Состав и объем расчетно-графической работы

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА И КОММУНИКАЦИЙ

РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»

 

Кафедра «Экология и энергоэффективность в техносфере»

Р. Н. вострова

Гидравлический расчет сложного труборовода объемного гидропривода

Учебно-методическое пособие

Для студентов механического и заочного факультетов

Гомель 2017

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА И КОММУНИКАЦИЙ

РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

 

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»

 

Кафедра «Экология и энергоэффективность в техносфере»

 

Р. Н. вострова

 

 

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СЛОЖНОГО трубопровода ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА

 

 

Одобрено учебно-методической комиссией строительного факультета

в качестве учебно-методического пособия

по выполнению расчетно-графической работы № 1

для студентов механических специальностей

 

 

Гомель 2017

УДК 556.536 (075.8)

ББК 30.123

В78

 

 

Рецензент – д-р физ.-мат.. наук, профессор кафедры «Строительная механика» Э. И. Старовойтов (УО «БелГУТ»)

 

 

Вострова, Р. Н.

В78 Гидравлический расчет сложного трубопровода объемного гидропривода: учеб.-метод. пособие / Р. Н. Вострова,; М-во трансп. и коммуникаций Респ. Беларусь, Белорус. гос. ун-т трансп. – Гомель: БелГУТ, 2017. – 62 с.

ISBN 978-985-554-556-0

 

Рассмотрены теоретические основы гидравлического расчета сложного трубопровода объемного гидропривода, даны исходные данные для выполнения расчетно-графической работы, приведен пример выполнения расчетно-графической работы и справочные данные для выполнения расчетов.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 1-37 02 01 – 02 Тяговый состав железнодорожного транспорта (тепловозы, вагоны), 1-36 01 04 Оборудование и технологии высокоэффективных процессов обработки материалов.

 

УДК 556.536 (075.8)

ББК 30.123

 

 

ISBN 978-985-554-556-0

© Вострова Р. Н. 2017

© Оформление. УО «БелГУТ», 2017

Оглавление

Введение ……………………………………………………………………………..
1 Состав и объем расчетно-графической работы…...………………………….
2 Исходные данные………………….…………..……….........................................
3 Гидравлический расчет системы сложного трубопровода………………………….
3.1 Определение нормальной глубины наполнения……………………………...
3.2 Определение критической глубины потока…………………………………..
3.3 Определение критического уклона…………………………………………....
3.4 Прогнозирование формы свободной поверхности потока…………………...
3.5 Определение гидравлического показателя русла x …………………………...
3.6 Определение коэффициента пропорциональности j ср……………………….
3.7 Определение координат кривой свободной поверхности потока по урав-нению Б. А. Бахметева………………………………………………………….
4 Определение характера сопряжения падающей струи с нижним бьефом…
5 Проектирование гасителя энергии гидравлического прыжка в нижнем бьефе………………………………………………………………………………...
5.1 Расчет водобойного колодца………………………………………………........
5.2 Расчет водобойной стенки……………………………………………………....
6 Построение линии свободной поверхности методом численного интегри-рования………………………………………………………………………..……
7 Пример выполнения расчетно-графической работы……………………………..
Список литературы …………………………………………………………………

Приложение А. Коэффициент шероховатости поверхности канала (n)………...…….62

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Расчетно-графическая работа «Гидравлический расчет сложного трубопровода объемного гидропривода» выполняется студентами специальности специальности 1-37 02 01 – 02 Тяговый состав железнодорожного транспорта (тепловозы, вагоны), 1-36 01 04 Оборудование и технологии высокоэффективных процессов обработки материалов.

Гидравлический расчет производятся с целью определения параметров трубопровода, определения скоростей и расходов на участках, потерь напоров, а также для определения потребного напора трубопровода.

Так как трубопровод является сложным, необходимо определить его параллельные и последовательные участки, для которых отдельно производится расчет потребных напоров для спектра расходов. Определив напоры на участках, необходимо приступить к построению трубопроводных характеристик участков трубопровода и графически построить общую суммарную характеристику с учетом параллельного и последовательного соединения участков сложного трубопровода.

