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

для них моторесурса, при максимальном —■эксплуатируется огра­ ниченное время.

Судовые гидроприводы по данному параметру можно разделить на работающие с постоянным давлением (преимущественно группо­ вые и общесудовые гидравлические системы) и регулируемые, ра­ бочее давление в которых изменяется в широких пределах (гидро­ приводы рулевых машин, успокоителей качки, палубных лебедок и т. д.)/ Очевидно, что для гидроприводов с постоянным давлением уровень их необходимо выбирать из параметрического ряда по

почтительных чисел RIO (ГОСТ 8032—56). Приведем часть зна­ чений, наиболее характерных для современного и перспективного судостроения: 100— 125— 160—200—250—320—400 . . . кгс/см2.

Уровень рабочих давлений в гидроприводах во многом харак­ теризует степень их технического совершенства. В гидроприводах современного зарубежного судостроения уровень максимальных давлений достиг 250—350 кгс/см2 [7; 11 ]. Эти значения можно реко­ мендовать и для отечественного судового гидрооборудования.

В целях максимально возможной унификации нормального и облегченного гидрооборудования в качестве максимального давле­ ния для обеих групп можно принять 320 кгс/см2. Оно близко к пре­ делу, обеспечивающему минимальные массу, габарит и стоимость гидроприводов, отвечает уровню передового гидромашиностроения

иперспективам судовой гидрофикации [7, 9, 11]. В качестве номи­ нального давления для судового гидрооборудования нормальной группы (широкого использования) можно рекомендовать 160 кгс/см2

идля облегченного ■— 250 кгс/см2.

6. Система Т — гарантийный моторесурс .гидрооборудования, т. е. срок его службы до замены, определяющий степень его пригод­ ности для заданной продолжительности эксплуатации. Исходя из этого его нагрузочные и скоростные режимы являются одним из главных критериев качества, надежности и общего технического уровня. Параметр Т можно рассматривать как комплексный кри­ терий, определяемый всеми величинами основных параметрических рядов. Стандартизация требует определенного единства норм Т и условий моторесурсных испытаний гидромашин.

Моторесурс гидроприводов судовых механизмов различного на­ значения для больших судов находится в пределах 2500—60 000 ч, для СПК и легких быстроходных судов новых типов — 1000— 20 000 ч [7]. Установление единых норм моторесурса для всех уни­ фицированных судовых гидромашин и другого гидрооборудования нецелесообразно. В механизмах с малой продолжительностью эксплу­ атации такое гидрооборудование работает со значительным недо­ использованием и, следовательно, будет тяжелым, громоздким и дорогим. Для механизмов длительного использования оно может иметь недостаточный запас надежности.

Создание гидромащин широкого использования с моторесурсом более 30 000 ч, по опыту передового отечественного и зарубежного

гидромашиностроения, нецелесообразно. Такие задачи (например, для насосов рулевых машин) в ряде случаев решаются применением радиально-поршневых конструкций с пониженной частотой враще­ ния (не более 500 об/мин) и низким максимальным давлением (не более 100 кгс/см2), что не отвечает современным тенденциям в раз­ витии этой отрасли техники 17, 9, 11]. Для механизмов больших судов и механизмов СПК с моторесурсом соответственно более 30 000 и 10 000 ч целесообразно применять гидромашины с меньшим ре­ сурсом и предусматривать одно-двухразовую за период службы механизма агрегатную замену гидромашин.

Наибольшие ресурсы необходимы регулируемым насосам, ра­ ботающим в индивидуальных и групповых гидроприводах длитель­ ного использования (рулевые машины, успокоители качки, про­ мысловые и буксирные лебедки и др.). Продолжительность их эксплу­ атации до замены на больших судах может превышать 40 000 ч и на СПК — Ю 000 ч [7].

Моторы судовых гидроприводов работают значительно меньше, чем насосы, так как группу моторов обслуживает один насос (на­ пример, в многобарабанной палубной лебедке, грузоподъемном кране, группе промысловых механизмов). В небольших гидросис­ темах постоянного давления быстроходные моторы используют как нерегулируемые насосы с периодическим режимом работы. В общем случае продолжительность работы моторов в судовых гидроприво­ дах в 2—3 раза меньше, чем насосов, и, как правило, не превышает

10 000— 15 000 ч.

