Потери давления на местных сопротивлениях
К местным сопротивлениям относят такие элементы конструкции гидросистемы, которые имеют небольшую протяженность в направлении движения потока жидкости и в которых происходит деформация потока жидкости. Это резкие или плавные изменения сечения потока, направления движения. Такими сопротивлениями являются места входа и выхода жидкости из преобразователей энергии, соединения трубопроводов разных диаметров, изгибы трубопроводов. Местными сопротивлениями являются также и различные аппараты управления и регулирования, в них, как правило, меняются и сечение и направление потока жидкости.
Расчет потерь давления на местных сопротивлениях производится по выражению
Δ p = ξ ∙ b ∙ V2 ∙ ρ /2,
где ξ – коэффициент местного сопротивления,
b – поправочный коэффициент, учитывающий зависимость потерь от числа Рейнольдса:
Re≥ 2300 400 100 10
b1 2 8 80
V – средняя скорость потока перед сопротивлением,
ρ – плотность жидкости.
В подавляющем большинстве практических случаев b =1.
Для некоторых видов местных сопротивлений значения ξ получены теоретически и хорошо подтверждаются экспериментально, для других используются обобщения результатов экспериментов. В типичных ситуациях коэффициенты местных сопротивлений определяются так.
При резком расширении
ξ = (1 – S1 / S2 )2,
при резком сжатии
ξ = (1 –S2 / S1 ) / 2,
где S1 и S2 – площади сечения потока перед сопротивлением и после него.
При плавном расширении (диффузоре)
ξ = 0,3164(1 – S12/S22)/( Re0,25 ∙ 8sin(α /2)) + ( 1 – S1/S2 )2sin α,
где α – угол конуса диффузора; при плавном сужении (конфузоре) угол конуса αвыполняется 40°…60° , притом достигается минимальное сопротивление с коэффициентом местного сопротивления
ξ = 0,03…0,15
в зависимости от числа Re; большим Re соответствуют меньшие ξ .
При резком повороте сопротивление зависит от угла поворота α :
α ° 20 40 60 90 100
ξ 0,13 0,29 0,5 1 1,38
После 90° сопротивление начинает резко расти, вследствие чего повороты на больший угол нецелесообразны.
На практике чаще используется плавный поворот, когда переход от одного участка трубопровода к другому выполняется по радиусуR, не меньшему 3 диаметров трубопровода d. В этом случае
α = 90° ξ = ξ 90 = 0,051 + 0.19 ∙ d / R,
α ≤70° ξ = ξ 90 ∙ 0,9 ∙ sin α,
α ≥100° ξ = ξ 90 ∙ (0,7 + 0,35 ∙ α / 90 ).
Пример. Определить потери давления на плавном повороте трубопровода на 90° с внутренним диаметром 20 мм, радиусом изгиба 80 мм, по которому проходит поток 51,5 л/мин жидкости вязкостью 30 мм2/с с плотностью 880 кг/м3.
Δ p = ξ ∙ b ∙ V2 ∙ ρ /2.
V = Q / S = 51,5 ∙ 4 ∙ 10-3 / (60 ∙ 3,14 ∙ 0,022) = 2,73 м/с.
Re = V ∙ d / ν = 2,73 ∙ 0,02 / (30 ∙ 10-6) = 1820. Отсюда b ≈ 1.
ξ = 0,051 + 0,19 ∙ d / R = 0,051 + 0,19 ∙ 20 / 80 = 0,0985.
Δ p = 0,0985 ∙ 1 ∙ 2,732 ∙ 880 /2 = 323 Па.
Для аппаратов управления ξв зависимости от типа аппарата имеет значения в диапазоне 1…4, но лучше воспользоваться значением потерь давления, которое обычно приводится производителем для номинального потока в технической характеристике аппарата. В [1] даются ориентировочные значения потерь давления на аппаратуре: на распределителях – (0,2…0,3) МПа, на дросселях – (0,25…0,35) МПа, на обратных клапанах – (0,05…0,1) МПа, на фильтрах – (0,2…0,5) МПа.
Варианты заданий
Каждый студент выполняет по указанию преподавателя свой вариант задания, данные которого выбираются из таблиц 1 и 2. Время разгона до заданной скорости для всех вариантов при прямом и обратном ходах составляет 0,1 с , плотность рабочей жидкости 900 кг/м3, её кинематическая вязкость 12 мм2/с .
Таблица 1
Исходные данные для выполнения курсовой работы
| № варианта | Вид гидродвига-теля | № характерис-тики скоростей движения | Fn (Mп) | F0 (M0) | M (J) | Vп max (nп max) | V0 max (n0 max) | G | l |
| Двустороннего действия, одношточный | |||||||||
| 2,75 | 4,5 | ||||||||
| 2,5 | |||||||||
| 2,25 | 3,5 | ||||||||
| 1,75 | 2,5 | ||||||||
| 1,5 | |||||||||
| 1,25 | 1,5 | ||||||||
| Двустороннего действия, двушточный (симметрич-ный) | |||||||||
| 2,75 | 4,5 | ||||||||
| 2,5 | |||||||||
| 2,25 | 3,5 | ||||||||
| 1,75 | 2,5 | ||||||||
| 1,5 | |||||||||
| 1,25 | 1,5 | ||||||||
| Двустороннего действия, двушточный, дифференци-альный (несимметрич-ный) | |||||||||
| 2,75 | 4,5 | ||||||||
| 2,5 | |||||||||
| 2,25 | 3,5 | ||||||||
| 1,75 | 2,5 | ||||||||
| 1,5 | |||||||||
| 1,25 | 1,5 | ||||||||
| Односторон-него действия | |||||||||
| 2,75 | 4,5 | ||||||||
| 2,5 | |||||||||
| 2,25 | 3,5 | ||||||||
| 1,75 | 2,5 | ||||||||
| 1,5 | |||||||||
| 1,25 | 1,5 | ||||||||
| Моментный, однолопастной | |||||||||
Обозначения в табл. 1:
Fп, F0 - технологическая (полезная) нагрузка прямого и обратного хода для поступательных цилиндров, кН;
Мп, М0 - то же для моментных цилиндров, кНм;
m - масса поступательно движущихся частей, кг;
J - момент инерции массы поворачиываемых частей, кгм2;
Vп max , V0 max - максимальные скорости поступательного движения прямого и обратного хода, м/мин;
nп max , n0 max - максимальные частоты вращения прямого и обратного хода, об/мин;
G - вес груза, обеспечивающего обратный ход гидроцилиндра одностороннего действия, кН;
l – длина трубопроводов, м.
Таблица 2
Характеристика скоростей движения
| № характеристики | Характер скорости | |
| прямого хода | обратного хода | |
| Регулируемая для всего хода | Постоянная с нерегулируемым торможением в конце хода | |
| Регулируемая для всего хода | Постоянная с регулируемым торможением в конце хода | |
| Регулируемая для всего хода | Регулируемая для всего хода | |
| Постоянная с регулируемым торможением в конце хода | Постоянная для всего хода | |
| Постоянная для всего хода | Постоянная с регулируемым торможением в конце хода | |
| Регулируемая с нерегулируемым торможением в конце хода | Постоянная для всего хода | |
| Постоянная для всего хода | Регулируемая с нерегулируемым торможением в конце хода | |
| Регулируемая с нерегулируемым торможением в конце хода | Регулируемая с нерегулируемым торможением в конце хода |
Литература
1. Свешников В. К. Станочные гидроприводы: справочник /
В. К. Свешников. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2004. 512 с.
2. Схиртладзе А. Г. и др. Гидравлика в машиностроении: учебник для студентов вузов в 2 ч. М.: СТАНКИН, 2008.
3. Трифонов О. Н. Приводы автоматизированного оборудования / О. Н. Трифонов, В. И. Иванов, Г. О. Трифонова. М.: Машиностроение, 1991. 336 с.
4. ГОСТ 2.701–84. ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие правила к выполнению. М.: Стандартинформ, 2008. 11 с.
5. ГОСТ 2.704–76. ЕСКД. Правила выполнения гидравлических и пневматических схем. М.: Стандартинформ, 2008. 12 с.
6. ГОСТ 2.781–96. ЕСКД. Обозначения условные графические. Аппараты гидравлические и пневматические, устройства управления и приборы контрольно-измерительные. М.: Изд-во стандартов, 1997. 24 с.
7. ГОСТ 2.782–96. ЕСКД. Обозначения условные графические. Машины гидравлические и пневматические. М.: Изд-во стандартов, 1997. 19 с.
Приложение 1
Ряды значений основных размеров гидроцилиндров по ГОСТ 6540-68
диаметров поршня: 10, 12, 16, 20, 25, 32, (36), 40, (45), 50, (56), 63, (70), 80, (90), 100, (110), 125, (140), 160, (180), 200, (220), 250, (280), 320, (360), 400, (450), 500, (560), 630, (710), 800, (900);
диаметров штока: 4, 5, 6, 8, 10, 12, (14), 16, (18), 20, (22), 25, (28), 32, (36), 40, (45), 50, (56), 63, (70), 80, (90), 100, (110), 125, (140), 160, (180), 200, (220), 250, (280), 320, (360,, 400, (450), 500, (560), 630, (710), 800, (900).
В скобках указаны значения дополнительного ряда.