Гидравлический расчет напорных трубопроводов позволяет осуществить подбор энергоэффективного оборудования при проектировании объемного гидропривода.

Целью работы является закрепление знаний, полученных студентами при изучении теоретического материала по дисциплинам «Гидравлика и гидравлические машины», «Механика жидкости и газа», выработка у них навыков практического применения этих знаний при решении инженерных задач.

Для выполнения курсовой работы необходимы следующие знания:

l. Уравнение Бернулли для потока реальной несжимаемой жидкости.

2. Практическое применение уравнения Бернулли.

3. Два режима движения жидкости, числа Рейнольдса.

4. Гидравлические сопротивления.

5. Гидравлический расчёт простых и сложных трубопроводов.

6. Расчёт всасывающей линии насосной установки. Насосная установка и её характеристика.

Недостающие величины (физические свойства рабочих жидкостей, коэффициенты шероховатости трубопровода и т. д.) могут быть взяты из любых справочных пособий по гидравлическим расчётам. Некоторые справочные величины приведены в Приложении пособия.

 

 

СОСТАВ И ОБЪЕМ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

Пояснительная запискаформируется в следующей по-

следовательности:

1. Титульный лист.

2. Задание на расчетно-графическую работу.

3. Введение, в котором излагаются аспекты прикладного применения задачи, её использования на практике.

4. Постановка задачи, где приводится схема гидравлической системы, исходные данные, расчётные и геометрические параметры, физические свойства жидкости, подробно формулируется задание.

5. Содержательная (расчётная) часть пояснительной запаски включает в себя ряд разделов, соответствующих отдельным пунктам задания.

В каждом разделе необходимо вначале привести теоретическое обоснование решаемой задачи, далее сделать соответствующие расчёты и привести результаты расчётов в виде таблиц, графиков, программы для вычисления на ЭВМ.

6. Выводы, где должен быть сделан анализ полученных результатов и внесены предложения по улучшению работы установки.

Пояснительная записка должна быть выполнена в соответствии с ГОСТ и иметь определённый порядок вложения и оформления листов:

- на титульном листе рамка соответствующего размера и содержания;

- стандартный лист «Задание на расчетно-графическую работу»;

- «Содержание» пояснительной записки;

- все рисунки и графики должны иметь заглавие и сквозной порядко-

вый номер (внизу);

- при проведении расчётов на калькуляторе графики должны выполняться на миллиметровке.

В расчетно-графическую работу входит гидравлический расчет напорного трубопровода с самотечным и сифонным водозаборами и напорного трубопровода тупиковой сети с водонапорной башней.

Расчетно-графическая работа состоит из пояснительной записки с включенными в нее результатами расчетов и чертежа, на котором схематически изображается трубопровод, и наносятся линии полного и пьезометрического напоров, а также указываются все составляющие потери напора.

 

 

Исходные данные

 

Вариант 1

 

Сложный трубопровод (рисунок 1) содержит регулируемый дроссель 1, распределитель 5, гидроцилиндр одностороннего действия 6, бак с рабочей жидкостью 4, фильтр 4, реле 2.

 

 

Рисунок 1 – Схема сложного трубопровода с гидроцилиндром одностороннего действия

 

Произвести расчет потребного напора гидропривода с гидроцилиндром одностороннего действия. Построить суммарную характеристику сложного трубопровода, в координатах р – Q. При построении принять пределы изменения: давления p от 0 до 12 МПа, расхода Q – от 0 до 1 л/с. Используя полученную характеристику, определить параметры потока в точке К (p_к; Q_к) и скорость поршня гидроцилиндра 6, при заданном расходе жидкости (Q₀).

Расчет производить по данным, варианты которых приведены в таблице 1.