Все это определяет целесообразность стандартизации параметра Т в нескольких уровнях, в зависимости от назначения гидромашины (гидрооборудования), что целесообразно также и по конструктив­ ным возможностям гидромашин различного типа. Радиально-порш­ невые многоходовые малооборотные высокомоментные моторы из-за напряженности силового копира и большего числа шарикоподшип­ никовых узлов в меньшей мере, чем быстроходные аксиально-порш­ невые гидромашины, приспособлены для больших моторесурсов при высоких нагрузках. Моторы этого типа используют в механиз­ мах периодического действия с общим моторесурсом, как правило, не более 5000 ч. Гидромашинами широкого назначения являются аксиально-поршневые.

Можно рекомендовать деление судовых гидромашин по нормам моторесурса в зависимости от конструктивных особенностей и наз­ начения на три группы:

постоянной производительности), унифицированные конструктивно с насосами группы А;

В — высокомоментные малооборотные радиально-поршневые с внешним силовым копиром моторы.

Зависимость моторесурса аксиально-поршневых (быстроходных) гидромашин (не превышающего 30 000—40 000 ч) и многоходовых

228

высокомоментных радиально-поршневых моторов (не превышаю­ щего 10 000 ч) от режимов работы можно определять по работо­ способности подшипников качения (см. § 10). Если принять в ка­ честве спецификационных режимов номинальные значения, реко­ мендуемые настоящими параметрическими рядами, моторесурс, не­ обходимый соответствующим судовым механизмам (гидроприво­ дам), может быть удовлетворен гидромашинами со следующими спе-

цификационными значениями параметра Т по группам: Т \ — 10 000 ч;

ГБ - 5000 ч; Т% = 2500 ч.

Полную унификацию гидромашин нормального и облегченного использования можно достигнуть повышением у последних уров­ ней номинальных давления и частоты вращения. Параметриче­ ский ряд Т должен отвечать условиям испытаний и рекомендациям по выбору гидромашин в зависимости от режимов использования.

Значения гарантийного моторесурса при различном давлении и постоянной частоте вращения, принятые многими иностранными фирмами [11]:

Т' (г, п, р), и их можно включить в состав системы Т параметриче­ ских рядов для судовых гидромашин.

Выбор гидромашин по моторесурсу нужно вести по двум основ­ ным значениям давления (как фактора, в наибольшей мере опреде­

ляющего моторесурс): р — 1 и р = 0,5. Первое должно определять моторесурс гидромашин, работающих в судовых гидравлических системах постоянного давления, второе — регулируемых гидро­ приводов (является средним эквивалентным давлением рэкв при

максимальном р = 1). Основная группа судовых регулируемых гидроприводов работает при среднем эквивалентном давлении меньше

Рэкв Р та х -

7. Система сортамента рабочих жидкостей. Обязательным усло­ вием стандартизации гидравлических приводов является унифика­ ция рабочих жидкостей. В настоящее время в судовых силовых гид­ роприводах используют более 10 сортов минеральных масел вяз­ костью от 10 до 50 сСт при +50° С. Применение значительного ассор­ тимента жидкостей, близких по своим физико-химическим каче­ ствам, неоправданно. Это усложняет условия отработки и поставки гидроприводов, создает трудности в эксплуатации.

Унифицированные жидкости судовых гидроприводов должны иметь общие физико-химическую основу и вязкостно-температурные

характеристики. Следует использовать две группы унифицирован­ ных жидкостей: на основе высококачественных минеральных масел и специальной негорючей жидкости.

350 кгс/см2, перспективным для судовых гидроприводов. Данному требованию отвечают рабочие жидкости с вязкостью не ниже 30 сСт при +50° С. Жидкости с такой характеристикой рекомендуют для широкого применения и в гидроприводах с районом эксплуатации в средних и южных широтах.

