Курсовая работа - Рассчитать и построить характеристику системы насос-клапан трубопровода
Подождите немного. Документ загружается.
Міністерство освіти і науки України
Одеський національний політехнічний університет
____________________________________________________________
Кафедра прикладної екології та гідрогазодинаміки
Курсова робота
за дисципліною
«Гідравліка, гідромашини та гідропневмоприводи»
Виконав студент ЦПО ОНПУ
група ПКП 09101
Кіркін А. В.
Перевірив ___________________
Доцент Сурков С.В.
ОДЕСА – 2009
Задание на РГР
Объёмный насос 1 (БГ12-25А) снабжён предохранительно-переливным клапаном 2
(БГ52-13) для защиты от аварийного повышения давления; давление настройки клапана
p
кл
=12МПа
.
. Жидкость из насоса через трубопровод диаметром d=20мм. и длинной
ℓ=17м. поступает в рабочую полость гидроцилиндра 4 диаметром D=80мм. В
трубопроводе имеется местное сопротивление 3 (ДР-20). Плотность жидкости ρ=890 кг/
м
3
., кинематическая вязкость ν=19∙10
6
м
2
/с. На шток поршня действует сила F=43кН.
Необходимо:
1) Рассчитать и построить характеристику системы “насос-клапан”.
2) Рассчитать и построить характеристику трубопровода.
3) На графике найти рабочую точку системы и для фактического расхода рассчитать
скорость поршня.
1. Расчёт характеристики «клапан- насос»
Характеристика насоса описывается уравнением
p= p
м
−В
м
Q
(1)
А характеристика предохранительно-переливного клапана – уравнением
p= p
кл
−В
кл
Q
(2)
Находим параметры, входящие в уравнение (1):
p
м
=
p
1−η
0
=
12, 5
1−0 , 8
=62 , 5 МПа
В
м
=
p
м
η
0
Q
ном
=
62 ,5 ×10
6
× 0 ,8
1 , 67× 10
−3
=
50 ×10
6
1,67 ×10
−3
=
30 , 12
×10
3
Па∙ с / м
3
Параметры насоса БГ12-25,
p
,
Q
ном
и
η
0
находим в таблице:
p
=12,5МПа;
(давление насоса)
Q
ном
=100л/мин =
1 , 67× 10
−3
м
3
с
;
(номинальный расход)
η
0
=0,8;
(объёмный КПД насоса)
.
p
кл
=12 МПа
(согласно исходных данных)
В
м
=
∆ p
кл
Q
max
−Q
min
Параметры предохранительного клапана с переливным золотником БГ52-13:
∆ p
кл
=0.5 МПа (потери давления в клапане)
p
max
= 20 МПа. (максимальное давление)
Q
min
=3 л/мин =
0 , 05 ×10
−3
м
3
с
;(минимальный расход)
Q
max
= 35 л/мин =
0 , 58 ×10
−3
м
3
с
;(максимальный расход)
В
кл
=
0 ,5
(0 ,58−0 , 05)× 10
−3
= 0,94
×10
3
Па∙ с/ м
3
Теперь можно определить координаты точки срабатывания клапана:
Q
нп
=
p
м
− p
кл
В
м
−В
кл
=
(62, 5−12)×10
6
(30 , 12−0 , 94)×10
3
=
50 ,5 ×10
3
29 , 18
=¿
1,73
×10
3
м
3
/с
p
н
=
p
кл
−В
кл
Q
нп
=12
×10
6
−0 , 94 × 10
3
× 1, 73 ×10
3
=10,37
×10
6
Па =10,37 МПа
Подача насоса при работе на сеть без противодавления:
Q
на
=
Q
ном
η
0
=
1, 67 ×10
−3
0 , 8
=2,09
×10
−3
м
3
/с.