Трубопроводы имеют одинаковый диаметр d_т и следующие длины:

– длина от точки K до гидроцилиндра – l₁;

– длина гидроцилиндра 6 до точки L – l ₂;

– длина от точки L до бака 3 по сливной линии через фильтр 4 – l₃.

– длина от точки L до бака 3 по сливной линии через реле 2 – l₄.

Известны также: сила на штоке поршня F = F₁, диаметры поршня и штока, соответственно: D и d _ш. Учесть потери в трубопроводах, а также потери в дросселе 1 (коэффициент местного сопротивления ζ ₁) и в распределителе 5 (коэффициент местного сопротивления ζ ₂), фильтре 4 (коэффициент местного сопротивления ζ ₃) и реле 2 (коэффициент местного сопротивления ζ ₄). Коэффициент вязкости кинематический 𝑣 и плотность рабочей жидкости ρ взять из таблицы 4.

Принять механический КПД гидроцилиндра η_м = 0,98.

 

Таблица 1 - Данные для расчета

Вариант
ν, см2/с	0,55	0,7	0,95	0,5	0,9	0,75	0,6	0,8	0,85	0,65	0,55
l1, м	м	2,2		4,3	3,5		4,6	2,5	2,1	3,3	3,2
l 2, м	м	1,5		2,6	2,8	3,5		1,8		2,1	2,5
l 3, м	м	1,1	1,6	1,2		1,4	0,5	1,5	0,4	0,8	1,2
l 4, м	м	1,6	1,9		1,5	2,1			0,8	1,3
d т,	мм
ζ1		3,5	1,5	5,0	4,0	2,0	1,8	4,5	1,4	0,80	3,0
ζ2		8,5	3,0	1,30	3,0	1,40	3,5	7,5	2,8	1,50	0,70
ζ3			3,2	4,2	1,8	2,3	1,6	2,7	3,2	3,9	4,4
ζ4		4,2	1,8	2,3	1,6	2,7	3,2	3,9	4,4	4,2	1,8
D, мм	мм
d ш, мм	мм
F, кН	кН				2,5	1,8					2,5
V, см/с	см/с
Q0, л/с	л/с	0,22	0,2	0,24	0,18	0,24	0,22	0,18	0,2	0,18	0,2
Рабочая жидкость: масло индустриал.
Температура,0С

Вариант 2

 

Сложный трубопровод содержит регулируемый дроссель 1, распределитель 2, гидроцилиндр двухстороннего действия 6, фильтр 5, обратный клапан 4, бак с рабочей жидкостью 3, соединенные по схеме (рисунок 2).

Определить потребный напор. Построить суммарную характеристику сложного трубопровода в координатах р–Q. При построении принять пределы изменения: давления p от 0 до 12 МПа, расхода Q – от 0 до 1 л/с.

 

Рисунок 2 – Схема сложного трубопровода с гидроцилиндром двустороннего действия

 

Используя полученную характеристику, определить параметры потока в точке К (Н_К; Q_К) и расход через фильтр 5 при заданной скорости поршня гидроцилиндра 6 (V = V ₁).
Трубопроводы имеют одинаковый диаметр d _т и следующие длины:

– длина от точки K до точки L' – l ₁;

– длины от точки L до гидроцилиндра 6 и от гидроцилиндра до точки до точки L ' одинаковы и равны l ₂;

– длина от точки L до бака 3 – l ₃.

Известны также: сила на штоке поршня F, его размеры поршня и штока, соответственно D и d _ш. Определить потери в трубопроводах при вязкости жидкости n, а также потери в дросселе 1 (коэффициент сопротивления ζ₁), в распределителе 2 (коэффициент сопротивления ζ ₂), в фильтре 5 (коэффициент сопротивления ζ ₃)и в обратном клапане 4 (коэффициент сопротивления ζ ₄). Принять механический КПД гидроцилиндра η_м =0,97.

Коэффициент вязкости кинематический 𝑣 и плотность рабочей жидкости ρ взять из таблицы 4.

