Для расчета гидравлических систем
Назначение и конструкция
Обмывочных устройств
Механизация наружной очистки и обмывки ремонтируемых и обслуживаемых вагонов, локомотивов, железнодорожных путеремонтных машин, автомобильной техники, подвижного состава городского электрического транспорта, а также из частей, призвана обеспечить сокращение трудоемкости выполняемых работ, способствует повышению качества и улучшению санитарно-гигиенических условий труда.
Из всех способов очистки и обмывки в ремонтном производстве и в обслуживании наибольшее распространение получил химический метод в механизированных моечных машинах струйного типа. В них осуществляется химическое разрушение старой краски, отложений ржавчины и засохшей грязи растворами щелочей в сочетании с ударным воздействием струи моющей жидкости, подаваемой на обмываемый объект под большим давлением.
В общем случае моечная машина представляет собой ряд последовательно расположенных обмывочных зон (обмывочных камер), в которых объекты обливают струями обмывочного раствора и воды, подаваемых насосами по трубам к соплам обмывочного коллектора под избыточным давлением. Обмывочные растворы и вода могут быть подогреты до температуры от 40–60 оС. Перемещение обмываемых объектов через все камеры машины осуществляется с применением транспортных устройств различного типа.
В зависимости от уровня загрязненности объектов число обмывочных камер может быть от одной до четырех. В однокамерных машинах предусматривают последовательную подачу в один и тот же коллектор сначала обмывочного раствора, а затем воды.
Упрощенная конструктивная схема (без очистных устройств) однокамерной моечной машины представлена на рисунке 1. Аналогичную схему имеет каждая камера многокамерной моечной машины. Отличие состоит в том, что в многокамерных машинах в трубопроводе отсутствует распределитель, так как каждая камера имеет отдельную насосную установку.
Рисунок 1 – Конструктивная схема обмывочной установки:
1 – накопительный резервуар с обмывочной жидкостью; 2 – фильтр; 3 – колено всасывающего трубопровода; 4 – насос; 5 – электродвигатель насоса; 6 – распределитель; 7 – колено нагнетательного трубопровода; 8 – обмывочный коллектор душевой системы; 9 – обмывочное сопла; 10 – предохранительный клапан; hн – высота центральной линии насоса над уровнем обмывочной жидкости в накопительном резервуаре: hк – высота обмывочного коллектора над центральной линией насоса
Моечные машины бывают со стационарными и подвижными моечными устройствами. Последние более производительны.
По степени использования воды машины могут быть с однократным и многократным использованием. Машины с однократным использованием конструктивно проще, но расход воды в них намного больше.
В машинах с многократным использованием обмывочной жидкости предусматриваются специальные очистные сооружения и восстановительные устройства, обеспечивающие возможность повторного использования воды. Такие установки более экономичны, так как расходуется значительно меньше воды на обмывку и энергии на ее подогрев.
ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
ДЛЯ РАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ
ОБМЫВОЧНЫХ УСТРОЙСТВ
Для расчета гидравлических систем обмывочных устройств необходимы следующие исходные данные:
N – количество обмывочных сопел в душевой системе. Зависит от конструкции обмывочной установки. Чем больше размеры объекта обмывки и соответственно больше размеры душевой системы, тем больше число обмывочных сопел;
D – диаметр сопла душевой системы, мм. В большинстве случаев выбирают в пределах от 3 до 10 мм. Чем больше размеры объекта обмывки, тем больше диаметр обмывочных сопел;
P – давление обмывочной жидкости на выходе из обмывочного сопла, МПа. Составляет от 0,1 до 1 МПа (от 1 до 10 атмосфер, или от 10 до 100 м водяного столба) и прямо пропорционально уровню загрязненности и размерам обмываемого объекта;
– плотность обмывочной жидкости, кг/м3. Составляет от 1000 до 1030 кг/м3. Меньшее значение соответствует чистой воде, большее – специальным обмывочным жидкостям (раствору каустической соды и т. п.);
k – коэффициент запаса подачи насоса. Выбирается в пределах от 1,1 до 1,3;
– коэффициент расхода обмывочной жидкости. Составляет от 0,45 до 0,9 и зависит от конструкции обмывочных сопел душевой системы;
i – коэффициент запаса объема накопительного резервуара для обмывочной жидкости. Задается в пределах от 1,1 до 1,3;
t – продолжительность обмывки, мин. Обычно находится в пределах от 1 до 10 минут и зависит от размеров и степени загрязнения объектов обмывки;
vв – скорость течения жидкости во всасывающем трубопроводе, м/с. Составляет от 1 до 2 м/с;
vн – скорость течения жидкости в нагнетательном трубопроводе, м/с. Выбирается в пределах от 3 до 7 м/с;
lв – длина всасывающего трубопровода, м. Определяется конструкцией обмывочной машины, обычно находится в пределах от 1 до 15 м;
lн – длина нагнетательного трубопровода, м. Зависит от конструкции обмывочной машины, обычно находится в пределах от 2 до 20 м;
ξф – коэффициент сопротивления фильтра во всасывающем трубопроводе. Находится в пределах от 5 до 10;
nк.в – количество колен во всасывающем трубопроводе (изгибов всасывающего трубопровода на пути от накопительного резервуара до насоса). Зависит от конструкции обмывочной машины, но не может быть меньше 1 и обычно не превышает 4;
ξк.в – коэффициент сопротивления колена во всасывающем трубопроводе. Составляет от 0,2 до 0,4 в зависимости от конструкции колена;
nр – количество распределителей в нагнетательном трубопроводе. Определяется конструкцией обмывочной установки. Если в душевую систему подают только один вид обмывочной жидкости, то распределители отсутствуют. Если поочередно подают два вида обмывочной жидкости, например, воду и раствор каустической соды, то устанавливается один распределитель, который поочередно подключает душевую систему к соответствующим насосам;
ξр – коэффициент сопротивления распределителя в нагнетательном трубопроводе. Составляет от 5 до 7;
nк.н – количество колен в нагнетательном трубопроводе (изгибов нагнетательного трубопровода на пути от насоса, до самого дальнего сопла душевой системы). Зависит от конструкции обмывочной машины, но, как и для всасывающего трубопровода, не может быть меньше одного;
ξк.н – коэффициент сопротивления колена в нагнетательном трубопроводе. Аналогично всасывающему трубопроводу составляет от 0,2 до 0,4 в зависимости от конструкции колена;
Δэ – эквивалентная шероховатость внутренних стенок трубы, мм. Для стальных труб составляет от 0,1 до 0,5 мм в зависимости от срока эксплуатации. Чем больше срок эксплуатации, тем больше шероховатость из-за коррозии и отложений на стенках трубы.
hн – высота центральной линии насоса над уровнем обмывочной жидкости в накопительном резервуаре, м. Определяется конструкцией обмывочной машины. Обычно составляет от 0,5 до 2 м, но не может быть больше длины всасывающего трубопровода;
hк – максимальная высота душевой системы обмывочного коллектора над центральной линией насоса, м. Зависит от конструкции обмывочной машины. Обычно составляет от 0,5 до 6 м, но не может быть больше длины нагнетательного трубопровода.
– коэффициент кинематической вязкости обмывочной жидкости, м2/с. Для холодной воды при температуре 10 оС = 1,306·10-6 м2/с, для холодной воды при температуре 20 оС = 1,006·10-6 м2/с, для подогретой до 40 оС воды = 0,659·10-6 м2/с.
ОБМЫВОЧНЫХ УСТРОЙСТВ
Расчет гидравлической системы обмывочной установки выполняется следующим образом.
Определяется суммарная площадь отверстий сопел душевой системы, м2:
, (1)
где D – диаметр сопла душевой системы, мм;
N – количество обмывочных сопел в душевой системе обмывочной установки;
1000000 – коэффициент перевода площади из квадратных миллиметров в квадратные метры.
