книги из ГПНТБ / Дубровский О.Н. Гидроэнергетические расчеты судовых силовых гидравлических приводов и систем

Наибольшие перетечки имеют гидроманипуляторы станочного типа. Авиационные и судовые гидроманипуляторы новых типов (ГЭМ, РЭН, РРС, РДО и др.) благодаря малым зазорам и высокой точности изготовления имеют повышенную плотность. Перетечки в манипуляторах прямого действия примерно в два раза меньше, чем

вманипуляторах с серводействием (сервоусилением).

Втабл. 16 приведены ориентировочные значения коэффициента

перетечек Кѵ-

Т а б л и ц а 16

Значения коэффициента перетечек

для гидроманипуляторов различного типа

П р и м е ч а н и е . Большие значения для гидроманипуляторов с сервоуси­ лением в конце моторесурса, меньшие — для гидроманипуляторов прямого действия в начале срока службы.

Таким образом, объемные потери в системе (см3/ч) определяются из выражения

где іс и г'з — число соединений и золотниковых манипуляторов соот­ ветственно, находящихся в гидросистеме под давлением.

Определим объемные потери за 2000 ч работы Tpag общесудовой системы гидрав­ лики постоянного давления рср 100 кгс/см2 при длине магистралей 2000 м (одно соединение приходится в среднем на 2,5—3,0 м длины труб, следовательно, іс я» 700), числе управляемых механизмов 100 (это число определяет количество манипулято­ ров гго), диаметре трубопроводов от 15 до 32 мм (для расчета можно принять я» 25 мм), вязкости рабочей жидкости 20 сСт.

Внешние потери в,системе при Кѵ = 2 .ІО"3 (см. табл. 14)

AQtpW c= 2- ІО"3 - 5-~— 2000-700 = 175 л,

107

а внутренние перетечки в системе с манипуляторами ГЭМ при К''ѵ = 0,4

В системе с манипуляторами станочного типа (серия Г) перетечки возрастают до 30 л/мин. В этом случае для компенсации перетечек необходим резервный насос.

§ 16

К оэф ф ициент полезного д е й ств и я ги д р о си сте м ы

К- п. д. гидросистемы учитывает потери гидравлической мощ­ ности в магистралях трубопроводов и установленного в них гидро­ оборудования. Эти потери вызваны гидравлическим сопротивлением и объемными потерями жидкости. Потерянную в системе мощность (гидравлическую) и к. п. д. системы, как отношение гидравлической мощности, подведенной к гидромотору (исполнительному двигателю), к гидравлической мощности, созданной насосом (источником гидро­ энергии), можно выразить следующими зависимостями:

К. п. д. системы трубопроводов судовых гидроприводов в зави­ симости от ее особенностей для спецификационных режимов, как правило, лежит в пределах 0,9—0,75, но в ряде случаев может иметь более низкие значения.

При этом существенную роль играет уровень рабочего давления и передаваемой мощности. С их увеличением эффективность системы возрастает. Так, если при мощности гидропривода более 100 кВт и рабочем давлении 100—200 кгс/см2 к. п. д. типовой силовой системы составляет примерно 90—95% (при более высоком давлении может быть выше), то при мощности менее 15 кВт и том же давлении к. п. д. системы такого же типа, как правило, менее 80% [7]. Передача возможно больших мощностей при высоких давлениях целесообраз­ нее, поскольку гидравлические потери не зависят от давления, а объ­ емные по общему значению относительно невелики. Доля AQCT в максимальном расходе через систему, как правило, не превышает

108

Потери в системе складываются йз потерь во всех ее функционально связанных элементах-трубопроводах и гидрооборудовании, в состав котброго входит также дроссельный регулятор. К. п. д. дроссельного регулятора рассматривается специально в соответствующих разделах

Представим к. п. д. системы в зависимости от основных пара­

ЯнГ[Ѵн-

В расчетах общего к. п. д. гидропривода уравнение для к. п. д. системы можно записать в упрощенном виде, выразив рсх через

V Лэл = Кст — Ктр + Кго (см. § 13). Тогда после преобразований

приводов с объемным и с дроссельным регулированием при т]др = 1 (закономерности изменения tj р на режимах регулирования см. в § 18).

109

ГЛАВА

IV

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

СУДОВЫХ СИЛОВЫ Х

ГИДРОПРИВОДОВ

РАЗЛИЧНОГО ТИПА

ги д р о э н е р ге ти ч е с к и х х а р а к те р и с ти к гид р о п р и в о д о в с объем ны м р е гул и р о в а н и е м

и а н а л и з эф ф е кти вно сти их п р и н ц и п и а л ь н ы х схем

Основные расчетные уравнения. Гидравлический привод пред­ ставляет собой комплекс, состоящий из насоса, системы трубопро­ водов и мотора (Н — Ст — М). Рассмотрим основные гидроэнерге­ тические характеристики комплекса Н — Ст — М, работающего

всоставе единого гидропривода с объемным регулированием.

