МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФГБОУ ВПО ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра мелиорации, землеустройства и кадастров
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине " Гидравлические машины, гидропневмопривод и электропривод насосов и компрессоров"
Выполнил студент 4 курса группы г-122
Абужаев Д.М.
Проверил: Алибеков А.К.
Тюмень 2018
Оглавление
Введение. 4
1. Кавитация в насосах. Допустимая высота всасывания. 5
2. Рабочая точка насоса. 8
3. Гидравлические машины.. 13
4. Дроссели. 17
5. Гидрораспределители. 18
6. Гидроцилиндры. 21
7. Гидравлический привод. 25
Список используемой литературы. 28
Введение
Вопросы гидромашин и гидроприводов нашли широкое применение во многих отраслях науки и техники, в том числе в нефтегазовой промышленности. По принципу действия гидромашины делятся на два класса: динамические и объемные. Преобразование энергии в динамических гидромашинах происходит при изменении количества движения жидкости. В объемных гидромашинах энергия преобразуется в результате периодического изменения объема рабочих камер, герметично отделенных друг от друга.
Преимуществом гидромашин и гидроприводов является малая масса и объем, приходящийся на одну единицу мощности, высокий КПД, надежность, возможность создавать большие тяговые условия, плавность премещений, возможность плавного регулирования скорости премешения и простоты обеспечения автоматизированного упрвления. Важным преимуществом гидропривода является возможность бесступенчатого регулирования в широком диапазоне в комбинации со ступенчатым регулированием.
Если говорить об электроприводах то они представляют собой сложные динамические системы, включающие в себя различные линейные и нелинейные элементы (двигатели, генераторы, усилители, полупроводники и другие элементы), обеспечивающие в своем взаимодействии разнообразные статические и динамические характеристики.
В реферате рассмотрены вопросы гидравлические машины, дроссели, гидрораспределители, гидроцилиндры и гидропривод.
Кавитация в насосах. Допустимая высота всасывания
Кавитацией называют процесс нарушения сплошности потока жидкости, происходящие там, где местное давление понижается и достигает определенного критического значения. При этом наблюдается образование большого количества мельчайших пузырьков, наполненных парами жидкости и газами, выделившимися из нее. Образование пузырьков внешне похоже на кипение жидкости. Возникшие в результате понижения давления пузырьки увеличиваются в размере и уносятся потоком. При этом наблюдается местное повышение скорости движения жидкости вследствие стеснения поперечного сечения потока выделившимися пузырьками пара или газа.
Попадая в область с давлением выше критического, пузырьки разрушаются, при этом их разрушение происходит с большой скоростью и поэтому сопровождается местным гидравлическим ударом в данной микроскопической зоне. Так как конденсация занимает некоторую область и протекает непрерывно в течение длительного времени, это явление приводит к разрушениям значительных площадей поверхности рабочих колес или направляющих аппаратов.
Задание 1. Определить предельную высоту установки насоса над поверхностью воды в колодце 
(рисунок 1). Насос перекачивает воду с температурой 
в количестве 
Длина всасывающего трубопровода 
; его диаметр 
Коэффициент местных сопротивлений: 
Решение. Предельная высота установки насоса над поверхностью воды в колодце определяется из выражения:
При температуре воды величина 
парообразования;
плотность воды.
Средняя скорость потока:
Рисунок 1 - Всасывающий трубопровод насоса:
1 – сетка; 2 – задвижка; 3 – насос; 
высота всасывания; 
атмосферное давление
Установим режим движения воды во всасывающем трубопроводе.
