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

Для гидроприводов со стабильными режимами нагрузки и скороста более выгодна схема II. Схема IV по эффективности занимает промежуточное положение между II и I I I (графики схемы IV -не приводятся). Двухмашинное регулирование дает возможность реа­

ность во всем диапазоне регулирования и нагрузки обеспечивает схема VII. При этом чем уже диапазон скоростного регулирования и выше загрузка агрегатов, тем выше и стабильнее к. п. д. гидро­ привода. В отечественном судостроении распространение получила схема V — конструктивно простая, но наименее экономичная вданном режиме.

С расширением диапазона скоростного регулирования и снижения загрузки характеристики ее эффективности резко ухудшаются. Схема VI с мотором двухступенчатого регулирования по экономич­ ности занимает промежуточное положение между схемами V и VII. Она обеспечивает достаточно высокую стабильную экономичность во всем диапазоне регулирования, проста и может быть рекомендо­ вана для широкого применения в судовых гидроприводах с режимами N ~ const и М = const, когда с увеличением нагрузки по условиям использования механизма допускается соответствующее снижение скорости привода.

4. Для режима N = Сп3и так же, как и для режима М = const, наиболее экономична схема I. Гидроприводы такого типа находят применение в дизель-гидравлических приводах гребных винтов. В подобных условиях широко применяется и схема II, существенно

уступающая по экономичности схеме I при пм < 1 . Экономичность схем в режиме N — Сп3 в большей мере, чем при других режимах, зависит от степени использования гидромашин. Для сохранения возможно большего к. п. д. на режиме винтовой характеристики необходимо более полное использование рабочего объема скоростного режима и рабочего давления гидромашин, комплектующих данный гидропривод.

Анализ характеристик эффективности различных схем гидро­ приводов с объемным регулированием дает возможность рекомендо­ вать упрощенные выражения к. п. д. для случаев, когда отношение спецификационных параметров режима к эксплуатационным не превышает 1 : (2н-3) или когда допустима более высокая погреш­ ность в расчетах. В подобных случаях можно пользоваться следу­ ющим выражением для приближенного расчета:

( V MnHnMp f ’

где Ат] == 1 — т|гп; т]гп = г|нт]мі]ст — к. п. д. гидропривода на режиме

максимального использования; п = - ^ - и р = - р — относительные

127

к гидроприводам с объемным регулированием индивидуального типа, когда каждый из моторов обслуживается своим насосом. В условиях группового обслуживания расчеты эффективности не­ обходимо выполнять с учетом коэффициентов загрузки и одновремен­

угольного сечения и дроссельных регуляторов клапанного типа);

V — коэффициент вязкости жидкости, проходящей через дрос­ сель (параметр ді в зависимости от конструктивных осо­ бенностей дросселя и вязкостно-температурного диапазона рабочей жидкости может изменяться в пределах 0,1—0,25, он повышается с увеличением вязкости и уменьшением гд;

128

В силовых гидроприводах некоторых типов с дроссельным регу­ лированием устанавливают регулятор, стабилизирующий расход жидкости через дроссель, а следовательно, и скорость мотора при изменении нагрузки. В зависимости от конструктивных особенностей регулятора д3 = 0,18ч-0,35. Для диапазона применения основных параметров 1 : 5 расход жидкости через дроссель с регулятором на режимах частичного использования с достаточной степенью точности можно определить по формуле

Постоянную дросселя (Кл или Кя. р), а следовательно, и его ха­ рактеристику выбирают с учетом параметров гидропривода. Дрос­ сельный регулятор при полном открытии (гд = 1) и перепаде давле­ ния, равном запасу настройки предохранительного клапана относи­ тельно давления максимальной нагрузки на моторе и сопротивле­

ния трубопроводов (рп.к — р Г х — / С х), должен пропустить коли­ чество жидкости, равное производительности насосной установки

гидропривода (гф при ее рабочей вязкости, т. е.

Если при указанном перепаде дроссель способен пропустить больше жидкости или указанное количество жидкости он может пропустить при меньшем перепаде, то такой дроссель будет работать с недоиспользованием. Ухудшатся регулировочные характеристики гидропривода. Если дроссель не сможет пропустить прл указанном минимальном перепаде всего расхода или сможет его пропустить при большем перепаде давлений, такой дроссель не обеспечит заданную скорость при высокой нагрузке на моторе, значительная часть жид­ кости будет уходить через предохранительный клапан, гидропривод будет работать с низким к. п. д.

На устойчивость основной характеристики дроссельного регуля­ тора Q (г, р, ѵ) параметры режима работы оказывают неравноценное

только конструктивные особенности дросселя, но и диапазон измене­ ния параметра режима работы. Например, в диапазоне малых давле­ ний характеристика дросселя с дэ << 1 более устойчива (имеет ббль-

Шую жесткость), чем в диапазоне давлений, близких к максималь-

ным. Характеристики гидропривода с дросселем зависят также и от способа его включения (рис. 37).

Схемы с дросселем на входе. В расчетной схеме гидроприводов с дросселем, включенным перед мотором — на входе (рис. 37, а),

баланс давлений

= const.

