:

Требуемая мощность на валу насоса , Вт:

(1.5)

Для привода РО выбран ближайший меньший по мощности насос A11VO .

Таблица 1.1 – Характеристики насоса

Марка насоса	A11VO
Рабочий объем qн,см3
Давление, МПа номинальное рном максимальное рмакс
Частота вращения валов, об/с номинальная nном максимальная nмакс	42,5
Номинальная мощность на валу , кВт
КПД полный объемный	0,9 0,95
Кинематическая вязкость МГ, : максимальная пусковая оптимальная минимальная кратковременная	20 – 35
Необходимая тонкость фильтрации МГ

 

Необходимая частота вращения вала насоса n_{Н необх}, об/с, из условия получения необходимой мощности :

(1.6)

об/с.

Насос форсирован по частоте, т.к.

Передаточное отношение привода насоса u_ПН :

. (1.7)

.

Производительность насоса Q_Н, м³/с:

(1.8)

Выбор гидроцилиндра

Скорость РО следовательно, необходима ускоряющая передача.

Продолжительность работы РО , скорость выдвижения штока

Перемещение рабочего органа, м:

(1.9)

Передаточное отношение привода:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ГП М312.29.00.00.00 ПЗ

(1.10)

Необходимый ход штока, м:

Полученный требуемый ход штока () слишком велик. Уменьшим передаточное отношение. Для этого уменьшим скорость штока,

Передаточное отношение:

 

 

Необходимый ход штока , м:

(1.11)

Необходимая сила на штоке при выталкивании, Н:

(1.12)

Необходимый диаметр поршня, м:

(1.13)

Выбран гидроцилиндр с ближайшим большим диаметром поршня и необходимым ходом штока.

 

Таблица 1.2 – Характеристики гидроцилиндра

Диаметр поршня D,мм	Диаметр штока d,мм	Ход штока , мм	Сила на штоке при выдвижении,	Сила на штоке при втягивании,

 

Сила на штоке при выдвижении ,Н:

(1.14)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ГП М312.29.00.00.00 ПЗ

Сила на штоке при втягивании ,Н:

 

Выбор МГ

Для летнего периода работы принято масло МГ-46В, для зимнего – МГ-15В (ВМГЗ).

 

Таблица 1.3 – Рекомендуемые и кратковременно допустимые температуры МГ

Марка жидкости	ν = 1600 мм2/с максимально допустимая вязкость при запуске	ν = 100 мм2/с верхний рекомендуемый предел	ν = 36 мм2/с оптимальная вязкость	ν = 16 мм2/с нижний предел рекомендуемой вязкости	ν = 12 мм2/с минимальная допустимая вязкость
МГ-46В (МГЕ-46В)	-15(Tmin)	+25	+50(Tопт)	+70	+80(Tmax)
МГ-15В (ВМГЗ)	-35	-5	+20	+40	+50

 

Выбор распределителя

Для управления гидроцилиндром выбран трехпозиционный, четырехлинейный распределитель с закрытым центром и электрогидравлическим управлением.

 

Таблица 1.4 – Характеристики распределителя

Тип распределителя	1Р
Диаметр условного перехода, мм
Расход рабочей жидкости, л/мин: -номинальный -максимальный
Номинальное давление в напорной линии, МПа
Схема исполнения	с закрытым центром
Вид управления	электро-гидравлическое
Упрощенное обозначение	1Р.ЕХ.20.44

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ГП М312.29.00.00.00 ПЗ

Выбор фильтров

Расход в сливной линии при втягивании штока гидроцилиндра больше расхода насоса в φ раз (для выбранного гидроцилиндра φ =1,65).

Расход в сливной линии м³/с:

Пропускная способность фильтровальной установки , л/мин:

(1.19)

Таблица 1.5 – Характеристики фильтров

Марка (тип) фильтра	Количество фильтров	Тонкость фильтрации, мкм	Номинальный расход, л/мин	Суммарный расход, л/мин
1.1.40 – 25

 

ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЁТ ПРИВОДА

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ГП М312.29.00.00.00 ПЗ

Цели и условия расчета

Цели: определение потерь давления на пути от насоса до гидроцилиндра и до бака, сил на штоке гидроцилиндра и на рабочем органе, корректировка параметров привода при необходимости.

