4. Этапы расчета гидравлических систем
Примерами гидравлической системы являются системы дождевания (пожаротушения), топливоподачи и смазки газотурбинных реактивных двигателей (ГТД), система подачи воды в дождевальные агрегаты, моечные установки.
Рассматриваемую гидравлическую систему делят на две части: всасывающую и напорную. Определяют теплофизические характеристики рабочей жидкости и давление на входе и выходе из системы.
Затем задают скорость течения жидкости в трубопроводах участков и определяют диаметр трубопроводов. В пределах рассматриваемого участка диаметр трубопроводов считают одинаковым. При наличии разветвления определяют расход и скорость течения жидкости после разветвления.
Далее вычисляют потери в гидравлических элементах участков. Порядок определения потерь при этом значения не имеет.
Затем рассчитывают распределение статического давления вдоль участков с учетом изменения скорости течения жидкости и высоты расположения элементов системы. При этом считают, что местные сопротивления имеют бесконечно малую протяженность в направлении течения. Расчет начинают с сечения, где давление известно, и ведут последовательно от одного элемента к другому.
В результате расчета всасывающей и напорной участков должны быть определены давления перед и за насосом. Разность этих давлений называется повышением давления в насосе, напором насоса. По этой величине и заданному расходу жидкости можно подобрать насос по каталогам или спроектировать его.
4.1.Система дождевания (пожаротушения, моечнаясистема)
Система дождевания (пожаротушения) (рис.4.1) работает следующим образом. Вода из бассейна 1 через фильтр 2 по вертикальному трубопроводу поступает в насос 3. В насосе вода приобретает энергию и под высоким давлением поступает в коллектор, состоящий из тройника 8, трубопроводов l5 и колен 9. К коленам 9 подсоединены форсунки 10 для распыливания жидкости, из которых жидкость истекает с большой скоростью в атмосферу. Гидросистема будет работать только тогда, когда давление на входе в насос 3 будет удовлетворять условию: р3вх≥ рmin = рнп + Δрнп. Здесь pнп - давление насыщенных паров жидкости, а Δрнп - антикавитационный запас. Если это условие не выполняется, то между фильтром и насосом необходимо установить подкачивающий насос и дополнительный бак. Этот бак с одной стороны заполняется водой с помощью подкачивающего насоса, а с другой стороны опорожняется основным насосом 3, который устанавливается на бак.
Величина вакуума в точке А (на оси насоса, рис.4.2)
где h - высота оси насоса (т.А) над свободной поверхностью (высота всасывания); u и Q - скорость и расход в всасывающей трубе; l, d - длина и диаметр |
Рис.4.2 |
,
всасывающей трубы; λ и ζ - коэффициенты сопротивления (по длине и местные). Вакуумом называют разность между атмосферным давлением и давлением заданной точке, в нашем случае hвак = (рат - рА)/ρg.
Максимальный расход Qмакс при заданной высоте всасывания и заданных конструктивных элементах всасывающей трубы (l,d и т.д.)
,
где hвак. доп - максимально допустимая высота всасывания для данного типа насоса. На практике в среднем для оценочных расчетов можно принимать hвак. доп=7...7,5 м.
При дальнейшем увеличении числа оборотов центробежного насоса в целях повышения его производительности возникает кавитация, и насос может отказать в работе. Нельзя увеличивать производительность насосной установки сверх Qмакс путем увеличения оборотов насоса хотя бы электродвигатель по своей конструкции и мощности позволил это сделать.
№ |
наименование |
форма |
параметры |
№ |
наименование |
параметры |
|||||
1 |
бассейн |
|
|
8 |
тройник |
|
dd=d1 |
||||
2 |
входной и линейный фильтры из металичес-кой сетки |
|
dф=5d;dc=0,2 s=0,35 |
||||||||
6 |
dф=5d;dc=0,1 s=0,25 |
10 |
форсунка |
|
l/do = 2 |
||||||
3 |
насос |
|
Δp=? |
||||||||
11 |
расход воды |
см.характе-ристики |
|||||||||
4 4 |
запорный кран |
|
θ=6˚ |
12 |
температура воды |
см.задание |
|||||
13 |
перепад давления на форсунке |
Δрф см. характе-ристики |
|||||||||
5 |
отвод |
|
θ=90˚ R/d =5
|
14 |
антикавитацион-ный запас |
Δрнп=30 кПа |
|||||
СИСТЕМА ДОЖДЕВАНИЯ |
|||||||||||
задание №__вариант №_ |
кафедра |
||||||||||
7 |
колено |
|
θ=90˚ |
студент |
|
выдано |
|||||
группа |
|
сдать |
|||||||||
9 |
консультант |
|
|||||||||
Определить: 1.диаметры трубопроводов; 2. диаметр отверстия струйной форсунки; 3. давление на выходе струйной форсунки. Построить
графики: 1. изменения статического
напора
|
|||||||||||
2.