По рассчитанным точкам строим характеристику на листе миллиметровки
2. Расчёт характеристики трубопровода
Для построения характеристики трубопровода выбираем 6 значений расхода Q на
интервале 0 … Q
на
. (0 …2,09×10
-3
м
3
/с)
При нулевом расходе давление в начале трубопровода обусловлено только силой,
действующей на поршень, и равно
p
ст
=
4 F
πD
2
=
4 × 43 ×10
3
π (0.08)
2
=
8 , 6 М
Па
Если расход отличен от нуля, к давлению добавляется потери давления по длине трубы и
на местное сопротивление:
p
тр
= p
ст
+∆ p
дл
+∆ p
местн
Потери на местное сопротивлении определяем как:
p
местн
=BQ+CQ
2
Где коэффициенты В и С определяем исходя из паспортных данных местного
сопротивления (ДР-20):
∆ p
сопр
=0 ,2
МПа
Q
нр
=63м
3
/с
В=
∆ p
сопр
2 Q
нр
=
0 ,2 ×10
6
2 ×63
=1587,3Па∙с/м
3
С=
∆ p
сопр
2 Q
нр
2
=
0 ,2 ×10
6
2× 63
2
= 25,1 Па∙с
2
/м
6
Потери по длине рассчитываем по формуле Дарси:
∆ p
дл
=
λ l
d
ρυ
2
2
Здесь скорость жидкости в трубе
υ=
4 Q
π d
2
=
Число Рейнольдса определяем по формуле:
Re=
υd
ν
=
ν=19 ×10
6
м
2
/с. (согласно исходных данных)
Для построения характеристики трубопровода выбираем следующие значения расхода Q:
Q
1
= 0 м
3
/с ;
Q
2
= 0,3×10
-3
м
3
/с;
Q
3
= 0,6×10
-3
м
3
/с;
Q
4
= 1×10
-3
м
3
/с;
Q
5
= 1,3×10
-3
м
3
/с;
Q
6
= 1,6×10
-3
м
3
/с;
Q
на
=2,09×10
-3
м
3
/с.
При Q
1
= 0 м
3
/с:
υ
1
=
4 Q
π d
2
=
0
π 0 , 2
2
=0. м /с;
ℜ
1
=
υd
ν
=
0 × 0 ,2
19× 10
6
=0;
λ
1
=
64
ℜ
1
=
64
0
=0;
∆ p
дл
=
λ l
d
ρυ
2
2
=
0 ×17
0 , 2
×
890× 0
2
2
=0. МПа;
p
местн−1
=BQ+CQ
2
=1587,3
× 0+¿
25,1
× 0
=0. МПа;
p
тр
= p
ст
+∆ p
дл
+∆ p
местн
=
8 , 6
+0+0=8,6. МПа;
При Q
2
= 0,3×10
-3
м
3
/с;
υ
2
=
4 Q
2
π d
2
=
4 × 0 , 3× 10
−3
3 , 14 ×0 , 0 2
2
=0 , 955 м/с ;
ℜ
2
=
υ
2
d
ν
=
0 , 955× 0 , 0 2
19 ×10
6
=1005,2;(поток ламинарный)
λ
2
=
64
ℜ
2
=
64
1005 ,2 ;
=0,064
∆ p
дл2
=
λ l
d
ρ υ
2
2
2
=
0 , 064 ×17
0 , 0 2
×
890×(0 ,955)
2
2
≈
0,2МПа;
p
местн−2
=BQ+CQ
2
=1587,3
× 0 ,3 ×10
−3
+¿
25,1
×
(
0 ,3 × 10
−3
)
2
=0,4МПа;
p
тр
= p
ст
+∆ p
дл
+∆ p
местн
=
8 , 6
+0,2+0,4=9,2 МПа;
При Q
3
= 0,6×10
-3
м
3
/с;
υ
3
=
4 Q
3
π d
2
=
4 ×0 , 6 ×10
−3
3 ,14 ×(0 ,02)
2
=1 , 91 м /с ;
ℜ
3
=
υ
3
d
ν
=
1, 91 ×0 , 02
19× 10
6
=2010,5 (поток ламинарный).