Вычисляется величина напора, которую должен создавать насос на выходе обмывочной жидкости из сопла, м:
, (2)
где 101,94 – коэффициент перевода величины давления (напора) обмывочной жидкости из мегапаскалей в метры водяного столба;
P – давление обмывочной жидкости на выходе из обмывочного сопла, МПа;
– плотность обмывочной жидкости, кг/м3;
– плотность воды, = 1000 кг/м3.
Определяется расчетная подача насоса, м3/ч:
, (3)
где 3600 – коэффициент перевода показателя времени из секунд в часы;
k – коэффициент запаса подачи насоса;
– коэффициент расхода жидкости.
Рассчитывается необходимый объем резервуара для обмывочной жидкости, м3:
, (4)
где i – коэффициент запаса объема накопительного резервуара для обмывочной жидкости;
t – продолжительность обмывки, мин;
60 – коэффициент перевода времени обмывки из минут в часы.
Вычисляется внутренний диаметр трубопроводов, мм:
– всасывающего
; (5)
– нагнетательного
, (6)
где 1000 – коэффициент перевода диаметра из метров в миллиметры;
vв – скорость течения жидкости во всасывающем трубопроводе, м/с;
vн – скорость течения жидкости в нагнетательном трубопроводе, м/с.
Рассчитывается потеря давления в трубопроводах, МПа:
– всасывающем
; (7)
– нагнетательном
, (8)
где ξф – коэффициент сопротивления фильтра во всасывающем трубопроводе;
ξк.в – коэффициент сопротивления колена во всасывающем трубопроводе;
nк.в – количество колен во всасывающем трубопроводе;
ξт.в – коэффициент сопротивления по длине всасывающего трубопровода;
ξр – коэффициент сопротивления распределителя в нагнетательном трубопроводе;
ξк.н – коэффициент сопротивления колена в нагнетательном трубопроводе;
nк.н – количество колен во всасывающем трубопроводе;
ξт.н – коэффициент сопротивления по длине нагнетательного трубопровода.
Коэффициенты, учитывающие потери давления по длине трубопроводов, рассчитываются по формулам:
– всасывающего
; (9)
– нагнетательного
, (10)
где 
– коэффициент, зависящий от режима течения жидкости во всасывающем трубопроводе;
lв – длина всасывающего трубопровода, м;
– коэффициент, зависящий от режима течения жидкости в нагнетательном трубопроводе;
lн – длина нагнетательного трубопровода, м.
Величины и определяются в зависимости от числа Рейнольдса Re, которое рассчитывается по формулам:
– для всасывающего трубопровода
; (11)
– для нагнетательного трубопровода
, (12)
где – коэффициент кинематической вязкости обмывочной жидкости, м2/с. Для холодной воды при температуре 10 оС = 1,306·10-6 м2/с, для холодной воды при температуре 20 оС = 1,006·10-6 м2/с, для подогретой до 40 оС воды = 0,659·10-6 м2/с.
Для ламинарного режима течения жидкости в трубопроводе, когда Re < 2320,
; (13)
. (14)
Для турбулентного режима течения жидкости в трубопроводе, когда Re > 2320,
; (15)
, (16)
где Δэ – эквивалентная шероховатость внутренних стенок трубы, мм.
Определяется величина напора (давления), который должен развивать насос, м
, (17)
где 101,94 – коэффициент перевода величины давления (напора) из мегапаскалей в метры водяного столба;
Н – напор (давление) жидкости на выходе из обмывочного сопла, м;
hн – высота центральной линии насоса над уровнем обмывочной жидкости в накопительном резервуаре, м;
hк – максимальная высота душевой системы обмывочного коллектора над центральной линии насоса, м.