Рабочая жидкость должна быть пригодной для нормальной эксплуатации палубных гидроприводов при плавании судов в север­ ных широтах в наиболее холодное время' года (по нормали ОН9-306—61 принята температура—40°С). Этому условию удовлетво­ ряет рабочая жидкость с вязкостью 500— 1500 сСт в зависимости от особенностей гидропривода [7, 10].

Рабочая жидкость, вязкостно-температурная характеристика ко­ торой проходит через точки 30 сСт при +50° С и 1000 сСт при —40° С, могла бы быть рекомендована как единая универсальная для судо­ вых силовых гидроприводов. Однако создание жидкости со столь «пологой» вязкостно-температурной характеристикой в настоящее время представляет значительные трудности. Практически она может быть заменена тремя жидкостями со следующей вязкостью при

+50° С:

10— 12 сСт — для низкотемпературных и нормальных условий в гидроприводах периодического действия и ограниченного мото­ ресурса (из отечественных масел рекомендуется МГЕ-10А с вязкостью

10 сСт при +50° С и 400 сСт при —40° С); 17—20 сСт— для общесудовых систем гидравлики с рабочим

давлением до 200 кгс/см2 и районом плавания судов в средних ши­ ротах (вязкость 1000 сСт такое масло будет иметь при температуре примерно — 15° С);

30—40 сСт — для тяжело нагруженных гидроприводов внутри­ судового расположения длительного использования (из отечествен­ ных масел рекомендуется МГП-30 или турбинное 30 с вязкостью

ная система включает в себя единые для всего судового унифици­ рованного гидрооборудования контрольные режимы, на которых определяются спецификационные и текущие параметры, а также единые гидроэнергетические показатели, которым должно удо­ влетворять гидрооборудование. Такая система необходима для определения действительных характеристик различного гидрообо­ рудования при их совместном использовании в составе единого гид­ ропривода, для оценки уровня технического совершенства, а также для упрощения проектных проработок и повышения их качества.

Спецификационные параметры унифицированного гидрообору­ дования рекомендуется определять в зависимости от типа при

230

рс = 160 кгс/см2 и рс — 250 кгс/см2, ѵс = 17ч-20сСт для гидро­ оборудования с ртах «г; 160 кгс/см2, ѵс = 30 сСт для гидрообору­ дования с pmax ^ 250 кгс/см2, гс = 1 и ncN (номинальная для гид­

ромашин каждого типоразмера).

Уровень технического совершенства гидрооборудования можно охарактеризовать такими параметрами, как удельная масса (при­ ходящаяся на единицу полезной номинальной мощности) и коэф­ фициент полезного действия. В качестве стандартных для унифици­ рованных судовых гидромашин основных типов (быстроходные, аксиально-поршневые, бескорпусные) рекомендуется удельная масса не более 1— 1,5 кг/кВт для облегченного исполнения, 2—2,5 кг/кВт для нормального исполнения (меньшее значение— для нерегули­ руемых, большее — для регулируемых).

Для гидромашин всех типов рекомендуются следующие значе­

Запорно-регулирующее гидрооборудование должно также иметь нормальную величину внутренних перетечек, которая характери­ зуется коэффициентом Кѵ (см. § 15).

Помимо спецификационных параметров технические условия на поставку всего унифицированного гидрооборудования должны иметь справочный материал, определяющий его характеристики на режи­ мах г, п и р, равных 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25; 1,5 от номинальных

(спецификационных) или нормированных (по частоте вращения) и на максимальном режиме на всех унифицированных сортах рабочей жидкости. Спецификационные параметры и справочные характерис­ тики должны гарантироваться в течение всего моторесурса.

Как отмечалось, совместить параметрические ряды по всем при­ веденным величинам невозможно. Для построения ряда унифици­ рованных гидромашин или другого гидрооборудования необходимо выбрать главные параметры.

