Оптимальные значения частоты вращения и к. п. д. мотора соот ветственно
2Sv 1/3 |
Цм(ГІІ) |
.0,667 |
Им (м) |
1 - 1.19S°l33m;м |
В табл. 24 приведены результаты расчета с использованием данных схемы V оптимальных параметров для насоса и мотора. Исходное
уравнение схемы V не дает точных значений мм(гп) и т]гп. Приближен ные значения могут быть получены по графику на рис. 35.
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 24 |
Сравнение расчетных оптимальных параметров с действительными |
|
|
для гидропривода схемы V (см. |
§ 17) |
|
|
|
|
|
Параметры гидропривода |
|
|
Значения |
—* |
* |
-* |
* |
|
* |
|
% (н) |
^ м (гп) |
ям (м) |
(гп) |
?м (гп) |
^гп . |
Действительные |
—0,5 |
0,725 |
0,5 |
0,925 |
0,5 |
0,718 |
Расчетные |
0,51 |
0,798 |
0,5 |
0,937 |
См. рис. 35 |
Рассмотрим два наиболее распространенных в судостроении случая использования гидропривода при N — const и с заданным моторесурсом Т. Ограничение мощности гидроприводов осуще ствляется регулированием насоса по закону, возможно более близ кому к параболе как идеальной (теоретической) характеристике: PkQh = const. Очевидно, одну и ту же мощность можно получить как при малом р и большом Q, так и при высоком р и малом Q. Чтобы решить, какой режим является наиболее экономически выгодным, необходимо сначала определить оптимальные параметры гидрома шин, работающих с ограничением мощности, а затем оптимальные параметры комплекса насос—мотор с ограничением мощности на характерных режимах.
Для первого этапа в качестве основного можно использовать выражение для полного к. п. д. и развернутое выражение теоретиче ской мощности гидромашины, т. е. систему следующих уравнений:
1 — Sc |
■m |
п &2 l / v |
, |
с г с Р 1 |
|
|
+ |
S m |
Д+ßi |
|
'j/'Л! |
|
|
|
|
|
|
|
|
qrnp = N.
Рассмотрим три типовых случая использования гидромашин в системе судового гидропривода: 1) насос работает при nH= const; 2) мотор имеет гм = 1 — const; 3) насос и мотор работают при р —
= const. Тогда второе уравнение соответственно рассматриваемым случаям будет иметь одно из следующих выражений:
гр = N
пр = N
гп — N
Первое уравнение можно аналогично упростить и исключить параметр ѵ, рассматривая установившийся режим. Результаты расче тов сведены в табл. 25.
Подобным путем выводятся уравнения для основных оптимальных параметров комплекса насос—мотор с ограничением мощности. Исходная система уравнений составлена для наиболее распространен
ного в судостроении варианта, когда пн = const и гы = const. При использовании упрощенных формул к. п. д. гидропривода
система уравнений в относительных единицах принимает вид
Ѵ = 1 — S „ -f — m
rp - P ; np = N".
Система имеет решение для следующего сочетания машин в гидро
приводе: |
серии |
П Д — мотор ГРП-2А; |
— насосы |
— насосы |
серии |
Меннесмен-Мейер (АПН-200) — моторы серии |
Хэгглундс (6070, 4070).
Вариант ПД—ИМ не имеет точного решения. Полученные урав нения оптимальных параметров (в относительных единицах) сведены
в табл. 26. Уравнения можно упростить, если принять N' ^ N". Таким образом, аналитически установлено, что с экономической точки зрения работа гидромашин и гидропривода в режиме ограничения мощности более выгодна при возможно низком р и высоком п при r
Во втором случае важно определить параметры режима, обеспе чивающие заданный моторесурс и наибольший общий к. п. д. гидро машин с заданной мощностью.. Упрощенно задача решается для гидро машин без ограничения мощности. При ограничении мощности ее значения вводятся в результирующие уравнения.