Число Рейнольдса:
При температуре воды 
кинематический коэффициент вязкости 
следовательно, во всасывающем трубопроводе имеет место турбулентный режим движения. Поэтому принимаем коэффициент кинетической энергии 
Коэффициент гидравлического трения находим по формуле Альтшуля:
эквивалентная шероховатость труб, 
Скоростной напор:
Потери напора на гидравлические сопротивления:
Предельная высота установки насоса над поверхностью воды в колодце:
Рабочая точка насоса
Точка, в которой пересекаются характеристики насоса и системы, является рабочей точкой системы и насоса. Это означает, что в этой точке имеет место равновесие между полезной мощностью насоса и мощностью, потребляемой трубопроводной сетью. Напор насоса всегда равен сопротивлению системы. От этого зависит также подача, которая может быть обеспечена насосом.
При этом следует иметь в виду, что подача не должна быть ниже определенного минимального значения. В противном случае это может вызвать слишком сильное повышение температуры в насосной камере и, как следствие, повреждение насоса. Во избежание этого следует неукоснительно соблюдать инструкции производителя.
Рабочая точка за пределами характеристики насоса может вызвать повреждение мотора. По мере изменения подачи в процессе работы насоса также постоянно смещается рабочая точка. Найти оптимальную расчетную рабочую точку в соответствии с максимальными эксплуатационными требованиями входит в задачи проектировщика.
Задание 2. Насос по трубопроводу перекачивает нефть в емкость. Величины указанные на рисунке заданы. Перекачка идет по стальным сварным трубам, сильно заржавевшим и с большими отложениями.
Исходные данные:
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
;
Решение: Напор, развиваемый насосом, равен разности удельных энергий на выходе и входе в насос:
Для случая длинных труб местными сопротивлениями можно пренебречь в силу их малости. Высоту всасывания 
принимаем равной нулю, т.к. приемный резервуар находится на плоскости насоса. Избыточное давление 
в приемном резервуаре равно нулю.
Тогда:
Коэффициент гидравлического трения λ находим по формуле Шифринсона:
где 
- шероховатость; для новых стальных труб 
мм
Подставляя данные, найдем напор, развиваемый насосом:
Подставляя данные, найдем напор, развиваемый насосом:
при 
при 
при 
при 
Далее строим характеристику насоса по формуле:
подставляя различные значения 
находим величину 
:
при 
при 
при 
при 
Рабочая точка насоса:
Гидравлические машины
Понятие гидромашины включает в себя насосы и гидродвигатели. В насосе происходит преобразование энергии приводящего двигателя в энергию потока жидкости, а в гидродвигателях- преобразование энергии потока в механическую работу.
Различают две основные группы гидромашин:
1. Объемные;
2. Динамические.
Такое разделение произведено из-за следующих признаков- свойств:
1. По характеру подачи жидкости:
- объемные подают порциями, а динамические равномерно
2. Рабочим органов объемных гидромашин является камера с изменяемым объемом и поочередно соединяющаяся с входным и выходным патрубками; у динамических- колесо, снабженное лопастями;
3. Напор, развиваемый объемной гидромашиной, не зависит от подачи; у динамических напор и подача взаимосвязаны.
Задание 3. Центробежный насос типа 
с прямоосным подводом перекачивает авиационный бензин (
. Частота вращения вала 
подача насоса 
Известна геометрия лопастного колеса: радиусы колеса, ширина канала и толщина лопастей на входе и выходе соответственно: 
Число лопастей 
.
Определить напор насоса, в момент воздействия потока на колесо, построить треугольник скоростей на входе в колесо и выходе. Принять объемный КПД насоса 
Рисунок 2. Геометрия лопастного колеса:
соответственно радиус колеса на входе и выходе; 
ширина канала на входе и выходе; 
толщина лопастей на входе и выходе; 
соответственно угол наклона лопасти на входе и выходе
Решение. Определяем расход жидкости через колесо:
Рассчитаем скорости потока на выходе из колеса:
окружная (переносная) скорость
меридиональная составляющая абсолютной скорости
где 
площадь сечения колеса с учетом стеснения потока лопастями,
окружная составляющая абсолютной скорости при бесконечном числе лопастей
Для насоса с прямоосным подводом теоритический напор при бесконечном числе лопастей считаем по формуле
Определяем коэффициент 
, учитывающий конечное число лопастей, по формуле Пфлейдерера:
где 
статический момент средней линии тока,
бесконечно малый отрезок средней линии тока в меридиальном сечении колеса, принимаем 
).
