РАСЧЁТ НАГНЕТАТЕЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА НА ПРОЧНОСТЬ

9 РАСЧЁТ НАГНЕТАТЕЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА НА ПРОЧНОСТЬ

Прочностной расчет трубопровода заключается в определении толщины стенки трубы из условий прочности. Труба рассматривается как тонкостенная оболочка, подверженная равномерно распределенному давлению . С достаточной для инженерной практики точностью минимально допустимая толщина стенки определяется:

 ,

где  - толщина стенки трубы, м;

 - расчетное давление на выходе из насосной установки,;

 - внутренний паспортный диаметр трубы, м;

 - допускаемое напряжение,.

Для труб, выполненных из стали 20, .

Из справочников толщина стенки трубы выбирается так, чтобы действительная толщина стенки трубы несколько превышала расчетное значение , т.е..

По таблице 3.2 выбираем трубу с параметрами:

мм,  мм > 1,16 мм.

10 ВЫБОР ПРИВОДНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

 

В качестве приводного электродвигателя обычно используется трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором общепромышленного применения. Электродвигатель выбираем при соблюдении следующих условий:

 ;

 ,

где  и  - соответственно номинальные паспортное и расчетное значения активной мощности на валу ротора насоса;

 и  - соответственно номинальные паспортные значения частоты вращения роторов электродвигателя и насоса.

Расчетная номинальная мощность на валу ротора насоса при дроссельном регулировании скорости

,

где  - расчетная мощность на валу ротора насоса, кВт;

 - расчетное значение номинального давления на выходном штуцере насоса ( точка А ), МПа;

 - значение номинальной производительности ( подачи ) на выходном штуцере насоса ( точка А ), м³/с;

 - общий КПД выбранного типоразмера насоса.

кВт.

Из каталога [1] выбираем трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором 4А132М4У3, имеющий следующую техническую характеристику:

номинальная мощность - 11 кВт>10,14 кВт;

синхронная частота вращения - 25 об/с==25 об/с;

масса – 100 кг.

11 РАСЧЁТ МЕХАНИЧЕСКИХ И СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

При дроссельном регулировании скорости вывод уравнения механических и скоростных характеристик гидропривода осуществляется из условия равновесия сил, действующих на исполнительный орган привода, и уравнения неразрывности потока рабочей жидкости.

Уравнение сил, действующих на поршень гидроцилиндра,

.

Для гидроцилиндра с двухсторонним расположением штоков одинакового диаметра эффективные площади поршня со стороны нагнетательной и сливной полостей гидроцилиндра равны, т.е., тогда

,

где  - давление на входе в гидроцилиндр,

;

тогда  - давление на выходе из гидроцилиндра,

.

Уравнение давлений имеет вид

,

или

,

где  и  - соответственно суммарные потери давления жидкости в нагнетательном и сливном трубопроводах,;

 - расчетный перепад давления на гидроцилиндре,.

Уравнение неразрывности жидкости для нагнетательного трубопровода-

,

где  и  - соответственно скорости движения жидкости в элементах нагнетательного трубопровода и скорость движения поршня;

 и  - соответственно площади поперечного сечения отдельных элементов нагнетательного трубопровода и эффективная площадь поршня гидроцилиндра.

Тогда , но , следовательно, ,

или .

Для дросселя можно записать:

,

где  - площадь проходного отверстия дросселя по условному проходу, .

Так как скорость потока жидкости входит в формулу потерь давления в квадратичной зависимости, то определенные ранее потери давления жидкости в соответствующих элементах трубопровода нужно умножить на коэффициенты:

и .

Суммарные потери давления жидкости в нагнетательном трубопроводе могут быть выражены зависимостью

,

где  - коэффициент сопротивления нагнетательного трубопровода, Н·с²/м,

.

Аналогично могут быть выражены суммарные потери давления жидкости в сливном трубопроводе ( участок ВГ ):

,

где  - коэффициент сопротивления сливного трубопровода, Н·с²/м,

 - коэффициент сопротивления дросселя, Н с²,

.

Тогда уравнение равновесия сил, действующих на поршень гидроцилиндра примет вид

.

Отсюда скорость движения поршня ( штока ) гидроцилиндра, м/с,

.

;

;

;

.

Механические и скоростные характеристики гидроприводов рассчитываем для заданного диапазона бесступенчатого регулирования скорости движения поршня ( штока ) гидроцилиндра от до .

В зависимости от заданных пределов регулирования скорости движения поршня ( штока) гидроцилиндра определяются максимальная и минимальная площади проходного сечения дросселя по условному проходу.

где и  - соответственно заданные пределы изменения скорости движения поршня ( штока ) гидроцилиндра, м/с;

 - заданное номинальное усилие на штоке гидроцилиндра, Н;

и  - соответственно максимальная и минимальная площади проходного сечения дросселя по условному проходу, м².

 - расчетное давление на выходе из насоса, .

Проверка правильности расчетов:

,

где  - максимальная площадь проходного отверстия выбранного типоразмера дросселя ( определяется по условному проходу дросселя ).

Принимая несколько значений в пределах (промежуток разбиваем на несколько значений ), а также изменяя F в пределах , вычисляем параметры механических и скоростных характеристик гидропривода.

Максимальное значение усилия сопротивления на штоке гидроцилиндра, при действии которого поршень ( шток ) остановится ( u=0 ), определится из условия.

, откуда

Методика определения скорости движения поршня гидроцилиндра на основании уравнения равновесия сил, действующих на гидроцилиндр, не учитывает конечную производительность источника питания. Поэтому при подстановке в формулы малых усилий F могут получиться значительные скорости движения поршня ( штока ) гидроцилиндра. В действительности в гидроприводе установлен насос с нерегулируемым рабочим объемом, который имеет конечную паспортную номинальную производительность . Максимально возможная ( предельная ) скорость движения поршня ( штока) гидроцилиндра определяется:

.

Следовательно, расчет скоростей движения поршня имеет смысл производить только до тех пор, пока .

Полученные в результате вычислений данные занесены в таблицу 1. Используя данные таблицы 1, построены механические (естественная и искусственные) характеристики и скоростные характеристики гидропривода (рисунок 2).

а)

б)

Рисунок 2 – Механические ( а ) и скоростные ( б ) характеристики гидропривода

Таблица 1 – Параметры механических и скоростных характеристик гидропривода

Усилие F на штоке, Н	Скорость υ движения штока, м/с, при
	,м2		,м2
Fмакс=12874	0	0	0
FЗ=8157	0,01	0,36	0,57
0,75FЗ=6118	0,012	0,43	0,69
0,5FЗ=4079	0,014	0,49	-
0,25FЗ=2039	0,015	0,54	-
F=0	0,017	0,592	-