Расчет производить по данным, варианты которых приведены в таблице 2.

Таблица 1 - Данные для расчета

Вариант
l1, м				3,5	4,5	2,5		4,1	1,8	3,1
l 2, м	1,5	2,1	2,5	1,2	1,4		0,5	1,2	0,8	1,7	2,2
l 3, м	3,9	4,2	6,5	4,2	5,2	3,2	2,5	3,5	2,4	3,5	4,2
d т, м
ζ1	2,7				2,5		1,8		3,5	2,7	3,6
ζ2				4,2	1,8	2,3	1,6	2,7	3,2	3,9	4,4
ζ3		3,2	4,2	1,8	2,3	1,6	2,7	3,2	3,9	4,4	4,2
ζ4	4,2	1,8	2,3	1,6	2,7	3,2	3,9	4,4	4,2	1,8	2,3
D, мм
d ш, мм
F, кН	3,5				2,5	1,8					2,5
V, см/с
Q0, л/с	0,25	0,22	0,2	0,24	0,18	0,24	0,22	0,18	0,2	0,18	0,2
Рабочая жидкость: масло индустриал.
Температура,0С

Вариант 3

Сложный трубопровод содержит распределитель 4, регулируемый дроссель 5, гидромотор 6, фильтр 1, реле 3, бак с рабочей жидкостью 2 (рисунок 3).

Определить потребный напор в точке К. Построить суммарную характеристику сложного трубопровода в координатах р–Q. При построении принять пределы изменения: давления p от 0 до 12 МПа, расхода Q – от 0 до 1 л/с. Используя полученную характеристику, определить параметры потока в точке К (Н_К; Q_К), и расход через клапан 3 при известном расходе через фильтр 1 (Q ₀).

 

Рисунок 3 – Схема сложного трубопровода с гидромотором

 

Трубопроводы имеют одинаковый диаметр d _т и следующие длины:

– длина от точки K до гидромотора 6 – l ₁;

– длина от гидромотора 6 до точки L – l ₂;

– длины разветвленных участков от точки L до бака 2 одинаковы и равны l ₃.

Момент на гидромоторе М и его рабочий объем W _o. Учесть потери в трубопроводах при вязкости жидкости n, а также потери в распределителе 4 (коэффициент сопротивления ζ ₂), в дросселе 5 (коэффициент сопротивления ζ₁), в фильтре 1 (коэффициент сопротивления ζ ₃) и в реле 3 (коэффициент сопротивления ζ ₄).

Принять КПД гидромотора: механический – η_м = 0,95, объемный – η_о = 0,95. Коэффициент вязкости кинематический 𝑣 и плотность рабочей жидкости ρ взять из таблицы 4.

Расчет производить по данным, варианты которых приведены в таблице 3.

 

 

Таблица 3- Данные для расчета

Вариант
l1, м		3,5	1,2	4,2		4,5			0,8		2,5
l 2, м	3,2	2,8		3,5	3,2	3,4	0,9	2,5	0,6	3,5	1,5
l 3, м		0,8		1,2	1,5	1,2	0,8	1,1	0,5	1,5	1,3
d т, м
ζ1	2,7				2,5		1,8		3,5	2,7	3,6
ζ2				4,2	1,8	2,3	1,6	2,7	3,2	3,9	4,4
ζ3		3,2	4,2	1,8	2,3	1,6	2,7	3,2	3,9	4,4	4,2
ζ4	4,2	1,8	2,3	1,6	2,7	3,2	3,9	4,4	4,2	1,8	2,3
D, мм
d ш, мм
W о, см3
F, КН	5,5				2,5	1,8					2,5
M, Н•м
V, см/с
ω, рад/с
Q0, л/с	0,25	0,22	0,2	0,24	0,18	0,24	0,22	0,18	0,2	0,18	0,2
Рабочая жидкость: масло индустриал.
Температура,0С

 

Таблица 4 – Плотность жидкости и коэффициент вязкости кинематический при различных температурах