Условия: движение рабочего органа установившееся, температура оптимальная; расход в сливной линии при втягивании штока

Б

Н

Ц

3.2 Расчетная схема

Р

Р

ТС

АТ

Ф

Насос – гидроцилиндр

Гидроцилиндр – сливная линия

Сливная линия – бак

 

1,2,4,5,7,8,10,11,14,15,16,17,20,21,23,24,26,27,28,29,30,31,33,34,35 – соединения, штуцеры; 6,25 – крестовины; 3,9,12,13,18,19,22,32 – тройники; – повороты; 36 – выход в бак

Рисунок 3.1 – Расчетная схема к определению потерь давления на пути «насос-гидроцилиндр-бак»

 

Определение потерь давления

Число Рейнольдса, :

(3.1)

где – скорость МГ фактическая, м/с; – внутренний диаметр трубопровода, м; – кинематическая вязкость жидкости; – кинематическая вязкость МГ в напорной линии; – кинематическая вязкость МГ во всасывающей линии.

При скорость МГ в сливной линии фактическая, м/с:

Числа Рейнольдса для напорного и сливного трубопроводов:

Так как в напорной линии , то течение ламинарное. В сливной линии , следовательно, течение турбулентное.

Для ламинарного режима коэффициент потерь давления по длине вычислен по формуле:

(3.2)

Для турбулентного режима коэффициент потерь давления по длине[1]:

, (3.3)

Линейные потери давления , Па:

(3.4)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ГП М312.29.00.00.00 ПЗ

Местные потери давления , Па:

(3.5)

где - коэффициент местных сопротивлений, приведенный к скорости v, т.е. к скорости в примыкающем трубопроводе:

=0,1 – для штуцеров, тройников, соединений;

=0,2 – для крестовин;

=0,5 – для поворотов;

=20 – для термостата и распределителей;

=50 – для фильтра;

=70 – для теплообменника;

=1 – для выхода сливного трубопровода в бак.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ГП М312.29.00.00.00 ПЗ

Таблица 3.1 - Потери давления на пути Н-ГЦ и ГЦ-Б

Марка МГ-46В. Температура МГ +50 0С. Кинематическая вязкость 36 мм2/с.
Участок	Потери	Номера элементов	, м	, м	,	,			Па		,Па	, Па
Н-ГЦ	Линейные			0,027	0,0029			0,04
Местные	1-15								23,1
ГЦ-СЛ	Линейные			0,044	0,0048	3,16		0,04
Местные	16-24				3,16				21,9
СЛ-Б	Линейные			0,044	0,0048	3,16		0,04
Местные	25-36				3,16				142,7
Сумма потерь давления 1134000 Па

, (3.6)

Цели и условия расчета

Цели: выбрать дизель, насос, МГ для зимы и для лета, гидроцилиндр, трубопроводы, распределитель, предохранительные клапаны, фильтры.

Условия: движение РО установившееся, температура МГ оптимальная.

1.2 Расчетная схема

БОПК

Б

Рисунок 1.1 – Расчетная схема к расчету основных параметров ГП

 

Алгоритм расчета и расчет

Мощность на РО , Вт:

, (1.1)

где

Необходимая мощность дизеля Р_д, Вт :

(1.2)

где – коэффициент запаса (); – коэффициент снижения выходной мощности (у дизеля с однорежимным регулятором при среднем режиме работы ); – КПД от вала дизеля до РО.

(1.3)

где – КПД передачи привода насоса (); – полный КПД насоса (); – КПД, учитывающий потери мощности на пути от насоса до гидродвигателя и от гидродвигателя до бака (); – полный КПД гидродвигателя ( – для гидроцилиндра); – КПД передачи между гидродвигателем и рабочим органом ();

Выбран ближайший больший по мощности дизельный двигатель ЯМЗ-238 НД .

Номинальная мощность двигателя Р_Д =158 кВт.

Номинальная частота вращения вала двигателя n_Д =28,33 об/с.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ГП М312.29.00.00.00 ПЗ

Желаемое номинальное давление р_ном, МПа, :

(1.4)

где Р_РО – мощность на рабочем органе, кВт.