полного напора
по характерным сечениям системы; 3.
кривую потребного напора участка
всасывания; 4. кривую потребного напора
участка нагнетания.Рис.4.1. Бланк-задание и расчетная схема системы дождевания
Характеристики системы дождевания Таблица 1
№ задания |
l1 м |
l2 м |
l3 м |
l4 м |
l5 м |
№ вариантаа |
Исходные данные |
|||
Темпе-ратура |
Расход воды |
Перепад на форсунке |
Высота распол. |
|||||||
t˚C |
G, кг/с |
Δрф, 10-5 Па |
H, м |
|||||||
1 |
1,5 |
15 |
1,8 |
5 |
1,5 |
1 |
10 |
0,5 |
3,0 |
1350 |
2 |
1,7 |
16 |
1,9 |
5,2 |
1,7 |
2 |
15 |
0,52 |
3,2 |
1300 |
3 |
1,9 |
17 |
2,0 |
5,4 |
1,9 |
3 |
20 |
0,54 |
3,4 |
1250 |
4 |
2,1 |
17,5 |
2,1 |
5,6 |
2,1 |
4 |
25 |
0,56 |
3,6 |
1200 |
5 |
2,3 |
17,7 |
2,3 |
5,8 |
2,4 |
5 |
30 |
0,58 |
3,8 |
1550 |
6 |
2,4 |
15,5 |
2,5 |
6,0 |
2,6 |
6 |
25 |
0,6 |
4,0 |
1500 |
7 |
2,6 |
16,5 |
2,7 |
6,2 |
2,8 |
7 |
20 |
0,62 |
4,2 |
1450 |
8 |
2,8 |
18 |
2,9 |
6,4 |
3,0 |
8 |
15 |
0,64 |
4,2 |
1400 |
9 |
3,0 |
18,5 |
3,2 |
6,6 |
3,2 |
9 |
10 |
0,66 |
4,4 |
1350 |
10 |
3,2 |
19 |
3,4 |
6,8 |
3,4 |
10 |
15 |
0,68 |
4,6 |
1300 |
11 |
3,4 |
19,5 |
3,6 |
7,0 |
3,6 |
11 |
20 |
0,70 |
4,8 |
1250 |
12 |
3,6 |
20 |
3,8 |
7,2 |
3,8 |
12 |
25 |
0,72 |
5,0 |
1200 |
13 |
3,8 |
20,5 |
4,0 |
7,6 |
4,0 |
13 |
30 |
0,74 |
5,2 |
1150 |
14 |
4,0 |
21,0 |
4,2 |
7,8 |
4,2 |
14 |
25 |
0,76 |
5,4 |
1100 |
15 |
4,2 |
21,5 |
4,4 |
8,0 |
4,6 |
15 |
20 |
0,78 |
5,6 |
1050 |
16 |
4,4 |
22,0 |
4,6 |
8,2 |
4,8 |
16 |
15 |
0,8 |
5,7 |
1000 |
17 |
4,6 |
22,5 |
4,8 |
8,4 |
5,0 |
17 |
10 |
0,82 |
5,9 |
950 |
18 |
4,8 |
23,0 |
5,0 |
8,6 |
5,2 |
18 |
15 |
0,84 |
6,0 |
900 |
19 |
5,2 |
23,5 |
5,2 |
8,8 |
5,4 |
19 |
20 |
0,86 |
6,2 |
850 |
20 |
5,4 |
24 |
5,4 |
9,0 |
5,6 |
20 |
25 |
0,88 |
6,3 |
800 |
21 |
5,6 |
24,5 |
5,6 |
9,2 |
5,8 |
21 |
30 |
0,90 |
6,4 |
750 |
22 |
5,8 |
25,0 |
5,8 |
9,4 |
6,0 |
22 |
25 |
0,92 |
6,5 |
700 |
23 |
6,0 |
25,5 |
6,0 |
9,6 |
6,2 |
23 |
20 |
0,94 |
6,6 |
650 |
24 |
6,1 |
26,0 |
6,2 |
9,8 |
6,4 |
24 |
15 |
0,96 |
6,7 |
600 |
25 |
6,2 |
26,5 |
6,4 |
10,0 |
6,6 |
25 |
10 |
0,98 |
6,8 |
550 |
26 |
6,3 |
27,0 |
6,6 |
10,2 |
6,8 |
26 |
17 |
1,0 |
6,9 |
500 |