баланс расхода

<2M= Q« = Q „-A Q n.K

или в развернутом виде

^мЯмгм Рд3 \ы

Отсюда исходное выражение для механической характе­ ристики

п„ =

с регулятором расхода в рас­ четное уравнение можно вне­ сти ряд упрощений: исклю­ чить влияние рсх и в пара­

метре ры принять Т)тм = г&м. Формула для определения объемного к. п. х мотора, работающего в составе гидро­ привода (98), должна быть

преобразована. Частота вращения мотора должна быть выражена через характеристики дросселя:

130

С целью упрощения расчетных уравнений показатели при ѵ и (1 — М м) могут быть приняты постоянными: а 2мді « О и д3а 2м

Видно, что чем выше запас настройки предохранительного кла­

^ ы Р п . к

Эффективный к. п. д. гидропривода с дросселем на входе можно определить (пренебрегая потерями в трубопроводе) по формуле

где постоянная данного гидропривода

■Пн

рсОс И Срп — ■‘дм

Отношение pMQM/pHQHвыражает к. п. д. дроссельного регулятора т)др. Развернутое выражение полного к. п. д.

(118)

где

СгпКрРп. к-

При установке дросселя с регулятором должно быть использовано выражение для QÄp.

с дросселем на входе. Следовательно, для расчета механических характеристик и к. п. д. гидропривода данного типа с исполнитель­ ным двигателем моторного типа можно использовать уравнения

(117), (118).

Рассмотрим аналогичный гидропривод, когда в качестве исполни­ тельного двигателя используется силовой гидроцилиндр с сим­ метричными рабочими полостями. Исходный баланс давлений и

В судовых силовых гидроприводах наибольшее распространение имеют гидроцилиндры, у которых уплотнение рабочего объема по поршню осуществляется резиновыми кольцами манжетного типа или круглого сечения, обеспечивающими высокую плотность гидро­

цилиндра независимо от нагрузки. Можно принять г]Кц — г|^ц. Тогда расчетное уравнение механической характеристики рассматри­ ваемого гидропривода с дросселем и регулятором приобретет вид

где

Сц — Кцр ’ІГн Сц =

Іц^/пц

С учетом принятых выше упрощений общий к. п. д. гидропривода рассматриваемого типа

132

Схемы с дросселем, включенным параллельно. В расчетной схеме

Qh = Qm + Qr-

В гидроприводе данного типа для обеспечения пм — 0 при рм = О должно быть соблюдено условие QM= 0 при гд = 1. Следовательно,

должна осуществляться специальным тормозным устройством или запорным клапаном на магистрали подвода (отвода) рабочей жид­ кости.

При гд = О 0Д = 0 и QH= QM, что соответствует максимальному ходу гидропривода. Следовательно, наиболее общим условием выбора

При выводе выражения % м гидропривода с дросселем на парал­ лельном потоке можно принять упрощения, аналогичные использо­ ванным при выводе выражения для г\Ѵм гидропривода с дросселем на входе, где связь частоты вращения с гд должна быть представлена зависимостью вида пм — / (1 — гд). Тогда

Подставив уравнение (123) в исходное выражение, получим после преобразований расчетное уравнение механической характе­ ристики гидропривода с параллельным включением дросселя

(124)

где Сп

К У * '

133

Чем выше давление рпіК по сравнению с тем выше объемный к. п. д. мотора, работающего в составе гидропривода с дросселем на параллельном потоке, и жесткость механической характеристики.

Эффективный к. п. д. гидропривода рассматриваемого типа можно определить из выражения (без учета потерь в трубопроводах)

В гидроприводе рассматриваемого типа насосы и моторы рабо­ тают при одной нагрузке, следовательно, к. п. д. насоса может быть определен по упрощенным выражениям.

Выразив пи через параметры дросселя, получим выражение для механического к. п. д. мотора (в развернутом виде)

Показатели при ѵ и (1 — рм) с целью упрощения расчетного урав­ нения можно принять следующими: d3ß2 0,5d4ß2 0.

Тогда

После преобразований уравнение эффективного к. п. д. гидро­ привода с дросселем на параллельном потоке запишется следующим

134

Рис. 38. Типовые механические характеристики гидроприводов с регулированием дросселем, включенным последовательно (а) и параллельно (б) гидромотору.

Анализ эффективности схемы. Важнейшими показателями, ха­ рактеризующими гидроприводы с дроссельным регулированием, являются жесткость механических характеристик и к. п. д. в широ­ ком диапазоне изменения рабочих параметров. Жесткость характе­ ризует степень изменения частоты вращения (скорости движения)

135

исполнительного привода под воздействием изменяющейся нагрузки, параметров регулирования и вязкостно-температурного режима работы гидропривода. В зависимости от назначения судового гидро­ привода его механические характеристики предпочтительнее иметь в одних случаях жесткими (например, для гидропривода успокоите­ лей качки, приводов систем управления и др.), в других —■мягкими (например, для буксирных и траловых лебедок и др.).

Жесткость механической характеристики зависит не только от конструктивных особенностей дроссельного регулятора, но и от способа его включения в схему гидропривода. Это определяет и степень эффективности гидропривода.

Сравнительный анализ механических характеристик гидропри­ водов с дроссельным регулированием удобнее выполнять в безраз­ мерной (относительной) форме:

—за единицу принимаем все параметры, отнесенные к номиналь­ ному (спецификационному) режиму;

—считаем, что характеристики дросселя подобраны в полном соответствии с характеристиками гидропривода по выражению (115);

—максимальный расход мотора соответствует полной полезной

производительности насоса на номинальной нагрузке;

—влиянием потерь в системе пренебрегаем;

—вязкостно-температурный режим рабочей жидкости считаем

установившимся.

Тогда при а 2м = 1 выражения (117) и (125) соответственно при­ нимают вид

136