λ
3
=
64
ℜ
3
=
64
2010 ,5
=0,032
∆ p
дл3
=
λ l
d
ρυ
2
2
=
0 , 032 ×17
0 , 02
×
890 ×(1, 91)
2
2
≈
0,45МПа;
p
местн−3
=BQ+CQ
2
=1587,3
× 0 ,6 × 10
−3
+¿
25,1
×
(
0 ,6 × 10
−3
)
2
=0,95МПа;
p
тр
= p
ст
+∆ p
дл
+∆ p
местн
=
8 , 6
+0,45+0,95=10 МПа;
При Q
4
= 1×10
-3
м
3
/с;
υ
4
=
4 Q
4
π d
2
=
4 ×1 ×10
−3
3 ,14 ×(0 ,02)
2
=3 , 18 м/с ;
ℜ
4
=
υ
4
d
ν
=
3 ,18 × 0 ,02
19 ×10
6
=3352,3. (поток турбулентный).
λ
4
=
0 , 3164
(ℜ¿¿4)
0 , 25
¿
=
0 ,3164
(3352 , 3)
0, 25
= 0,042
∆ p
дл4
=
λ l
d
ρ υ
4
2
2
=
0 , 042×17
0 , 02
×
890 ×(3 ,18)
2
2
≈
1.6МПа;
p
местн−4
=B
Q
4
+C
Q
4
2
=1587,3
×1 ×10
−3
+¿
25,1
×
(
1×10
−3
)
2
=1,5МПа;
p
тр
= p
ст
+∆ p
дл
+∆ p
местн
=
8 , 6
+1,6+1,5=11,7 МПа;
При Q
5
= 1,3×10
-3
м
3
/с;
υ
5
=
4 Q
5
π d
2
=
4 ×1 , 3 ×10
−3
3 ,14 ×(0 ,02)
2
=4 ,14 м /с ;
ℜ
5
=
υ
5
d
ν
=
4 ,14 × 0 , 02
19 × 10
6
=4358 (поток турбулентный).
λ
5
=
0 , 3164
(ℜ¿¿5)
0 , 25
¿
=
0 , 3164
(4358)
0, 25
= 0,039
∆ p
дл5
=
λ
5
l
d
ρ υ
5
2
2
=
0 , 039× 17
0 , 02
×
890 ×(4 ,14 )
2
2
≈
2,5МПа;
p
местн−5
=B
Q
5
+C
Q
5
2
=1587,3
×1 , 3 ×10
−3
+¿
25,1
×
(
1, 3 ×10
−3
)
2
=2 МПа;
p
тр
= p
ст
+∆ p
дл
+∆ p
местн
=
8 , 6
+2,5+2=13,1 МПа;
При Q
6
= 1,6×10
-3
м
3
/с;
υ
6
=
4 Q
6
π d
2
=
4 × 1, 6 ×10
−3
3 , 14 ×(0 , 02)
2
=5 м/с ;
ℜ
6
=
υ
6
d
ν
=
5× 0 , 02
19 ×10
6
=5263 (поток турбулентный).
λ
6
=
0 , 3164
(ℜ¿¿6)
0 ,25
¿
=
0 ,3164
(5263)
0 ,25
=0,037
∆ p
дл6
=
λ
6
l
d
ρυ
6
2
2
=
0 , 037 ×17
0 , 02
×
890 × 5
2
2
≈
3,5МПа;
p
местн−6
=B
Q
6
+C
Q
6
2
=1587,3
×1 , 6 ×10
−3
+¿
25,1
×
(
1, 6 ×10
−3
)
2
=2,5 МПа;
p
тр
= p
ст
+∆ p
дл
+∆ p
местн
=
8 , 6
+3,5+2,5=14,6 МПа;
При Q
7
= 2,09×10
-3
м
3
/с;
υ
7
=
4 Q
7
π d
2
=
4 ×2 , 09× 10
−3
3 ,14 ×(0 , 02)
2
=6 , 7 м/с;
ℜ
7
=
υ
7
d
ν
=
6 ,7 × 0 , 02
19 ×10
6
=7052 (поток турбулентный).