.

Ориентировочно желаемое давление принято из стандартного ряда:

Требуемая мощность на валу насоса , Вт:

(1.5)

Для привода РО выбран ближайший меньший по мощности насос A11VO .

Таблица 1.1 – Характеристики насоса

Марка насоса	A11VO
Рабочий объем qн,см3
Давление, МПа номинальное рном максимальное рмакс
Частота вращения валов, об/с номинальная nном максимальная nмакс	42,5
Номинальная мощность на валу , кВт
КПД полный объемный	0,9 0,95
Кинематическая вязкость МГ, : максимальная пусковая оптимальная минимальная кратковременная	20 – 35
Необходимая тонкость фильтрации МГ

 

Необходимая частота вращения вала насоса n_{Н необх}, об/с, из условия получения необходимой мощности :

(1.6)

об/с.

Насос форсирован по частоте, т.к.

Передаточное отношение привода насоса u_ПН :

. (1.7)

.

Производительность насоса Q_Н, м³/с:

(1.8)

Выбор гидроцилиндра

Скорость РО следовательно, необходима ускоряющая передача.

Продолжительность работы РО , скорость выдвижения штока

Перемещение рабочего органа, м:

(1.9)

Передаточное отношение привода:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ГП М312.29.00.00.00 ПЗ

(1.10)

Необходимый ход штока, м:

Полученный требуемый ход штока () слишком велик. Уменьшим передаточное отношение. Для этого уменьшим скорость штока,

Передаточное отношение:

 

 

Необходимый ход штока , м:

(1.11)

Необходимая сила на штоке при выталкивании, Н:

(1.12)

Необходимый диаметр поршня, м:

(1.13)

Выбран гидроцилиндр с ближайшим большим диаметром поршня и необходимым ходом штока.

 

Таблица 1.2 – Характеристики гидроцилиндра

Диаметр поршня D,мм	Диаметр штока d,мм	Ход штока , мм	Сила на штоке при выдвижении,	Сила на штоке при втягивании,

 

Сила на штоке при выдвижении ,Н:

(1.14)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ГП М312.29.00.00.00 ПЗ

Сила на штоке при втягивании ,Н:

 

Выбор МГ

Для летнего периода работы принято масло МГ-46В, для зимнего – МГ-15В (ВМГЗ).

 

Таблица 1.3 – Рекомендуемые и кратковременно допустимые температуры МГ

Марка жидкости	ν = 1600 мм2/с максимально допустимая вязкость при запуске	ν = 100 мм2/с верхний рекомендуемый предел	ν = 36 мм2/с оптимальная вязкость	ν = 16 мм2/с нижний предел рекомендуемой вязкости	ν = 12 мм2/с минимальная допустимая вязкость
МГ-46В (МГЕ-46В)	-15(Tmin)	+25	+50(Tопт)	+70	+80(Tmax)
МГ-15В (ВМГЗ)	-35	-5	+20	+40	+50

 

Выбор трубопроводов и расчет толщины их стенок

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ГП М312.29.00.00.00 ПЗ

Расчет напорного трубопровода

Необходимый внутренний диаметр м:

(1.15)

где - допустимая скорость ( - для напорного трубопровода).

Толщина стенки из условия прочности толстостенного трубопровода :

(1.16)

где – минимальная толщина стенки, м; – максимальное давление жидкости, Па; - допускаемое напряжение разрыву, Па:

(1.17)

где – предел прочности, Па (для стали 45 ).

Наружный диаметр , м:

(1.18)

Из ряда стандартных значений по ГОСТ 8734-75 принят наружный диаметр напорного трубопровода ,

Внутренний диаметр , м:

Скорость потока в напорной линии не изменилась, т.к. внутренний диаметр не изменился().

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ГП М312.29.00.00.00 ПЗ

Расчет всасывающего трубопровода

Необходимый внутренний диаметр , м, по формуле (1.15) при :

Толщина стенки принята для обеспечения соединения труб.

Наружный диаметр , м:

Из ряда стандартных значений по ГОСТ 8734-75 принят наружный диаметр всасывающей линии

Внутренний диаметр , м:

Скорость потока во всасывающей линии, м/с: