пр5

Практическая работа №5 ПР5

Тема: Расчет основных параметров насосов.

Прежде, чем приступить к решению задач, следует ответить на следующие вопросы:

1. Какие насосы называются объёмными?

2. Для чего предназначены в насосах рабочие камеры, вытеснители, выходное звено?

3. Классификация роторных насосов и их краткая характеристика.

4. Схема работы поршневых насосов.

5. Построение характеристики насосной установки. С какой целью её строят?

Задача №1

Определить основные размеры и параметры

шестеренного насоса при подаче

Q =30 л /мин, при номинальном давлении Рном = 2 МПа,

при частоте вращения вала

n = 1000об /мин, при числе зубьев z = 10.

Коэффициент полезного действия объёмный

о = 0,94 и механический м = 0,95.

Решение:

Основные размеры насоса: z = 10; b = ? - ширина зуба; m = ? - модуль зубчатого колеса;

Dн = ? - начальный диаметр шестерни.

Основные параметры насоса: Wо = ? - рабочий объём насоса; Nп = ? - полезная мощность

насоса; N = ? - потребляемая мощность насоса.

(Рисунок шестеренного насоса 12.4 в конспекте)

1. Зная подачу и число оборотов вала насоса, определим его рабочий объём:

Wо = Qт /n  Qт = Q /о  Wо = Q /nо 1

Wо = 30·10³(см³/мин) / 1000 об /мин·0,94 = 31,9 см³.

Принимаем по ГОСТу13824-80 Wо = 32см³.

2. Принимаем (по рекомендациям из справочников) b = 4m при z = 10 и определим модуль и

начальный диаметр по формуле:

Wо = Dнbh = 8m³z 2

Здесь Dн = mz; b = 4m; h = 2m.

________ ______________

m = ³ Wо / 8z = ³ 32см³ / 8·3,14·10 0,5см

Принимаем m = 5мм, тогда Dн = mz = 5·10 = 50 мм.

3. Определим ширину зуба (венца):

b = Wо / ·Dн·2m = 32 см³ / 3,14·5см·2·0,5см = 2,02 см = 20,2 см

4. Определим полезную мощность насоса: Nп = Q / P = 30·2 /60 = 1 кВт

5. Потребляемая мощность насоса: N = Nп / о · м = 1 / 0,94·0,95 = 1,12 кВт.

Дополнительные данные к предложенной задаче для самостоятельного решения:

Q = 60 л/мин; n = 1500 об /мин.

Задача №2

Определить основные размеры и параметры аксиально-поршневого насоса с наклонным

блоком и двойным несиловым карданным валом при подаче Q = 4 дм³ /с, при номинальном

давлении Рном = 16 МПа, частоте вращения вала n = 980 об /мин. КПД: о = 0,98, м = 0,94.

Основные геометрические параметры: D  0,44dп ·z; z — число поршней;

Dнар  D + 1,6dп; d — диаметр поршня.

Таким образом необходимо определить: Wо; dп; D; Nп; N.

Решение:

1. Определить рабочий объём:

Wо = Q /n·о = 4·10³(см³/с) ·60с / 0,98·980 (об/с) = 249,9 250см³.

2. По стандартам на такие насосы принимаем число поршней z = 9, угол наклона блоков

цилиндра  = 30°, определим диаметр поршня по формуле:

Wо = Szl = dп³z²0,4Sin 3

Где: Sп = ·dп² /4; D  0,44dп·z; l = D·Sin.

_______________ ___________________

Из формулы 3: dп = ³ 4Wо / ·z²·0,4Sin = ³ 4·250 / 3014·9²·0,4·0,5 = 2,7 см = 27 мм.

3. Определить:

а) диаметр окружности расположения осей цилиндров в блоке;

D  0,44dп·z = 0,44·27·9 = 97,3 мм, принимаем D = 98 мм.

б) наружный диаметр блока цилиндров:

Dнар  D + 1,6dп = 98 + 1,6·27 = 142 мм.

4. Мощность насоса: полезная Nп = Q·Рном = 4·16 = 64 кВт;

потребляемая N = .Nп / о·м = 64 / 0,98·0,94 = 69,6 кВт.

Дополнительные данные к предложенной задаче для самостоятельного решения:

Q = 6 дм³/с; Рном = 18 МПа, n = 1200 об /мин.