Потребляемая мощность насоса вычисляется по формуле
, (18)
где 9810 – коэффициент перевода давления из метров водяного столба в паскали;
1000 – коэффициент перевода мощности из ватт в киловатты;
3600 – коэффициент перевода показателя времени из часов в секунды;
– коэффициент полезного действия насоса.
С учетом рассчитанный значений подачи насоса Qн и давления Pн по справочным данным подбирают насос. Параметры выбранного насоса должны совпадать с расчетными или превышать их на минимально возможную величину.
По потребляемой мощности насоса и частоте вращения его рабочего колеса подбирают электродвигатель. Мощность выбранного двигателя должна быть равной или превышать мощность насоса на минимально возможную величину. Частота вращения двигателя должна быть как можно ближе к частоте вращения насоса.
Подбором насоса и электродвигателя расчет гидравлической системы обмывочной установки заканчивается.
По ГОСТ 8732-78
| Наружный диаметр D , мм | Толщина стенки t, мм | Внутренний диаметр d , мм | Наружный диаметр D , мм | Толщина стенки t, мм | Внутренний диаметр d , мм |
| 2,5 | 2,5 | ||||
| 2,5 | 2,5 | ||||
| 3,5 | 3,5 | ||||
| 63,5 | 55,5 | ||||
| 4,5 | 4,5 | ||||
| 4,5 | |||||
| 5,5 | |||||
| 6,5 | 6,5 | ||||
| 7,5 | |||||
| 8,5 | |||||
| 9,5 | |||||
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(справочное)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 ГОСТ 8732-78Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент.– Введ. 01.01.79. – М. : Изд-во стандартов, 1998. – 10 с.
2 ГОСТ 22247-96Насосы консольные центробежные для воды. Основные параметры и размеры. Требования безопасности. Методы контроля.– Введ. 01.01.97. – М. : Изд-во стандартов, 1996. – 16 с.
3 ГОСТ 10272-87Насосы центробежные двухстороннего входа. Основные параметры.– Введ. 01.01.89. – М. : Изд-во стандартов, 1988. – 13 с.
4 ГОСТ 19523-74Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые серии 4А мощностью от 0,06 до 400 кВт. Общие технические условия. – Введ. 01.01.75. – М. : Изд-во стандартов, 1980. – 39 с.
5Разон, В. Ф.Применение ЭВМ для проектирования приводов средств механизации и автоматизации производственных процессов. – Ч. 4: Обмывочные устройства : метод. указания по курс. и дипл. проектированию для студентов специальности «Вагоны» / В. Ф. Разон, В. В. Пигунов. - Гомель : БелИИЖТ, 1991. – 28 с.
СОДЕРЖАНИЕ
| 1 Назначение и конструкция обмывочных устройств……………………………… | |
| 2 Выбор исходных данных для расчета гидравлических систем обмывочных устройств……………………………………….…………………………………..... | |
| 3 Методика расчета гидравлических систем обмывочных устройств ……………. | |
| 4 Инструкция по расчету гидравлических систем обмывочных устройств на ПЭВМ | |
| Приложение А Трубы стальные бесшовные горячеформированные по ГОСТ 8732-78 | |
| Приложение Б Насосы консольные центробежные для воды по ГОСТ 22247-96.. | |
| Приложение В Технические характеристики асинхронных электродвигателей серии А4 по ГОСТ 19523-74…………………………...……………………….. | |
| Приложение Г Текст таблицы prmu.xls……….…………………………………….. | |
| Список литературы…………………………………………………………………..... |
Учебное издание
РАЗОН Владимир Федорович
РАСЧЕТ гидравлических систем
Обмывочных Устройств производственного назначения
Учебно-методическое пособие
по курсовому и дипломному проектированию
Редактор Т. М. Марунякв
Технический редактор В. Н. Кучерова
Подписано в печать 00.00.2017 г. Формат 60×84 1/16.
Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman. Печать на ризографе.
Усл. печ. л. 0,00. Уч.-изд. л. 0,00. Тираж 100 экз.
Зак. № . Изд. № 00
Издатель и полиграфическое исполнение:
Белорусский государственный университет транспорта.
Свидетельство о государственной регистрации издателя,
изготовителя, распространителя печатных изданий
№ 1/361 от 13.06.2014.
№ 2/104 от 01.04.2014.
Ул. Кирова, 34, 246653, Гомель.
Назначение и конструкция
Обмывочных устройств
Механизация наружной очистки и обмывки ремонтируемых и обслуживаемых вагонов, локомотивов, железнодорожных путеремонтных машин, автомобильной техники, подвижного состава городского электрического транспорта, а также из частей, призвана обеспечить сокращение трудоемкости выполняемых работ, способствует повышению качества и улучшению санитарно-гигиенических условий труда.
Из всех способов очистки и обмывки в ремонтном производстве и в обслуживании наибольшее распространение получил химический метод в механизированных моечных машинах струйного типа. В них осуществляется химическое разрушение старой краски, отложений ржавчины и засохшей грязи растворами щелочей в сочетании с ударным воздействием струи моющей жидкости, подаваемой на обмываемый объект под большим давлением.
В общем случае моечная машина представляет собой ряд последовательно расположенных обмывочных зон (обмывочных камер), в которых объекты обливают струями обмывочного раствора и воды, подаваемых насосами по трубам к соплам обмывочного коллектора под избыточным давлением. Обмывочные растворы и вода могут быть подогреты до температуры от 40–60 оС. Перемещение обмываемых объектов через все камеры машины осуществляется с применением транспортных устройств различного типа.
В зависимости от уровня загрязненности объектов число обмывочных камер может быть от одной до четырех. В однокамерных машинах предусматривают последовательную подачу в один и тот же коллектор сначала обмывочного раствора, а затем воды.
Упрощенная конструктивная схема (без очистных устройств) однокамерной моечной машины представлена на рисунке 1. Аналогичную схему имеет каждая камера многокамерной моечной машины. Отличие состоит в том, что в многокамерных машинах в трубопроводе отсутствует распределитель, так как каждая камера имеет отдельную насосную установку.
Рисунок 1 – Конструктивная схема обмывочной установки:
1 – накопительный резервуар с обмывочной жидкостью; 2 – фильтр; 3 – колено всасывающего трубопровода; 4 – насос; 5 – электродвигатель насоса; 6 – распределитель; 7 – колено нагнетательного трубопровода; 8 – обмывочный коллектор душевой системы; 9 – обмывочное сопла; 10 – предохранительный клапан; hн – высота центральной линии насоса над уровнем обмывочной жидкости в накопительном резервуаре: hк – высота обмывочного коллектора над центральной линией насоса
Моечные машины бывают со стационарными и подвижными моечными устройствами. Последние более производительны.
По степени использования воды машины могут быть с однократным и многократным использованием. Машины с однократным использованием конструктивно проще, но расход воды в них намного больше.
В машинах с многократным использованием обмывочной жидкости предусматриваются специальные очистные сооружения и восстановительные устройства, обеспечивающие возможность повторного использования воды. Такие установки более экономичны, так как расходуется значительно меньше воды на обмывку и энергии на ее подогрев.
ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
ДЛЯ РАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ
ОБМЫВОЧНЫХ УСТРОЙСТВ
Для расчета гидравлических систем обмывочных устройств необходимы следующие исходные данные:
N – количество обмывочных сопел в душевой системе. Зависит от конструкции обмывочной установки. Чем больше размеры объекта обмывки и соответственно больше размеры душевой системы, тем больше число обмывочных сопел;
D – диаметр сопла душевой системы, мм. В большинстве случаев выбирают в пределах от 3 до 10 мм. Чем больше размеры объекта обмывки, тем больше диаметр обмывочных сопел;
P – давление обмывочной жидкости на выходе из обмывочного сопла, МПа. Составляет от 0,1 до 1 МПа (от 1 до 10 атмосфер, или от 10 до 100 м водяного столба) и прямо пропорционально уровню загрязненности и размерам обмываемого объекта;
– плотность обмывочной жидкости, кг/м3. Составляет от 1000 до 1030 кг/м3. Меньшее значение соответствует чистой воде, большее – специальным обмывочным жидкостям (раствору каустической соды и т. п.);
k – коэффициент запаса подачи насоса. Выбирается в пределах от 1,1 до 1,3;
– коэффициент расхода обмывочной жидкости. Составляет от 0,45 до 0,9 и зависит от конструкции обмывочных сопел душевой системы;
i – коэффициент запаса объема накопительного резервуара для обмывочной жидкости. Задается в пределах от 1,1 до 1,3;
t – продолжительность обмывки, мин. Обычно находится в пределах от 1 до 10 минут и зависит от размеров и степени загрязнения объектов обмывки;
vв – скорость течения жидкости во всасывающем трубопроводе, м/с. Составляет от 1 до 2 м/с;
vн – скорость течения жидкости в нагнетательном трубопроводе, м/с. Выбирается в пределах от 3 до 7 м/с;
lв – длина всасывающего трубопровода, м. Определяется конструкцией обмывочной машины, обычно находится в пределах от 1 до 15 м;
lн – длина нагнетательного трубопровода, м. Зависит от конструкции обмывочной машины, обычно находится в пределах от 2 до 20 м;
ξф – коэффициент сопротивления фильтра во всасывающем трубопроводе. Находится в пределах от 5 до 10;
nк.в – количество колен во всасывающем трубопроводе (изгибов всасывающего трубопровода на пути от накопительного резервуара до насоса). Зависит от конструкции обмывочной машины, но не может быть меньше 1 и обычно не превышает 4;
ξк.в – коэффициент сопротивления колена во всасывающем трубопроводе. Составляет от 0,2 до 0,4 в зависимости от конструкции колена;
nр – количество распределителей в нагнетательном трубопроводе. Определяется конструкцией обмывочной установки. Если в душевую систему подают только один вид обмывочной жидкости, то распределители отсутствуют. Если поочередно подают два вида обмывочной жидкости, например, воду и раствор каустической соды, то устанавливается один распределитель, который поочередно подключает душевую систему к соответствующим насосам;
ξр – коэффициент сопротивления распределителя в нагнетательном трубопроводе. Составляет от 5 до 7;
nк.н – количество колен в нагнетательном трубопроводе (изгибов нагнетательного трубопровода на пути от насоса, до самого дальнего сопла душевой системы). Зависит от конструкции обмывочной машины, но, как и для всасывающего трубопровода, не может быть меньше одного;
ξк.н – коэффициент сопротивления колена в нагнетательном трубопроводе. Аналогично всасывающему трубопроводу составляет от 0,2 до 0,4 в зависимости от конструкции колена;
Δэ – эквивалентная шероховатость внутренних стенок трубы, мм. Для стальных труб составляет от 0,1 до 0,5 мм в зависимости от срока эксплуатации. Чем больше срок эксплуатации, тем больше шероховатость из-за коррозии и отложений на стенках трубы.
hн – высота центральной линии насоса над уровнем обмывочной жидкости в накопительном резервуаре, м. Определяется конструкцией обмывочной машины. Обычно составляет от 0,5 до 2 м, но не может быть больше длины всасывающего трубопровода;
hк – максимальная высота душевой системы обмывочного коллектора над центральной линией насоса, м. Зависит от конструкции обмывочной машины. Обычно составляет от 0,5 до 6 м, но не может быть больше длины нагнетательного трубопровода.
– коэффициент кинематической вязкости обмывочной жидкости, м2/с. Для холодной воды при температуре 10 оС = 1,306·10-6 м2/с, для холодной воды при температуре 20 оС = 1,006·10-6 м2/с, для подогретой до 40 оС воды = 0,659·10-6 м2/с.