Определение гидравлических потерь в гидравлической системе

В течение каждого цикла расходы рабочей жидкости на различных участках гидросистемы изменяются. Следовательно, изменяются гидравлические потери (потери давления). [6, 16, 25]

За расчетную часть цикла при расчете гидравлических потерь принимается операция рабочего хода исполнительного привода, в течение которой жидкость проходит через регулирующий аппарат. При расчете гидросистем требуется определить гидравлические потери в гидролиниях (трубопроводах) всасывания, нагнетания и слива.

При отсутствии данных о потерях давления в гидроаппаратах, их можно определять как потери в местных сопротивлениях, принимая из справочных таблиц.

Рекомендуется потери давления суммировать по отдельным участкам напорной и сливной гидролиниям для каждого гидродвигателя. Если участки соединены последовательно, потеря давления равна сумме потерь на всех участках. Потери параллельно соединенных участков подсчитываются для каждой из них, но при определении давления, создаваемого насосом, учитывается наибольшее из них.

При расчете потерь давления необходимо учитывать, что за один и тот же промежуток времени в различных участках гидросистемы протекают разные расходы, следовательно, могут быть разные режимы течения. Например, при выдвижении штока цилиндра потерю давления в сливной гидролинии следует рассчитывать по расходу, выходящему из штоковой полости, а при втягивании – по расходу, вытесняемому из поршневой полости.]

1. Гидролиния всасывания [6, 16, 25]

Гидравлические потери в гидролинии всасывания

,

(2.49)

где

– потери давления в гидролинии всасывания, Па;

∆р_ф – потери давления в фильтре, Па;

– потери давления по длине гидролинии всасывания, Па;

– потери давления в местных сопротивлениях на линии всасывания, Па.

Потери давления по длине гидролинии всасывания определяются по формуле Вейсбаха-Дарси

,

(2.50)

где

– потери давления по длине гидролинии всасывания, Па;

λ – гидравлический коэффициент трения;

ρ – плотность рабочей жидкости, ;

– длина всасывающего трубопровода, м;

d – диаметр трубопровод в линии всасывания, м;

– средняя скорость потоков в трубопроводе, м/с.

Величину λ рекомендуется определять:

а) при ламинарном режиме (Re < 2300) по формуле ;	(2.51)
б) при турбулентном режиме (Re > 2300) по формуле ;	(2.52)

Определение режима течения жидкости по формуле

,

(2.53)

где

– число Рейнольдса;

– скорость движения жидкости в линии всасывания, м/с;

– диаметр трубопровода в линии всасывания, м;

– кинематическая вязкость жидкости, ;

Потери давления в местных гидравлических сопротивлениях могут быть вычислены после того, как построена конструктивная схема гидросистемы (гидроразводка) и по ней определены типы местных сопротивлений, их количество. При отсутствии схемы соединений местные гидравлические потери принимаются равными (25…30)% от потерь давлений по длине гидролинии.

2. Гидролиния нагнетания [6, 16, 25]

Гидравлические потери в гидролинии нагнетания

,

(2.54)

где

– гидравлические потери в гидролинии нагнетания, Па;

– потери давления в местных сопротивлениях на линии нагнетания, Па;

– потери давления по длине линии нагнетания, Па;

– суммарные потери давления в гидроаппаратах напорной линии, Па;

Потери давления по длине гидролинии нагнетания определяются по формуле Вейсбаха-Дарси

,

(2.55)

где

– потери давления по длине гидролинии нагнетания, Па;

λ – гидравлический коэффициент трения;

ρ – плотность рабочей жидкости, ;

– длина напорного трубопровода, м;

d – диаметр трубопровода в линии нагнетания, м;

– средняя скорость потоков в трубопроводе, определяемая по величине расчетного расхода и площади нормального сечения, м/с.

Величину λ рекомендуется определять:

а) при ламинарном режиме (Re<2300) по формуле ;	(2.56)
б) при турбулентном режиме (Re>2300) по формуле ;	(2.57)

Определение режима течения жидкости по формуле

,

(2.58)

где

– число Рейнольдса;

– скорость движения жидкости в линии нагнетания, м/с;

– диаметр трубопровода в линии нагнетания, м;

– кинематическая вязкость жидкости, .

Определение местных потерь давления в линии нагнетания по эмпирической формуле

,

(2.59)

где

– потери давления в местных сопротивлениях на линии нагнетания, МПа;

– безразмерный коэффициент местного сопротивления; =1,5;

Q – расход жидкости л/мин;

d – диаметр трубопровода в линии нагнетания, мм.

Определение потерь давления в гидравлической аппаратуре по общей формуле

(2.60)

где

– потери давления в гидроаппарате (распределитель, клапан, фильтр), Па;

– номинальные потери давления жидкости (паспортные данные), Па;

– расход жидкости (расчетное значение), ;

– номинальный расход жидкости (паспортные данные), .

Т.е определяем , , , и т.д.

