Расчет и выбор трубопроводов

При расчете трубопроводов гидросистем необходимо выбрать марку рабочей жидкости. При этом следует учитывать тип применяемого гидрооборудования, отрасль промышленности, где применяется это гидрооборудования, и температурный режим работы гидросистем. Рабочая жидкость в гидроприводе служит для передачи энергии от гидронасоса к гидродвигателю. Кроме этого, она является смазывающей и антикоррози онной средой. В качестве рабочей жидкости чаще всего применяются масла на нефтяной основе.

В гидроприводах строительно-дорожных и подъемно-транспортных машин для всесезонной эксплуатации в условиях Севера и Северо - Востока и в качестве зимнего сорта в условиях средней полосы европейско-азиатской части страны применяется масло ВМГЗ. В южных районах страны в качестве летнего сорта в районах умеренного климата используется масло МГ-30. Зависимости вязкости этих масел от температуры приведены на рис. 3.10 [3]: плотность масел: ВМГЗ – 855 кг/м³, МГ–30 - 890 кг/м³.

В гидроприводах горных машин (проходческие и очистные комбайны, буровые и погрузочные машины, самоходные вагонетки и т.п.), где циркулируют относительно малые объемы жидкости (обычно не более 100 л) применяются масла на нефтяной основе. Их техническая характеристика приведена в прил.54.

В гидроприводах механизированных крепей, гидропередвижчиков

забойных конвейеров и струговых установок, где циркулируют значительные объемы жидкости (свыше 100 л) применяются водомасляные эмульсии. Они представляют собой эмульсии типа «масло в воде». Для их приготовления применяют специальные присадки (ВНИИНП-117 или Аквол-3), которые при добавлении в небольших количествах (2 – 5 %)

К воде образуют стабильные эмульсии молочного цвета, обладающими антизадирными (смазывающими) и коррозиезащитными свойствами. Основные физические свойства эмульсии (плотность, вязкость, сжимаемость и др.) близки к свойствам воды. Плотность водомасляных эмульсий – ρ = 950 – 997 кг/м³. Кинематическая вязкость при температуре 50 °С – ν = (0,5 – 0,9)·10^-6м²/с [5].

После выбора сорта рабочей жидкости выполняется расчет трубопровода, который включает в себя расчет геометрических размеров и расчет потерь давления.

Расчет выполняется по одним и тем же формулам отдельно для всасывающего, напорного и сливного трубопроводов.

Внутренний диаметр трубопровода определяется в основном из условия обеспечения допустимой скорости движения рабочей жидкости в трубопроводе по формуле

где Q _н подача гидронасоса, м³/с; V _тр – допустимая скорость движения рабочей жидкости в трубопроводе, м/с. Допустимую скорость V _тр необходимо принимать в зависимости от типа трубопровода и давления в нем [9]. Для всасывающего трубопровода рекомендуется принимать V _тр.в = щ,5 – 1,5 м/с, а для сливного V _тр.с = 1 -2 м/с. Для напорного трубопровода скорость движения рабочей жидкости необходимо принимать в зависимости от давления в нем:

На отдельных, коротких участках длинной менее 100 d _тр скорость V _тр.н допускается до 7 – 10 м/с.

Важными условиями при определении диаметра являются условия непревышения допустимых потерь давления в трубопроводе и обеспечения ламинарного режима рабочей жидкости.

Внутренний диаметр, м, трубопровода, исходя из условий обеспе-

чения ламинарного режима рабочей жидкости, определяют по формуле независимо от трубопровода:

где ν – кинематическая вязкость рабочей жидкости при температуре 50 – 60 ºС, м²/с.

Внутренний диаметр, м, трубопровода, исходя из условий обеспечения допустимых потерь давления в трубопроводе, определяют по формуле

где [ ΔP _тр] – допустимые потери давления, их можно принимать до 0,2 МПа; ν – кинематическая вязкость рабочей жидкости при температуре 20 °С; L _тр – длина трубопровода, м. Длина трубопровода (отдельно всасывающего, напорного и сливного) должна приниматься из монтажной схемы трубопровода машины.

Из трех d _тр1, d _тр2, d _тр3 выбирается большее и в дальнейшем присваивается обозначение:

d _тр.в – всасывающийся трубопровод;

d _тр.н – напорный трубопровод;

d _тр.с – сливной трубопровод.

Т.к. расчет внутреннего диаметра трубопровода требует анализа большого количества данных и известного навыка проектирования гидроприводов, в дальнейшем определение этого параметра будем проводить, исходя из условия обеспечения допустимой скорости движения рабочей жидкости.

Толщину стенки, м, трубопровода определяют по формуле

S = (P · d _тр · K ₆ )/(2 · б _вр ).

где Р – давление в трубопроводе, МПа; К ₆ – коэффициент безопасности. Для участков с плавно изменяющимся давлением рекомендуется принимать К ₆ = 2, для участков с напряженным режимом работы К ₆ = 3, а при пиковых давлениях К ₆ 6; б _вр предел прочности на растяжение материала трубопровода, МПа [10]. В зависимости от материала трубопровода б _вр можно принимать [11]:

Сталь Ст.3 – Сталь 30 б _вр = 400 – 500 МПа;

Латунь б _вр = 200 – 400 МПа;

Алюминий б _вр = 60 – 200 МПа.

При расчете толщины стенки всасывающего и сливного трубопровода необходимо принимать

Р = 0,1 – 0,2 МПа, т.к. в них отсутствует давление. Для напорного трубопровода необходимо принимать давление насоса, рассчитанному в разд. 3.3, т.е. Р =Р _н.

По рассчитанным данным d _три S выбирают из справочной литературы [10,11] сортамент труб для всасывающего, напорного и сливного трубопроводов. Необходимо учитывать, что минимальная толщина стенки всасывающего и сливного трубопроводов, рассчитана из условий прочности, может иметь малую величину. Для примера сортамент стальных бесшовных труб приведен в прил. 55. Нужно обратить внимание на то, что выбранная толщина стенки должна соответствовать ряду толщин стенок труб по ГОСТу. После выбора трубопроводов диаметры выбранных трубопроводов могут не совпадать с рассчитанными. Поэтому необходимо для каждого типа трубопровода уточнить действительную скорость движения рабочей жидкости в них по формуле

V _тр = (4 · Q _н )/(π · d _тр² ).

где d _тр – внутренний диаметр выбранного трубопровода, м,

здесь d _н – внешний диаметр выбранного трубопровода, м; S – толщина стенки выбранного трубопровода.