Вторая задача решается аналогично первой. Составляется система уравнений. Первое уравнение является общим для обоих случаев, второе в относительных единицах с рекомендованными значениями коэффициентов:
—для насоса, работающего в режиме п = const,
для мотора
Т а б л и ц а 26
Оптимальные параметры (в относительных единицах) при ограничении мощности гидропривода
Сочетание типов гидро- |
Уравнения оптимальных параметров |
машин в составе |
|
(пн = const, |
г = const) |
|
гидроприводов |
|
|
|
|
|
|
Пмт |
Г AN" |
|
(S„N" + S UN')‘/6 1 Vs |
|
L |
mnVW |
|
и д —и м |
:• |
,Т7,чѴ. |
/ |
n*VW |
|
|
(N) |
|
\4 (5 hM" + SmM ')/ |
|
|
|
(M')4/s |
/4 |
(SHN”+ S MN ' ) \ ^ |
|
Иm |
(ДГ")Ѵ5 |
\ |
mH |
) |
Меннесмен-Мейер—
Хэгглундс
■
» (W) у дг»4 J \ |
0,75тм ) |
Расчетные уравнения для параметров, имеющих точное решение, сведены в табл. 27. Видно, что пути, способствующие улучшению экономических характеристик гидропривода, способствуют также повышению его моторесурса (см. § 10).
Т а б л и ц а 27
Значения оптимальных параметров гидромашин при заданном моторесурсе (в относительных единицах)
Серия гидромашин
ид
им
Хэгглундс
Оптимальные параметры
-* — |
j* |
Т |
^Н(гпІП) » |
Гн |
- |
тпіп) |
|
|
Ря( |
|
|
н |
к - (°.8ТГ5 - =5,»)’/’(0.875; |
< = ( ‘'25 |
І27
О пределение за п а са рабочей ж и д к о с ти
вс у д о в ы х ги д р о п р и в о д а х
Об щ и е принципы определения запаса рабочей жидкости для нормального функционирования судовых гидроприводов и систем рассмотрены в работах [7, 8]. О б щ и й запас жидкости V состоит из
расходного К рас и резервного К рез:
|
|
|
|
у |
|
= V |
|
+ |
у |
• |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
¥ |
|
|
ѵ рас |
1 |
¥ рез> |
|
|
|
|
|
|
|
^рас |
= |
|
|
У min |
+ |
^war |
+ |
A K ; |
| |
|
(2 7 4 ) |
|
|
|
V |
рез |
> |
V |
+ |
|
V |
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
¥ |
|
у рас I |
|
у ст* |
|
|
|
где K min — |
объем, при |
котором |
отсутствует вспенивание жидкости, |
|
обеспечивается ее отстой и отвод тепла (обычно этот |
|
объем не должен быть меньше объема, перекачиваемого |
|
насосом |
при |
|
полной |
его |
производительности |
за 1— |
|
3 мин; |
специальные устройства, |
обеспечивающие |
плав |
|
ный вход |
и |
рассеивание |
жидкости, |
разделители |
входа |
|
и выхода |
жидкости, |
рабочей |
и |
отстойной части |
бака, |
|
а также наддув бака могут уменьшить емкость бака до |
|
величины, равной производительности йасосов за 0,3— |
K war — |
0,5 мин); |
|
объем |
жидкости |
в |
баке, равный |
емкости |
переменный |
|
включенных |
в |
|
систему |
пневмогидроаккумуляторов и |
A K = |
однополостных |
|
силовых |
гидроцилиндров; |
|
|
A Q CTTpa6 — |
объем эксплуатационной утечки жидкости за |
Кст — |
период автономного плавания судна траб; |
|
|
объем масла, |
|
необходимый для заполнения всей гидро |
|
системы |
и |
гидромеханизмов. |
|
|
|
|
|
Эксплуатационные утечки жидкости можно разделить на внеш
ние ( X A Q ct), |
и л и безвозвратно теряемые, и |
внутренние |
A Q ct)> |
возвращаемые |
в баки |
системы, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 W e r = |
Д<2тр |
+ A Q B, |
|
|
(275) |
где AQ-rp ~ |
K'v -dPy P — |
потери |
через |
неплотности |
в |
соединениях |
|
|
А QB— |
(см. |
§ |
15), см3/ч; |
|
|
|
|
|
|
потери |
через сальник рабочего вала мотора |
Потери |
|
|
(гидроцилиндра). |
ресурса |
сальниковых |
A Q B невелики, |
однако к |
концу |
уплотнений утечки по валу гидромотора могут достигать 10— |
50 см3/ч. |
Количество |
утечек по |
валу |
зависит |
также |
от его |
диаметра. Д л я |
общего случая можно рекомендовать следующую зависимость для определения утечек по валу:
где 4 — диаметр вала мотора или штока силового гидроцилиндра, мм.
Е А Q’cr = AQro + А<2Д, |
(277) |
где |
AQro = K v ^ |
|
величина |
перетечек |
в золотниковом |
|
|
|
|
манипуляторе (см. § 15); |
|
AQÄ = |
<2нах(і — Лит) — дренажные утечки. |
|
|
Приближенно |
величину |
дренажных |
утечек |
можно определить |
из выражения |
|
|
maxQC |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^ |
= |
^ - 7 |
Г |
- |
|
|
<278) |
где КА = |
(2-М). ІО'3— коэффициент |
дренажа |
(меньшее значение |
|
|
характерно для индивидуальных гидрома |
|
|
шин, |
большее — для |
гидропривода |
в со |
|
|
ставе насос—мотор); |
|
давления |
(см. |
|
|
а — коэффициент |
|
среднего |
Как правило, |
табл. |
13). |
|
|
|
|
|
судовые силовые гидроприводы и системы оборудо |
ваны специальной дренажной магистралью, собирающей все утечки в расходный бак. В гидроприводах малой мощности эпизодического действия, далеко отстоящих от основной системы, дренаж мотора собирается в специальном баке, емкость которого должна быть до статочна для сбора дренажа в период всего автономного плавания судна.
Бак должен иметь также запас в |
объеме 20—30%. Следовательно, |
apmaxQmax |
(279) |
Ѵг,^ 0,15 |
' ТрабI |
|
V V |
|
где Траб — время работы гидропривода в период автономного плава ния судна, ч.
Объем расходного и резервного баков также должен на 20—25% превышать объемы, определенные по развернутым выражениям (274). Это необходимо для нормального процесса воздухоотделения, гашения пенообразований и компенсации изменения уровней при качке, кренах и дифферентах судна. Резервная емкость должна быть достаточна для полной замены жидкости в системе и расходном баке. Такая необходимость может возникнуть, например, при обводнении или загрязнении жидкости. Следовательно,
Кб (рас) ~ 1,2 (ѵт1п+ VwarKv froТраб + 2,5- ІО-4 2 4 т ; аб) ,
(280)
Кб (рез) *=» 1,2 (Крас + Кст).
Расходная емкость в судовых гидроприводах часто исполь зуется для теплоотделения, и ее объем определяется по уравнениям теплового баланса (см. § 25). Следовательно, в этом случае должно соблюдаться условие Кб (рас) ^ К (At), где К (Az1) определяется по выражению (273).
В процессе эксплуатации физико-химические качества рабочих жидкостей гидроприводов ухудшаются, что приводит к необходи мости их периодической замены. Ресурс работы жидкости до замены
определяется ее работоспособностью или стабильностью физикохимических свойств под воздействием нагрузочных и температурных условий в гидроприводе, кратностью циркуляции в системе. Следо вательно, рассчитанный объем рабочей жидкости необходимо про верить по работоспособности. В зависимости от особенностей гидро привода и предъявляемых к ним требований необходимо, Чтобы объем У или Урас не был меньше объема жидкости, определяемого ее ресурсом, исходя из заданной периодичности замены или автоном ности плавания судна Ураб.
Значения коэффициента b |
Т а б л и ц а 28 |
|
Машины и механизмы, для которых предназначен |
Коэффициент Ь |
гидропривод |
Рулевые машины |
0,5—0,6 |
Успокоители качки |
0,3—0,5 |
общего назначения |
0,4 -0,7 |
Грузоподъемные меха |
|
низмы |
0,75—0,9 |
специальные |
Якорно-швартовные механизмы |
0,5—0,8 |
Автоматические буксирные лебедки |
0,3—0,5 |
Траловые лебедки |
0,4—0,7 |
В общем случае [8 ] |
|
|
|
у |
= 60 У |
р--Ж , |
(281) |
|
^ р . Ж |
|
где Qcp = 6Qmax — средняя |
производительность |
гидропривода как |
часть максимальной производительности насос |
ной установки Qmax (для гидроприводов с насо |
сами постоянной |
производительности коэффи |
циент 6 = 1; для регулируемых гидроприводов ориентировочные значения коэффициента при ведены в табл. 28);
Тр.ж— рабочее время, в течение которого физико химические качества рабочей жидкости должны обеспечивать гарантийную работу гидропри вода, ч;
zp. ж — количество рабочих циклов, совершаемых жид костью в данном гидроприводе до предельно допустимого ухудшения физико-химических ка
|
честв |
|
в |
условиях |
нормальной |
эксплуатации, |
|
т. е. при отсутствии непредвиденного обводне |
|
ния, загрязнения или перегрева |
жидкости |
[8]. |
Для ориентировочной |
|
оценки с учетом основных факторов |
|
|
Z |
Р- ж |
_ |
к |
рс р / 2 > |
|
|
|
|
|
А р. Ж |
|
|
где /Ср. ж — коэффициент |
|
физико-химической работоспособности |
(стабильности) рабочей |
жидкости; |
|
|
Rrn — коэффициент, |
|
учитывающий особенности гидропривода, |
равный |
1,0—0,85 |
для |
регулируемых |
гидроприводов |
с замкнутым гидравлическим контуром и 0,5—0,35 — |
для гидроприводов дроссельного регулирования с от |
крытым |
гидравлическим |
контуром; |