Приложение 2
Основные размеры U-образных манжет по ГОСТ 14896-84
| Dxd | Н для типа | Dxd | Н для типа | Dxd | Н для типа | |||||
| (30)х20 | - | 63х(43) | - | (155)х125 | - | |||||
| 32х16 | - | 9,5 | 70х50 | - | 160х140 | - | ||||
| 32х20 | - | 7,5 | 80х50 | - | 180х160 | - | ||||
| (35)х25 | - | (83)х63 | - | 200х180 | - | |||||
| 36х20 | - | 9,5 | (85)х70 | - | 220х180 | - | ||||
| 36х24 | - | 7,5 | (86)х56 | - | 250х(210) | - | ||||
| (38)х22 | - | 9,5 | 90х70 | - | 280х(240) | - | ||||
| 40х20 | - | 100х70 | - | 320х280 | - | |||||
| 40х(30) | - | 100х80 | 360х320 | - | ||||||
| 45х25 | - | 110х80 | - | 400х360 | - | |||||
| 50х(30) | - | 125х(95) | - | 450х(410) | - | |||||
| 50х40 | - | (130)х100 | - | 500х(460) | - | |||||
| 56х36 | - | 140х110 | - | 560х(530) | - |
D, d, H - наружный, внутренний диаметры, ширина манжеты.
Применяются при скорости до 0,5 м/с, давлении до 50 МПа.
Здесь приведена выборка из всего множества выпускаемых манжет.
Приложение 3
Основные размеры резиновых колец круглого сечения по ГОСТ 9833-73
| d2 | 1,9 | 2,5 | 3,6 | 4,6 | 5,8 | 8,5 | ||
| dшт | от | |||||||
| до |
d2 - диаметр сечения кольца,
dшт - диаметр штока,
dц - диаметр цилиндра
| d2 | 1,9 | 2,5 | 3,6 | 4,6 | 5,8 | 8,5 | |
 |
Применяются при скорости до 0,5 м/с, давлении до 32 МПа.
Приложение 4
Основные размеры поршневых колец по ОСТ А54-1-72
| D | 32-63 | 70-100 | 110-140 | 160-180 | 200-250 | 280-320 | 360-500 |
| b |
Применяются при скорости до 7,5 м/с, давлении до 50 МПа.
Приложение 5
Основные параметры пластинчатых нерегулируемых насосов
| Тип насоса | НПл 5/16 | НПл 8/16 | НПл 12,5/16 | НПл 16/16 | НПл 20/16 | НПл 25/16 | НПл 8/6,3 | НПл 12,5/6,3 |
| Q,л/мин | 5,3 | 8,9 | 14,4 | 19,4 | 25,5 | 5,8 | 9,7 | |
| p, МПа | 6,3 |
| Тип насоса | НПл 16/6,3 | НПл 25/6,3 | НПл 32/6,3 | НПл 40/6,3 | БГ12-24АМ | БГ12-24М | Г12-24АМ | Г12-24М |
| Q,л/мин | 12,7 | 21,1 | 27,9 | 35,7 | 73,9 | 50,8 | ||
| p, МПа | 6,3 | 12,5 | 6,3 |
| Тип насоса | Г12-25АМ | Г12-25М | Г12-26ам | БГ12-41Б | БГ12-41А | БГ12-41 | БГ12-42 |
| Q,л/мин | 3,3 | 10,5 | |||||
| p, МПа | 6,3 |
Приложение 6
Основные параметры предохранительных клапанов по ТУ2-053-5749043-002-88
| Параметр | Диаметр условного прохода Dу , мм | ||
| Расход, л/мин: | |||
| номинальный | |||
| максимальный | |||
| минимальный |
Давление (МПа) настройки: 0,3-10; 1-20; 1,6-32.
Приложение 7
Основные параметры обратных клапанов
| Обозначение клапана | Г51-31 | Г51-32 | Г51-33 | Г51-34 | Г51-35 |
| Расход, л/мин | |||||
| номинальный | |||||
| максимальный |
Рабочее давление 20 Мпа.
Приложение 8
Основные параметры аппаратуры для регулирования расхода жидкости
| Вид аппарата | Обозначение аппарата | Рабочее давление, МПа | Расход, л/мин | ||
| Номинал. | Максим. | Минимальный | |||
| Дроссель | ПГ77-12 | - | 0,06 | ||
| ПГ77-14 | - | 0,12 | |||
| Регулятор расхода | МПГ55-22М | 0,04 | |||
| МПГ55-24М | 0,09 | ||||
| МПГ55-25М | 0,15 | ||||
| Регулятор расхода с обратным клапаном | МПГ55-32М | 0,04 | |||
| МПГ55-34М | 0,09 | ||||
| Регулятор расхода с предохранительным клапаном | МПГ55-12М | 6,3;10;15 | 0,1 | ||
| МПГ55-14М | 6,3;10;20 | 0,25 | |||
| МПГ55-15М | 6,3;10;20 | 0,4 | |||
| Регулятор расхода | 2МПГ55-12* | - | 0,1 | ||
| 2МПГ55-14* | - | 0,25 | |||
| Регулятор расхода с распределителем и обратным клапаном | ПГ55-62 | 0,08 |
* Только для варианта регулирования с дросселем на входе.
Приложение 9
Основные параметры распределителей
| Обозначение распределителя | В6 | 1Р6 | В10 | 1Р10 | Р103В | В16 | 1Р203 | 1Р323 |
| Расход, л/мин | 12,5-30 | 20-60 | 20-80 | 25-100 | 20-80 | 63-240 | 120-700 | 330-900 |
Давление для всех распределителей до 32 Мпа.