Определение суммарной потери давления гидроаппаратуры в линии нагнетания

,

(2.61)

где

– суммарная потеря давления гидроаппаратуры в линии нагнетания, Па;

– потеря давления в гидрораспределителе в линии нагнетания, Па;

– потеря давления в клапане в линии нагнетания, Па;

– потеря давления в фильтре в линии нагнетания, Па;

– потеря давления в дросселе в линии нагнетания, Па;

3. Гидролиния слива [6, 16, 25]

Гидравлические потери в линии слива

,

(2.62)

где

– гидравлические потери в линии слива, Па;

– потери давления в местных сопротивлениях по линии слива, Па;

– потери давления по длине гидролинии слива, Па;

– суммарные потери давления в гидроаппаратах сливной линии, Па.

Потери давления по длине гидролинии слива определяются по формуле Вейсбаха-Дарси

,

(2.63)

где

– потери давления по длине гидролинии слива, Па;

λ – гидравлический коэффициент трения;

ρ – плотность рабочей жидкости, ;

- длина сливного трубопровода, м;

d – диаметр трубопровода в сливной линии, м;

– средняя скорость потоков в трубопроводе, определяемая по величине расчетного расхода и площади нормального сечения, м/с.

Величину λ рекомендуется определять

а) при ламинарном режиме (Re<2300) по формуле ;	(2.64)
б) при турбулентном режиме (Re>2300) по формуле .	(2.65)

Определение режима течения жидкости по формуле

,

(2.66)

где

– число Рейнольдса;

– скорость движения жидкости в сливной линии, м/с;

– диаметр трубопровода в сливной линии, м;

– кинематическая вязкость жидкости, .

Определение местных потерь давления в линии слива по эмпирической формуле

,

(2.67)

где

– потери давления в местных сопротивлениях на линии слива, МПа;

– безразмерный коэффициент местного сопротивления; =1,5;

Q – расход жидкости л/мин;

d – диаметр трубопровода в линии слива, мм.

Определение потерь давления в гидравлической аппаратуре по общей формуле

(2.68)

где

- потери давления в гидроаппарате (распределитель, клапан, фильтр), Па;

- номинальные потери давления жидкости (паспортные данные), Па;

– расход жидкости (расчетное значение), ;

– номинальный расход жидкости (паспортные данные), .

Т.е определяем , , , и т.д.

Определение суммарной потери давления гидроаппаратуры в линии слива

,

(2.69)

где

-- суммарная потеря давления гидроаппаратуры в линии слива, Па;

– потеря давления в гидрораспределителе в линии слива, Па;

– потеря давления в клапане в линии слива, Па;

– потеря давления в фильтре в линии слива, Па;

– потеря давления в дросселе в линии слива, Па.

Выбор типа насоса

Для выбора насоса определяются расчетные значения его рабочих параметров: производительность (подача) , давление , и мощность .

1. Определение производительности насоса [6, 16, 25]

Производительность насоса должна превышать расчетный расход в системе на величину утечек

,

(2.70)

где

– производительность (подача) насоса, ;

– расчетный расход, ;

– величина утечек, .

Величина утечек зависти от степени герметичности элементов системы, вязкости и давления рабочей жидкости. Ориентировочно считают

,

(2.71)

где

– расчетный коэффициент утечек (среднее значение), ;

– расчетное давление (см. раздел 4.4.1), Па.

Определяем и .

2. Определение рабочего давления насоса (давление в напорной магистрали) [6, 16, 25]

,

(2.72)

где

– рабочее давление насоса, Па;

– манометрическое давление (в линии нагнетания и слива), Па;

– вакууметрическое давление в линии всасывания, Па.

Определение манометрического давления при операции исполнительного привода «рабочий ход»

,

(2.73)

где

– потери давления в линии нагнетания, Па;

– потери давления в линии слива, Па.

Определение вакууметрического давления в линии всасывания насоса

,

(2.74)

где

– плотность жидкости, ;

– ускорение свободного падения, ;

– геометрическая высота всасывания, или длина всасывающего трубопровода, м; (среднее значение для рекомендуемых типов насосов см);

– потери давления в линии всасывания, Па.

По рассчитанным значениям и выбирают по каталогу тип насоса, имеющий следующие параметры [22, 23]:

а) рабочий объем, ;

б) номинальная подача, л/мин;

в) номинальное давление на выходе, МПа.

3. Определение эффективной мощности насоса [6, 16, 25]

,

(2.75)

где

– эффективная мощность насоса, Вт;

– номинальное давление на выходе, Па;

– подача насоса, .

4. Определение мощности приводного электродвигателя к насосу

,

(2.76)

где

– мощность приводного электродвигателя, Вт

– эффективная мощность насоса, Вт;

– полный КПД насоса.

5. Определение к.п.д. насоса [6, 16, 25]

,

(2.77)

где

– объемный кпд;

– механический кпд;

– гидравлический кпд.

Значения , , указаны в паспорте насоса.