Определим значение 
:
тогда
Теоретический напор насоса при конечном числе лопастей:
Действительный напор насоса:
Момент воздействия потока на колесо:
Строим план скоростей на входе в лопастное колесо:
Рисунок 3. План скоростей на входе в лопастное колесо:
соответственно абсолютная и меридиональная составляющая абсолютной скорости; 
соответственно угол наклона лопасти на входе без учета угла атаки, угол наклона лопасти на входе, угол атаки на входе в колесо; 
окружная (переносная) скорость на входе в колесо
где 
угол атаки на входе в колесо.
Строим план скоростей на входе из лопастного колеса:
Рисунок 4. План скоростей на выходе из лопастного колеса:
соответственно окружная составляющая абсолютной скорости, относительная скорость жидкости при бесконечном числе лопаток; 
соответственно окружная составляющая абсолютной скорости, относительная скорость жидкости при конечном числе лопаток; 
переносная скорость; 
угол потока
Дроссели
Дроссели - устройства, которые предназначены для регулирования скорости перемещения исполнительных органов гидроприводов путем изменения сопротивления сети и расхода жидкости.
В зависимости от скорости потока рабочей жидкости и конструкции дросселя может быть ламинарным и турбулентным. Перепад давления в дросселе от входа к выходу 
связан с расходом 
жидкости либо линейной зависимостью 
(линейные дроссели), либо квадратичной 
(квадратичные дроссели). В обоих случаях 
проводимость дросселя.
Задание4. Насос подает масло плотность 
к гидроцилиндру по трубопроводам, показанным на рисунке.
Учитывая только потери гидродросселях 
, найти отношение площадей проходных сечений дросселей, при котором поршень, нагруженный силой 
, находится в покое. Показание манометра 
, 
, 
, давление в гидробаке атмосферное, коэффициенты расхода 
гидродросселей соответственно равны 
Рисунок 5. Схема объемного гидропривода:
1- Насос; 2 - манометр; 3 и 6 – дроссели; 4 – поршень; 5 – шток
Решение. Определим усилие на штоке гидроцилиндра из уравнения равновесия
Усилие Р создает в поршневой полости гидроцилиндра давление 
Исходя из того, что режим установившейся и поршень неподвижный, можно записать:
или, используя формулу,
Отсюда
Гидрораспределители
Гидрораспределители предназначены для пропускания, перекрытия и изменения направления потока рабочей жидкости в системах гидроприводов. По конструкции запорно-регулирующего элемента они делятся на золотниковые, клапанные и крановые. В зависимости от числа подводящих и отводящих гидролиний различают трех-,четырехходовые и т. д. распределители.
По числу позиций золотника золотниковые распредеоите делятся на двух-, трех-, и четырехпозиционные. Двухпозиционные распределители применяются для управления гидроцилиндрами одностороннего действия и нереверсивными гидромоторами. Трехпозиционные распределители предназначены для управления гидроцилиндром двустороннего действия и реверсивными гидромоторами.
Задание 5. Определить давление 
корпусе 1 золотника, передаваемое силовому цилиндру 3, расход 
через золотник, скорость и время перемещения поршня 4, усилие на штоке 6 гидроцилиндра при смещении плунжера 2 золотника на величину 
, если давление питания 
МПа, давление слива 
МПа, размеры окон 7 и 8 золотника 
и 
, коэффициент расхода через окна 
, плотность жидкости 
, диаметр поршня 4 гидроцилиндра 
, ход поршня 
, жесткость пружины 
, объемный КПД 
= 0,95, механический КПД 
Движение жидкости считать установившимся, движение поршня – равномерным.
Рисунок 6. Схема совместной работы золотника и силового цилиндра:
корпус золотника 
плунжер 
силовой цилиндр; 
поршень;
пружина; 
шток; 
выходное окно; 
входное окно
Решение. Расход через входное окно 8 золотника определяется согласно формуле истечения из малого отверстия как
а расход через выходное окно 7 как
где 
– размеры окон; 
и 
– давление питания и слива; 
- давление питания в корпусе золотника и поршневой полости гидроцилиндра; 
- смещение плунжера золотника.
При установившемся движении расходы через окна золотника равны. Из равенства расходов 
получаем искомую зависимость:
по которой вычисляем
Далее находим:
Скорость перемещения поршня:
где 
площадь поршня:
Время перемещения поршня:
где 
ход поршня.
Усилие на штоке гидроцилиндра:
где 
усилие от действия жидкости,
силие пружины,
Гидроцилиндры.
Гидроцилиндры являются простейшими гидродвигателями. Они применяются в качестве исполнительных механизмов при поступательном движении выходного звена.
По принципу действия и конструкции гидроцилиндры весьма разнообразны. Конкретный тип определяется условиями работы, назначением и конструкцией машины, внутри которых гидроцилинд используется.
Задание 6. В системе гидропривода с дроссельным регулированием насос 1 подает масло в количестве 
при создаваемом им давлении 
в поршневую плоскость А гидроцилиндра 7. Определить усилие, развиваемое гидроцилиндром при равномерном движении поршня 8вправо, если диаметры поршня 8 
и штока 9 
, размеры напорной 4 и сливной 11 магистралей 
и 
, размеры исполнительны магистралей 6 и 10 
и 
, плотность масло 
, его кинематическая вязкость 
, механический КПД силового цилиндра 
, коэффициенты местных сопротивлений: дросселя3 
, распределителя5 
, поворота 
, входа в гидроцилиндр 
выхода из гидроцилиндра 
, выхода в сливной бак 12 
. Число поворотов: на исполнительных магистралях по 2 поворота, на сливной – 3 поворота.
Рисунок 7. Система гидропривода с дроссельным регулированием:
1 – насос; 2 – предохранительный клапан; 3 – дроссель; 4 – напорная магистраль; 5 – распределитесь; 6, 10 – исполнительные магистрали; 7 – гидроцилиндр; 8 – поршень диаметром D; 9 – шток поршня диаметром d; 11 – сливная магистраль; 12 – сливной бак; А – поршневая полость; Б – штоковая полость; F – усилие, развиваемое штоком гидроцилиндра
Решение. Усилие, развиваемое гидроцилиндром при движении штока в право, осуществляемое при подаче масла в поршневую полость гидроцилиндра, определяется по формуле:
где 
– давление в поршневой полости А; 
– давление в штоковой полости Б.
Давление в поршневои полости 
т.е. рабочее давление, наидем, используя уравнение Бернулли, составленное для двух сечений: на выходе из насоса за клапаном 0––0 и в поршневой полости 1––1, принимая 
, получим:
где 
– скорость в линии 4; 
– скорость течения масло в поршневой полости; 
– потери напора в линии между сечениями.
Из уравнения получаем
где 
– падение давление в линии от насоса до гидроцилиндра, 
.
Падение давления определим по формуле:
Для выбора формулы для вычисления 
и 
определим область сопротивления, найдя скорости течения масло в напорной 4 и исполнительной 6 магистралях и соответствующие числа Рейнольдса.
Числа Рейнольдса показывают, что движение в линиях ламинарное. Поэтому коэффициент гидравлического трения вычисляется по формуле:
так как режим движения ламинарный 
;
Падение давления:
Давление 
Давление в штоковой полости гидроцилиндра найдем из уравнения Бернулли, составленного для штоковой полости и уровня свободной поверхности в сливном баке, пренебрегая высотными положениями сечения, т.е. для сечений 2–2 и 3–3:
где 
–– потери напора в линии от гидроцилиндра до сливного бака.