Теоретическая часть к расчету радиально-поршневого насоса

Основные элементы насоса — ротор 4

с плунжерами 5, которые вращаются относительно

корпуса 6 насоса. Ротор 4 установлен в корпусе 6

со смещением оси на величину эксцентрисистета (е).

Полости всасывания и нагнетания располагаются

в центре насоса и разделены перемычкой 2.

При работе насоса плунжеры 5 вращаются вместе

с ротором 4 и одновременно скользят по корпусу 6.

За счет этого и пружин внутри рабочих камер

обеспечивается возвратно-поступательное движение

плунжеров 5 относительно ротора 4. Когда рабочая

камера перемещается из верхнего положения 3

в нижнее 1, её объём увеличивается.

При этом перемещении она через отверстие в роторе 4 соединена с полостью всасывания,

поэтому обеспечивается её заполнение РЖ — всасывание. При обратном перемещении — из

нижнего положения 1 в верхнее 3 — камера уменьшается и происходит вытеснение РЖ в

полость нагнетания.

Задача №3

Определить основные размеры рабочих элементов и мощность двухрядного радиально-

поршневого насоса при подаче Q = 4 л/с и номинальном давлении Рном = 10 МПа. Частота

вращения вала n = 980 об /мин, скорость потока РЖ  = 3 м/с; о = 0,98, м = 0,92.

Решение:

1. Теоретическая подача: Qт = Q /о = 4 / 0,98 = 4,04 л/с.

Рабочий объём насоса: Wо = Qт /n = 4,04·10³·60 / 980 = 250 см³.

2. Принимая число поршней z = 9, число рядов поршней k = 2, число циклов m = 2, полный

ход поршня h = 0,65, находим диаметр поршня по формуле: Wо = S·h·z·k·m = 2 S·е·z·k·m.

После математических преобразований получим:

_____________ __________________

dп = ³ 4Wо / ·h·z·k·m = ³ 4·250 / 3,14·9·0,65·2·2  3 см.

3. Остальные геометрические параметры:

- ход поршня: h = 4Wо / ·z·d²·k·m = 4·250 / 3,14·9·3²·2·1 = 1,97 см = 197 мм.

- эксцентрисистет: е = h /2 = 197 /2 = 98,5 мм;

- длина поршня: l = 2(e + dп) = 2(96,5 + 30) = 253 мм;

- диаметр цапфенного распределителя: Dо = 5dп = 5·30 = 150 мм;

- диаметр ротора: Dр = 12,5dп = 12,5·30 = 375 мм;

- внутренний диаметр опорной поверхности сепаратора:

Dс = Dр + 2е = 375 + 2·98,5 = 572 мм, принимаем Dс = 580 мм.

- диаметр каналов в распределительной цапфе при скорости потока РЖ  = 3 м/с и двух

каналов: _______ _______________

Dу = 4Q / ·² = 4·4·10³ / 3,14·300·2 = 2,92 см.

4. Мощность насоса: полезная Nп = Q·Рном = 4·10 = 40 кВт;

потребляемая N = .Nп / о·м = 40 / 0,98·0,92 = 44,4 кВт.

Дополнительные данные к предложенной задаче для самостоятельного решения:

Q = 6 л/с; n = 1000 об /мин,  = 4 м/с; Рном = 12 МПа.

Теоретическая часть к расчету поршневого гидроцилиндра

Расчет основных параметров:

1. Рабочая площадь поршня с односторонним штоком

Sп = D² /4 1

со стороны штоковой полости:

Sш = (D² — d²) /4 2

2. Теоретическое усилие на штоке без учета сил трения

и инерции: Fт = ∆PSп 3

3. При работе г/цилиндра на штоке развивается

фактическая сила, преодолевающая статическую

(теоретическую) нагрузку Fст, силу трения Fтр,

и силу инерции Fин, т.е

Fфакт = Fст + Fтр + Fин 4

Примечание:

Fтр = fDbкz (зависит от вида уплотнений) 5

Где: f = 0,1  0,2 — коэффициент трения скольжения;

b — ширина контактного пояска уплотнения;

z — число колец;

к — контактное напряжение.

Fин = ma - возникает при ускорении и замедлении штока 6

m — масса движущихся частей, приведенная к штоку, включая массу РЖ;

a — ускорение движения штока.

Fфакт = Fтм 7

Fт — теоретическое усилие; м = 0,85  0,95 — механический КПД;

4. Расчетная скорость  штока, без учета утечек РЖ, определяется по формуле:

 = Q / Sп = 4Q / D² (м/с) 8

Где: Q — расход РЖ, м³/с.