λ
7
=
0 , 3164
(ℜ¿¿7)
0 ,25
¿
=
0 ,3164
(7052)
0 ,25
=0,035
∆ p
дл7
=
λ
7
l
d
ρυ
7
2
2
=
0 , 035 × 17
0 , 02
×
890 ×6 ,7
2
2
≈
5,9МПа;
p
местн−7
=B
Q
7
+C
Q
7
2
=1587,3
×2 , 09 ×10
−3
+¿
25,1
×
(
2, 09 ×10
−3
)
2
=3,3 МПа;
p
тр
= p
ст
+∆ p
дл
+∆ p
местн
=8,6+5,9+3,3=17,8 МПа;
Все полученные данные заносим в таблицу:
Q
υ
Re
λ
∆ p
дл
∆ p
местн
p
тр
л/с м/с - - МПа МПа МПа
0 0 0 0 0 0 8,6
0,3 0,955 1005,2 0,064 0,2 0,4 9,2
0,6 1,91 2010,5 0,032 0,45 0,95 10,0
1 3,18 3352,3 0,042 1,6 1,5 11,7
1,3 4,14 4358 0,039 2,5 2,0 13,1
1,6 5,0 5263 0,037 3,5 2,5 14,6
2,09 6,7 7052 0,035 5,9 3,3 17,8
и строим характеристику трубопровода на листе с характеристикой системы «насос-
клапан».
3. Нахождение рабочей точки и определение скорости
движения поршня
Точка пересечения характеристик трубопровода и системы «клапан-насос»
называется рабочей точкой. Рабочая точка показывает кокой фактический расход и
фактическое давление установится при работе данного насоса на данный трубопровод.
По графику определяем что Q
факт
равняется 0,92л/с.
Проводим расчёт характеристики трубопровода для Q
факт:
При Q
факт
=0,92×10
-3
м
3
/с;
υ
ф
=
4 Q
ф
π d
2
=
4 × 0 , 92×10
−3
3 , 14 ×(0 , 02)
2
=2 , 9 м/с ;
ℜ
ф
=
υ
ф
d
ν
=
2, 9 × 0 ,02
19 ×10
6
=3052 (поток турбулентный).
λ
ф
=
0 , 3164
(ℜ¿¿ ф)
0, 25
¿
=
0 ,3164
(3052)
0 ,25
=0,042
∆ p
длф
=
λ
ф
l
d
ρ υ
ф
2
2
=
0 , 042×17
0 , 02
×
890 ×2 , 9
2
2
≈
1,3 МПа;
p
местн−ф
=B
Q
ф
+C
Q
ф
2
=1587,3
× 0 ,92 ×10
−3
+¿
25,1
×
(
0 , 92× 10
−3
)
2
=1,46 МПа;
p
тр
= p
ст
+∆ p
дл
+∆ p
местн
=8,6+1,3+1,46=11,36 МПа;
Проводим расчёт характеристики системы «клапан-насос» для Q
факт:
Характеристика насоса описывается уравнением
p= p
м
−В
м
Q
(1)
А характеристика предохранительно-переливного клапана – уравнением
p= p
кл
−В
кл
Q
(2)
p
м
=62, 5 МП а p
кл
=12 МПа
В
м
=
30 , 12
×10
3
Па∙ с / м
3
В
кл
=¿
0,94
×10
3
Па∙ с/ м
3
p=62, 5−30 ,12
×10
3
× 0 ,92 ×10
−3
=34,78 МПа (хар-ка насоса)
p=12−0 , 94 ×10
3
× 0 , 92×10
−3
=11,14 МПа (хар-ка клапана)
Скорость движения поршня определяем по формуле:
U
п
=
4 Q
ф
π D
2
=
4 × 0 , 92× 10
−3
3 , 14 ×(0, 0 8)
2
=¿
0,183 м/с.