|
|
t — максимальная |
температура рабочей жидкости, допу |
скаемая в условиях нормальной эксплуатации гидро-- |
привода, °С; |
|
|
давление |
в гидроприводе (см. § |
15), |
Рср — среднее |
рабочее |
кгс/см2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для жидкостей, используемых в судостроении, можно прини мать следующие ориентировочные значения Кр,ж-
Рабочая жидкость |
К р Ж-Ю-1° |
АМГ-10, ГМ-50И, А У П .................................................................... |
2 |
АУ, МВП, турбинные масла ........................................................ |
1 |
Индустриальные масла ............................................................... |
0,3—0,5 |
Синтетическая жидкость Б З В ................................................... |
3—4 |
Общий запас жидкости должен быть проверен по ее гарантийной
работоспособности:
V^ Краб-
Конструктивно расходные и резервные баки выполняют либо раздельными, либо совмещенными в одной емкости. В последнем случае емкость целесообразно разделять на две секции — расходную и резервную. Каждая насосная установка судовой гидравлической системы должна иметь свой расходный бак или секцию в общем расходном баке. В судовых гидроприводах с несколькими насосными установками расходный бак одной установки может служить резерв ным баком другой.
Особую опасность для судовых гидроприводов может представ лять аварийная утечка в результате повреждений систем и гидро механизмов. При отсутствии специальной защиты всю рабочую жид кость можно выкачать насосом из системы в течение нескольких минут, а в некоторых случаях — приблизительно за 30 с. Если своевременно не остановить насос, он выйдет из строя, а система будет заполнена воздухом. Попадание воздуха в систему нарушает нормальную работу гидроприводов. Удаление воздуха из системы представляет большие трудности, в результате гидроприводы могут выйти из строя на длительное время.
С целью защиты системы рекомендуется устанавливать на рас ходных баках датчики нижнего уровня (типа РУМ), сигнализиру ющие о снижении уровня масла до предельно допустимых корм. Этот уровень может определяться по Vmln. При дальнейшем снижении уровня насос вручную или автоматически необходимо выключить из работы на систему. Это можно сделать посредством остановки при водного двигателя, разобщительной муфты на насосе (если привод ной двигатель по условиям эксплуатации не должен останавливаться) или специального клапана, отсекающего насос от судовой системы и замыкающего его напорную магистраль на бак. В этом случае можно использовать последовательное включение автомата разгрузки и клапаны-отсекатели.
Автоматически действующие клапаны-отсекатели можно уста навливать не только за насосной установкой, но и в других местах системы. Для этого необходимы клапаны-отсекатели двустороннего действия. Отсекатели такого типа позволят в случае повреждения трубопровода в каком-либо месте автоматически изолировать данный участок (между двумя ближайшими клапанами-отсекателями) от остальной части системы.
Для предотвращения возможности значительного проливания жидкости в период ремонта гидромеханизмов их нужно отключать от магистрали запорными клапанами или гидравлическими разъемами.
Защита гидравлических систем от потери рабочей жидкости и резервирование ее запасов важны для судовых гидроприводов и гидравлических систем длительного использования, обслужива ющих механизмы ответственного назначения. Для гидроприводов механизмов вспомогательного назначения небольшой мощности и периодического использования рассматриваемые вопросы не столь важны и решаются обычно на основе общих рекомендаций по гидра влическим приводам общепромышленного назначения.
§ 28
К о м п л ексн ы й |
а н а л и з |
с у д о в ы х с и л о в ы х |
гид р о п р и в о д о в |
Выбор типа гидравлического привода (принципиальной схемы, состава основных гидромашин, способа регулирования) следует производить по результатам комплексного анализа его основных параметров:
—коэффициента полезного действия в рабочем диапазоне пара метров режима;
—моторесурсных характеристик основных гидромашин;
—■характеристик виброакустической активности;
— массо-габаритных показателей гидропривода.
Для судовых силовых гидроприводов, предназначенных для работы в специфических условиях, в качестве основных могут быть приняты и другие параметры, например, для палубных гидропри водов периодического действия на судах арктического плавания важное значение приобретают характеристики зимних режимов,
