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

После преобразований, аналогичных принятым при выводе формул (128, 129), выражения к. п. д. гидроприводов с дроссельным регулированием (118) и (127) (параметры в относительных единицах)

принимают вид при ß2 = Рз = 0.5 и пн = const соответственно

Число вариантов использования гидроприводов с дроссельным регулированием может быть больше. На рис. 39 приведены харак­ теристики эффективности индивидуальных гидроприводов этого типа, составленных из нерегулируемых гидромашин серии ІІМ-5. Для сравнения на рисунке даны характеристики эффективности гидро­ привода с объемным регулированием ІІД-5—ІІМ-5.

Сравнение механических характеристик индивидуальных гидро­ приводов с дроссельным регулированием, составленных из нерегу­ лируемых гидромашин, и характеристик их эффективности позво­

лельным включением дросселей оказывают противоположное влия­ ние на механические характеристики. Уменьшение показателя д3 дроссельного регулятора (повышение заостренности кромок дрос­ сельного отверстия, введение регулятора расхода) и увеличение д4 (127) в гидроприводах с последовательным включением дросселя спо­ собствуют повышению жесткости механическойхарактеристики. Чем меньше рабочее давление за дросселем рд или нагрузка мо­ тора М м и степень дросселирования (гд) или скорость привода и чем больше вязкость рабочей жидкости, тем большее влияние оказывают показатели d3, ö4 на жесткость характеристик гидропривода.

В гидроприводах с параллельным включением дросселя отмечен­ ные выше закономерности имеют обратный характер. Гидроприводы

137

с параллельным включением дросселя в общем случае (при гм = 1

и равенстве д3, гД и М м) отличаются большей жесткостью механиче­ ских характеристик. Однако дополнительное регулирование мотором (/"„) уменьшает жесткость характеристик при параллельном включе­ нии дросселя и повышает при последовательном.

2. На режимах частичного использования по нагрузке коэффи­ циент эффективности (к. п. д.) гидроприводов с последовательным

тельно включенным дросселем, так как оказывает противополож­ ное и примерно равноценное влияние на к. п. д. мотора и дрос­ селя. В гидроприводах с параллельным включением дросселя е увеличением вязкости рабочей жидкости к. п. д. заметно воз­ растает.

Характерно, что к. п. д. гидромашин не имеет существенного значения при оценке эффективности гидроприводов рассматривае­ мого типа. Она определяется главным образом характеристиками дросселя.

3. Сравнение характеристик гидроприводов дроссельного и объем­ ного регулирования показывает, что последние обладают преимуще­ ствами как в части выбора степени жесткости механической харак­ теристики, так и по к. п. д. на режимах частичного использования. Гидроприводы с параллельным включением дросселя занимают как бы промежуточное место между гидроприводами с последова­ тельно включенным дросселем и с объемным регулированием. Однако на режиме предельного использования (обычно спецификационном) при использовании в составе гидроприводов одних и тех же гидро­ машин характеристики сравниваемых гидроприводов равноценны.

138

Анализ характеристик эффективности гидроприводов с дроссель­ ным регулированием показывает, что в диапазоне регулирова­ ния 1 : 3 приближенная оценка к. п. д. может выполняться по упрощенным выражениям. Общим для всех случаев является

лельно, д = 0,167.

Гидроприводы с дроссельным регулированием допускают группо­ вое объединение большого числа моторов в общую гидравлическую систему с централизованной насосной установкой. В этом существен­ ное достоинство гидроприводов данного типа перед гидроприводами объемного регулирования. В групповой системе загрузка и одновре­ менность работы моторов могут быть различными. Зная режимы

В мощных общесудовых системах длительного использования применяют насосы переменной производительности с автоматическим

регулированием (поддержанием), рн = const при r„ = f (Е Q*)- Это наиболее экономичные системы постоянного давления с регу­ лируемыми приводами. В данном случае имеет место объемно-дрос­ сельное регулирование, сочетающее в себе достоинства приводов с объемным (экономичность при скоростном регулировании) и дрос­ сельным (простота) регулированием. Гидроприводы объемно-дрос­ сельного регулирования нашли применение в судовых силовых групповых гидроприводах [7, 9, 11].

139

где Q6 к — расход жидкости через байпасный клапан. Гидравлические системы этого типа работают с переменным

давлением. В системах малой мощности применяют, как правило, насосы постоянной производительности, в системах большой мощ­ ности — регулируемые насосы, что позволяет исключить потери через байпасный клапан и повысить эффективность. Эффективность данных гидроприводов приближается к эффективности гидропри­ водов с объемным регулированием.

§ 19

Р а счет м е ха н и ч е ски х х а р а к те р и с ти к э л е к тр о ги д р а в л и ч е с к и х приводов

Наибольшее распространение в судостроении получили гидро­ приводы с электронасосными установками. Выходные параметры таких гидроприводов в определенной мере зависят также и от соот­ ветствующих характеристик электродвигателя, приводящего насос в действие. Основными из них являются механические характери­ стики [4].

где пэ. с — синхронная частота вращения электродвигателя;

Sa, н. А4э. н — номинальное скольжение электродвигателя, со­ ответствующее номинальному моменту М 3 н.

С учетом нелинейности

где Sk — критическое скольжение электродвигателя, соответству­

ющее критическому моменту М«.

В выражении (139) из двух значений должно быть принято боль­ шее (т. е. со знаком плюс), чтобы получить рабочую точку на подни­ мающейся ветви характеристики, где при том же моменте ток имеет меньшую величину и более устойчивую отрицательную характе­ ристику [4].

Выражения (138) и (139) можно использовать для вывода урав­ нений механической характеристики электронасосного агрегата

(ЭНА).