Вобщем случае г|гп = т]н (гп)ЧІст'Чм <гп)- В развернутом виде после исключения членов малого порядка (по аналогии с упрощениями,

принятыми в § 9)

Смгм

Использовав условие уравнения (45), после подстановки и преобра­ зования (96) получим полный к. п. д. насоса, работающего в составе

110

Уравнение (97) является основным исходным выражением для общего к. п. д. гидропривода с объемным регулированием, в кото­ ром частоту вращения мотора, входящую в коэффициенты потерь, можно выразить через параметры насоса. В соответствии с формулами

(6)—(10) можно записать

111

где

Если изменением г)ѵн (гп>> входящим в коэффициент потерь, пре-

небречь и принять для данного выражения % н (гп) = (т^н) , объем­ ный к. п. д. мотора, работающего в составе гидропривода с объемным

Следовательно, уравнение внешней или механической характеристики

Частоту вращения мотора, входящую в выражение механического к. п. д., можно выразить через параметры насоса

Тогда механический к. п. д. мотора, работающего в составе гидро­

112

На основе полученных уравнений можно вывести выражения для основных параметров гидроэнергетического расчета силового гидропривода с объемным регулированием. Так, например, выражение рабочего давления мотора (53) при работе его в составе гидропри­ вода с объемным регулированием

Развернутое выражение мощности, потребляемой насосом, в зави­ симости от режима работы и параметров регулирования в этом случае

п.

Развернутое выражение крутящего момента, необходимого для при­ вода насоса,

Ст н= 0,0375-1,59-0,071-0,93 = 0,0039;

С „ _ 0.0053 У '-59.0.071-0.93.0,0)6.0.96-0.97 = ^

1,85 кгс см.

Результаты расчета для заданных по условию режи­ мов показаны на рис. 33 сплошными линиями, а ре­ зультаты испытаний — точ­ ками [20]. Некоторые рас­ хождения расчетных пара­ метров с экспериментальны­ ми в области больших на­ грузок объясняются влия­ нием системы и скольжением приводного электродвигателя в экспериментальном гидро­ приводе.

В целом результаты рас­ чета совпадают с экспери­ ментальными данными. Рас­ четный метод отражает ха­ рактер изменения основных

О й X — экспериментальные данные, рас-

параметров в широком диа­

четные данные. пазоне изменения режимов работы гидропривода.

Выведенные уравнения гидроэнергетических характеристик уста­ навливают связь всех основных параметров и режимов работы гидропривода с объемным регулированием как комплекса. Анализ развернутых уравнений показывает, что с точки зрения рабочих процессов гидропривод представляет собой комплекс взаимодейству­ ющих элементов Н—Ст—М, работающих по схеме самоустанавлива­ ющейся системы с обратной связью. Изменение параметров режима

114

одного элемента вызывает изменение параметров других, которые, в свою очередь, вызывают вторичное изменение первых и т. д. Напри­ мер, при изменении пн (или другого параметра насоса) изменяется

Принципиальны е схемы гидроприводов и их расчетны е уравнения.

Основные расчетные уравнения можно преобразовать в зависимости от принципиальной схемы гидропривода с объемным регулированием и режима его использования.

Основные режимы работы судовых силовых гидроприводов харак­ теризуются параметрами М — const, N — const, N = Сп3 (см. § 1). Данные режимы можно осуществить при следующих принципиаль­

гидроприводов различны. Так, по схемам I— IV невозможно осу­ ществить режим N = const, так как для этого необходимо автомати­ ческое регулирование насоса или мотора, не предусмотренное в схеме. Автоматическое регулирование в режиме N = const возможно в схе­ мах V—VII, которые в силу выбранного закона не могут осуще­ ствлять другие режимы при независимом регулировании частоты вращения мотора.

Схемы /— IV обеспечивают работу индивидуальных приводов. В ряде случаев [7] схемы II и V используются в составе групповых гидравлических систем для параллельной работы нескольких мото­ ров. Возможны схемы гидроприводов с иными принципами объем­ ного регулирования гидромашин, однако в настоящее время они практического использования не имеют.

Чм - Ч н / г м’ -1 /0 ,2 5

Чм - Ч н /Г 'м -1/0,5

Рис. 34. Типовые энергетические характеристики гидроприводов раз­ личных схем с объемным регулированием.

116