Проиллюстрируем принципы построения рядов на серии унифи­ цированных гидромашин отечественного и иностранного производ­ ства. В табл. 30 приведен параметрический ряд для радиально-порш­ невых высокомоментных гидромоторов, рекомендованный в каче­ стве общесоюзного стандарта, в котором систематизировано боль­ шинство параметров. По данному ряду выполнены гидромоторы серии МР (табл. 31) для горной промышленности с единым d = 40 мм для q — 4н-16 л/об (моторесурс гидромашин при рном — 100 кгс/см2 и пном = 3600ч-4400 ч). Рекомендуемый ряд не в полной мере удо­ влетворяет условиям судостроения из-за значительного разброса максимальной частоты вращения, достигающей при q = 1,0 л/об (наименьшее из рекомендованных для судовых гидромашин данного типа) 250 об/мин, т. е. более чем в два раза превышающей необхо­ димую.

В основу унифицированной серии быстроходных аксиально-порш­ невых гидромашин фирмы Константин Раух (ФРГ) положена сис­ тема d. Каждый типоразмер машины имеет свой диаметр. Естест-

231

23 2

Т а б л и ц а 31

Параметры гидромоторов серии MP

Типажные гидромоторы

Параметры

233

венно, что уже первая производная q не имеет строгой системати­ зации (см. табл. 37).

Параметрический ряд гидромашин серии ГРП создан на основе системы q и удовлетворяет рекомендуемому ряду крутящих моментов (см. табл. 39). Однако уровни давлений и моторесурсов не отвечают

оборудования по мощности, пропускной способности и присое­ динительным размерам не совмещены с возможностями новых судо­ вых унифицированных гидромашин, агрегатные мощности которых

с к о н с тр у к ти в н ы м и в п а р а м е тр и ч е с к и х р яд а х

и за кон ы подобия

Гидроэнергетические параметры являются исходными при кон­ струировании гидроприводов. В соответствии с требованием макси­ мальной стандартизации конструирование гидроприводов должно быть подчинено параметрическим рядам, что возможно только на основе законов подобия с использованием рядов предпочтитель­ ных чисел.

По закону подобия все размеры одного типоряда по прочности равноценны, если удельная нагрузка их соответствующих деталей при равном давлении одинакова. Это не единственное, но весьма существенное условие для равной надежности всех типоразмеров.

ном в. типоразмерном ряду отношении диаметров поршня и штока.

Следовательно, геометрически подобные конструкции при оди­ наковом давлении нагружены одинаково. Однако практически в целом геометрически подобные конструкции в деталях могут различаться, например, по материалам или допустимым напряже­ ниям, что может привести к произвольному многообразию, в кото­ ром все же сохраняется естественное родство.

Главной конструктивной характеристикой гидроцилиндров яв­ ляется D. Для судовых гидроприводов систематизация D наиболее целесообразна по ряду R10. Для данного ряда каждый последую­ щий размер D, а следовательно, d = DICd и s = DICS также будут

234

отличаться от предыдущего на величину ф10 — знаменателя про­ грессии ряда RIO, равного 1,25.

Усилие, развиваемое гидроцилиндром (поршнем), в ряду подоб­ ных при р — const

F = -^-D 2p = CfD \ где CF = 0,784р.

Так как усилие возрастает пропорционально квадрату диа­ метра, то и параметр будет изменяться в систематизированном ряду со знаменателем прогрессии (ср10)2 = 1,25 <=« 1,6 = ф5, равным зна­ менателю ряда R5.

Использование законов подобия и рядов предпочтительных чисел исключает необходимость расчетов для всех образцов серии. Достаточно выполнить расчеты для одного образца, результаты остальных записываются табличным методом с интервалом знаме­ нателя принятого ряда предпочтительных чисел.

Расчет параметров второго и последующих гидроцилиндров необязателен. Они определяются значениями чисел предпочтительных рядов. Результаты подобной систематизации параметров унифици­ рованных гидроцилиндров показаны в табл. 32. Схематическое изо­ бражение образцов ряда, так называемая перспектива, наглядно показывает, насколько целесообразен и рационален обобщенный взгляд на отдельные размеры этого ряда.

Сказанное о силовом гидроцилиндре в полной мере правомерно и для поршневых гидромашин. Рассмотренный метод расчета харак-

23S

Т а б л и ц а 3 2

Характеристики гидроцилиндров по ряду предпочтительных чисел

236