140

При жестком соединении насоса с электродвигателем

не окажет существенного влияния на объемные и механические потери в насосе, после преобразования получим расчетное уравне­

Выражение (142) применяется для участка до номинальной загрузки электродвигателем. В расчетах механической характери­ стики на режимах, близких к предельным возможностям электро­ насосного агрегата, используется уравнение (139). Произведя ана­ логичные подстановки и упрощения, получим

(143)

где постоянная

Mzлс

ІѴІк'\тн

-qn

Уравнения (142) и (143) можно также назвать уравнениями внеш­ ней характеристики электронасосного агрегата, так как условие нн = const для насоса с приводом от электродвигателя не выдержи­ вается.

Выражение для пн (ЭГ) можно получить из развернутых выраже­ ний для г]тн (гп) и цты(гп) • Результирующее выражение можно упро­ стить за счет членов, не оказывающих существенного влияния на основной показатель.

При

141

где постоянная

Подставив данное выражение в формулу (99), получим

Эта формула упрощается, если принять п„ = п%. с, а ч]і/н (т^гм (ГП) «=*

"Пѵ'н'Пим• После преобразований получим окончательное уравне­ ние механической характеристики силового электрогидравлического привода:

— при а3 = 1

(148)

где постоянные

На рис. 40 приведены результаты экспериментов и расчета меха­ нических характеристик электрогидравлического привода, состав­ ленного из агрегатов ПД-5—ІІМ-5, а также результаты испытаний в двух диапазонах скоростей при температуре рабочей жидкости 20—40 и 80—90° С и вязкости (масло ГМ-50) 6—3 и 1,35° Е соответ­ ственно. Расчет выполнен по формуле (148) при вязкости рабочей жидкости 5 и 1,5° Е с учетом скольжения приводного электродви­

гателя S3Cн = 0,04 и без учета скольжения.

Экономическая характеристика электродвигателя насоса не ока­ зывает значительного влияния на характеристику гидропривода,

142

так как к. п. д. электродвигателя достаточно стабилен с изменением нагрузки и частоты вращения. В расчетах характеристик эффектив­ ности электрогидроприводов к. п. д. первичного электродвигателя может быть постоянным, равным спецификационному значению

% !=» т]э, которое для электродвигателей, применяемых в судовых

Рис. 40. Механические характеристики электрогидравлического привода с агрегатом IIД-5—ІІМ-5, работающего на масле ГМ-50.

----------зона поля изм ерений ;--------— расчетные характеристики: 1 и 2 — без учета скольжения электродвигателя; 1' к 2' — с учетом скольжения электродвигателя.

гидроприводах, обычно имеет значение 0,76—0,89. Следовательно, экономическая характеристика электрогидропривода определяется главным образом характером изменения к. п. д. гидравлической части привода:

Дэг == ^ІэДгп*

Для более точных расчетов г]э определяют по технической докумен­ тации на поставку электродвигателей или рассчитывают по методам, достаточно полно разработанным в теории электромашин.

143

В гидроприводах успокоителей качки ряда зарубежных фирм применяют электронасосные агрегаты с маховиком ЭНА-М [11], который используется в качестве накопителя (аккумулятора) меха­ нической энергии электродвигателя насоса, что позволяет уменьшить мощность электродвигателя, обеспечить его более полную загрузку и увеличить к. п. д. гидропривода.

Управление стабилизирующим моментом успокоителя качки

где NMX— мощность, которая может быть отдана маховиком в соот­ ветствующем режиме работы гидропривода.

Очевидно,

Величина М мх может также включать момент, создаваемый инер­ цией вращающихся масс электродвигателя, которая, однако, неве­ лика и, как правило, не превышает 10% мощности маховика. Можно считать, что Ммх приблизительно равен динамическому моменту вра­ щающихся масс Мдин, возникающему вследствие неравномерности вращения.

За период работы ЭНА-М на участке т 0—т 2 избыток мощности передается электродвигателем маховику, который приобретает угло­

кг-см-с2;

144

G — масса маховика, приведенная к его радиусу;

D — диаметр окружности, проходящий через центр тяжести сечения маховика (обода).

На участке т 2—т3 мощность гидропривода превышает установоч­ ную мощность электродвигателя, которая компенсируется энергией, накопленной маховиком на участке т 0—т 2. При этом угловая скорость маховика с номинального значения соном понижается до конечного значения сокон в точке т3. Вследствие снижения частоты вращения уменьшается производительность насоса и, следовательно, скорость силового привода.

Таким образом, на участке т 2—т3 маховик передает насосу допол­

Количество энергии, отданной маховиком, или совершенная им работа Амх, определится площадью т2—т2—т3. Очевидно,

АТMX = АMX*

Электронасосный агрегат с маховиком работает в неустановив­ шемся, т. е. переходном или динамическом (в отличие от статиче­ ского), режиме. Динамическую мощность, отдаваемую маховиковым инерционным массам или получаемую от них, можно представить в виде первой производной запаса кинетической энергии по времени. Тогда при Умх = const получим

Маховой момент

42, а), перепад угловых скоростей маховика ограничен скольжением электродвигателя, что позволяет использовать не более 15—-20% энергии, запасаемой маховиком.

На рис. 42, б приведена схема ЭНА-М, допускающая значитель­ ное снижение угловой скорости маховика, вплоть до его полной оста-

новки, и расходование всего запаса энергии. В данной схеме махо­ вик устанавливается на вал самостоятельной обратимой гидро­ машины.

гатель.

(155)

После подстановки и преобразований получим максимальное зна­ чение момента, которым может располагать маховик в составе дан­

Очевидно, чем ближе закон управления гидропривода к идеаль­ ному импульсному, тем менее эффективно применение маховика.

146