В г/цилиндре двухстороннего действия (2 > 1 ):

1 = Q1 / Sп1 = 4Q / D² ; 2 = Q2 / Sп2 = Q / (D² — d²) 9

Отношение скоростей: 2 / 1 = с = D² / (D² — d²) 10

5. Потери мощности на определение сил трения: Nтр = Fтр· 11

Номинальная мощность г/цилиндра: N = Nт — Nт р 12

6. КПД: н = N / Nт = 1 - Fтр / F 13

7. Теоретически установлено, что отношение диаметра штока к диаметру г/цилиндра

(поршня): d /D = 0,3  0,7.

Задача №4

Определить основные рабочие параметры поршневого г/цилиндра с односторонним

штоком при статической нагрузке Fст = 90000Н, при максимальных скоростях прямого хода

1 = 0,2 м/с обратного 2 = 0,5 м/с. Время разгона при прямом ходе t = 0,2c. Максимальное

давление в напорной г/линии Рmax = 16 МПа. Общий КПД н = 0,97. Рабочая жидкость —

минеральное масло.

Решение.

- Фактическое усилие на штоке: Fфакт = Fст + Fин = 90000 + 9180 = 99180 Н,

где: Fин = ma = Fст /gt(1 - 0) = 90000·0,2 / 9,81·0,2 = 18000 / 1,962  9180.

- Усилие на штоке: F = Fфакт / = 99180 / 0,97 = 102000 Н.

- Диаметр поршня: Fт = ∆P·Sп = ∆P·(D² /4) 

__________ ___________________

D = Fт ·4 / Рmax · = 102000·4 / 16·10 ·3,14 = 0,09 м или 9 см.

___________ ____________

- Диаметр штока: 2 / 1 = D² /(D² — d²)  d = D²(2 -1) /2 =0,0091·0,3 / 0,5 = 0,07 =7 см.

- Толщину стенки можно определить по формуле Лямэ:

__________________

ст = D /2({([]в + р) / ([]в - р)} - 1 14

При расчетах принимать Р = 1,2Рmax = 1,2·16 = 19,2 МПа;

Материал г/цилиндра ст.45, []в = 105 кг/мм²

- Толщину дна г/цилиндра одностороннего действия рассчитывают по формуле:

_____

д = 0,4DР /[]в 15

Расчеты толщины стенки и дна:

________________________

ст = 9 /2·({(105 + 19,2) / ([105 — 19,2)} - 1) = 4,5·0,45 = 2,025 см, принимаем ст = 20 мм.

д = 0,4D·Р /[]в = 0,4·9·16 /105 = 1,44 см, принимаем д = 15 мм.

- Необходимый расход жидкости:

Q = Sп·1 = 0,785D² ·1 = 0,785·0,0081·200 = 1272 см³/с

- Мощность г/цилиндра при статической нагрузке:

N = Fст·1 = 90000Н(кг·м/с²)·0,2·10 ³м/с = 18 кВт (Вт = кг·м² /с³).

Дополнительные данные к предложенной задаче для самостоятельного решения:

Fст = 100000Н; 1 = 0,1 м/с; 2 = 0,4 м/с; t = 0,15c; Рmax = 16 Мпа; общий КПД н = 0,97.

Задача №5

Определить подачу и потребляемую мощность поршневого одноцилиндрового насоса

двойного действия, если известно, что диаметр цилиндра D = 0,2 м, диаметр штока

d = 0,04 м, ход поршня l= 0,25 м; частота вращения вала n = 90 об /мин; о = 0,92, м = 0,8.

Насос обеспечивает напор Н = 70 м. вд. ст.

Решение:

Действительную подачу поршневого насоса двойного действия рассчитаем по формуле:

Q = о [(2Sп — Sш)lni] / 60

Выразим площади поршня и штока через диаметры, получим:

Q = о [(2Sп — Sш)·l·n·i] / 60 = 0,92[(1,57·0,2² — 1,57·0,04²)·0,25·90·1] / 60 = 0,021 м³/с.

Потребляемая мощность насоса: Nн = N /н = gН·Q / н = 1000·9,81·70 / 60 = 18,03 кВт.

Дополнительные данные к предложенной задаче для самостоятельного решения:

D = 0,25м; d = 0,05м; l = 0,25м; n = 100 об/мин; H = 60 м вд ст.