Скорость течения масло в поршневой полости, равна скорости перемещения поршня:
Пренебрегая скоростным напором 
вследствие его малости, получаем, что давление в штоковой полости равно падению в линии от гидроцилиндра до сливного бака:
Потери напора составляют
Скорость 
и 
найдем из расхода, сливающегося из штоковой полости 
(где 
–– площадь поперечного сечения штоковой полости):
Отсюда
Находим числа Рейнольдса и 
:
Потери напора :
Давление в штоковой полости составляет:
Усилие, развиваемое гидроцилиндром:
Гидравлический привод
Под гидроприводом понимают совокупность объемных гидромашин, гидроаппаратуры и других устройств, предназначенная для передачи механической энергии и преобразования движения посредством жидкости.
Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объёмные:
- В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости.
- В объёмных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости.
Объёмный гидропривод — это гидропривод, в котором используются объёмные гидромашины (насосы и гидродвигатели). Объёмной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры.
По виду источника энергии гидроприводы делятся на:
- насосный гидропривод где рабочая жидкость в гидродвигатель подается объемным насосом, а в качестве приводящего двигателя может использоваться электродвигатель, турбины, дизели.
- аккумуляторный гидропривод – рабочая жидкость из предварительно заряженного аккумулятора.
- магистральный гидропривод – жидкость подается в гидродвигатель из гидромагистрали.
По характеру движения выходного звена гидродвигателя делятся на:
Гидропривод вращательного движения; гидропривод поступательного движения; гидропривод поворотного движения; по возможности регулирования.
Задание 7. На рисунке показана упрощенная схема гидропривода с дроссельным управлением и последовательным включением дросселя. Под каким давлением нужно подвести жидкость 
к левой полости гидроцилиндра для перемещения поршня вправо со скоростью
и преодоления нагрузки вдоль штока 
если коэффициент местного сопротивления дросселя 
Другими местными сопротивлениями и потерей на трение пренебречь. Диаметры: поршня 
, штока 
трубопровода 
Решение. Расход жидкости равен:
Зная скорость в трубе по формуле Фейсбаха найдем потери давления на дросселе (такое же давление будет в правой части гидроцилиндра, по сколько в условии задачи сказано, другими потерями пренебречь).
Составим уравнение равенство сил действующих на поршень слева и справа:
Отсюда искомая величина давления, развиваемая насосом равно:
Список используемой литературы.
1. Башта Г.М. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Т.М.Башта, С.С. Руднев, Б.Б.Некрасов и др. - М.: Изд.дом «Альянс» 2009. - 423 с.
2. Бутаев Д.А. и др. Сборник задач по машиностроительной гидравлике / Под ред. И.И. Куколевского и Л.Г. Подвидза,- М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002,- 447 с.
3. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы в примерах решения задач: учеб. пособие для студ. учреждений высш. проф.образования /Артемьева Т.В., Лысенко Т.М., Румянцева А.Н. и др; под ред. Стесина С.П. - М.: Издательский центр «Академия», 2013. - 208 с.
4. Задачник по гидравлике, гидромашинам и гидроприводу/ Под ред. Некрасова Б.Б. - М.: Высш. шк., 1989. - 192 с.
5. Методические указания к курсовой работе для студентов направления 131000 «Нефтегазовое дело»: Гидромашины и гидропривод/ составитель Ибрагимов А.И. - Махачкала: ФГБОУ ВПО «ДГТУ», 2013. - 88 с.
6. Справочное пособие по гидравлике, гидромашины и гидроприводам/ Под ред. Некрасова Б.Б. — Минск: Выш. ш., 1985, - 383 с. ЛЯ
7. Угинчус А.А. Гидравлика и гидравлические машины,- Харьков: Харьк. ун-т,1960. -358 с.