Расчеты по выбору гидравлических трубопроводов систем автоматизации и управления - Система циклового программного управления

В системах автоматизации и управления станков, роботов и другого технологического оборудования машиностроительных заводов трубопроводы используются для транспортирования рабочей среды от источников к исполнительным механизмам и обратно - в сборные емкости (минерального масла) или в атмосферу (воздух).

Исходными данными для расчета трубопроводов в системах автоматизации и управления являются гидропневматическая схема соединений трубопроводов в системе, расходы рабочей среды по каждому участку трубопровода и длина участков трубопроводов. Расчет трубопроводов обычно проводится по участкам, на которые разбивается трубопроводная сеть системы. При этом под участком понимается часть гидролинии между разветвлениями, которая пропускает одинаковый расход рабочей среды и имеет одинаковый диаметр. Каждый рассматриваемый участок может быть в виде прямого трубопровода или трубопровода, на котором расположены различные тройники, колена, штуцеры.

Исходные данные для выполнения гидравлических расчетов трубопроводов автоматизации и управления приведены с таблице 1, с учетом того, что номинальное давление рабочей жидкости в системе P = 6,3 МПа, плотность рабочей жидкости с = 900 кг/м3, кинематический коэффициент вязкости рабочей жидкости х = (20-40) .10-6 м2/с.

Таблица 1 - Исходные данные для гидравлического расчета трубопроводов систем автоматизации и управления

№

Трубо-провода

Назначение трубопровода для подачи рабочей среды

Длина трубопровода

L, мм

Расход жидкости

Q, л/мин

1

От бака рабочей жидкости до гидронасоса

600 . (2 - 0,NN) =

= 1026

86 . 0,NN =

= 24.94

2

От гидронасоса к гидрораспределителю

800 . (2 - 0,NN) =

= 1368

48 . 0,NN =

= 13.92

3

От гидрораспределителя к баку рабочей жидкости

400 . (2 - 0,NN) =

= 684

97 . 0,NN =

= 28.13

Внутренний диаметр трубопровода определяется на основании формулы, устанавливающей взаимосвязь между расходом рабочей среды Q, скоростью протекания рабочей среды по трубопроводу V и площадью поперечного сечения трубопровода

Q = V. F,

Где f - площадь поперечного сечения трубопровода, м2, которая вычисляется по соотношению

Где d - внутренний диаметр трубопровода, мм.

Тогда получаем, что

М,

Где Q - расход рабочей жидкости по участку трубопровода, м/с;

V - скорость рабочей жидкости на участке трубопровода, м/с.

Если расход рабочей жидкости Q задан в л/мин, тогда формула принимает вид

М или

Мм.

Скорость движения жидкости в трубопроводе при вычислении диаметра трубопровода рекомендуется выбирать в зависимости от давления в системе автоматизации и управления.

По вычисленному диаметру трубопровода по ГОСТ 8732-78 и 8734-75 выбирается необходимый трубопровод или резинометаллический рукав высокого давления. По внутреннему диаметру и расходу жидкости выбранного трубопровода вычисляется фактическая средняя скорость рабочей жидкости по формуле

М/с.

Определяем внутренний диаметр трубопровода всасывания длиной 1026 мм с расходом рабочей жидкости Q = 24,94 л/мин. По значению давления рабочей жидкости в системе устанавливается, что допустимая скорость движения по трубопроводу не должна превышать 1,5 м/c.

Мм.

По ГОСТ 8732-78 выбираем трубопровод с условным проходным диаметром, равным 20 мм, и внутренним диаметром 19,2 мм.

Фактический расход рабочей жидкости по трубопроводу всасывания составляет

М/с.

Определяем внутренний диаметр трубопровода нагнетания длиной 1368 мм с расходом рабочей жидкости Q = 13,92 л/мин. По значению давления рабочей жидкости в системе устанавливается, что допустимая скорость движения по трубопроводу не должна превышать 4,5 м/c.

Мм.

По ГОСТ 8734-78 выбираем трубопровод с условным проходным диаметром, равным 16 мм, и внутренним диаметром 15,2 мм. Фактический расход рабочей жидкости по трубопроводу нагнетания составляет

М/с.

Определяем внутренний диаметр сливного трубопровода длиной 684 мм с расходом рабочей жидкости Q = 28,13 л/мин. По значению давления рабочей жидкости в системе устанавливается, что допустимая скорость движения по трубопроводу не должна превышать 2,25 м/c.

Мм.

По ГОСТ 8732-78 выбираем трубопровод с условным проходным диаметром, равным 20 мм, и внутренним диаметром 19,2 мм. Фактический расход рабочей жидкости по сливному трубопроводу составляет

М/с.

Потери давления на трение по длине круглого трубопровода определяются по формуле Дарси-Вейсбаха

Па,

Где l - длина трубопровода, м;

D - диаметр трубопровода, м;

V - скорость рабочей жидкости в трубопроводе, м/с;

С - плотность рабочей жидкости, кг/см3 (плотность минеральных масел, используемых в системах автоматизации и управления станков и роботов, составляет в среднем около 900 кг/см3);

Л - гидравлический коэффициент трения.

Гидравлический коэффициент трения выбирается рассчитывается по формулам в зависимости от режима течения жидкости в трубопроводе - ламинарного и турбулентного. Режим течения жидкости устанавливается экспериментально или по числу Рейнольдса (критерию Рейнольдса):

Где V - скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с;

D - диаметр трубопровода (принимается фактический внутренний диаметр трубопровода), м;

Х - кинематический коэффициент вязкости рабочей жидкости, м2/с.

Если число Рейнольдса Re<2300, тогда режим движения жидкости в трубопроводе ламинарный и коэффициент трения л для трубопроводов вычисляется по формуле

А для рукавов высокого давления с резиновой внутренней стенкой по формуле

Если число Рейнольдса 2300Re<105, тогда режим движения жидкости в трубопроводе будет переходный (ламинарный или турбулентный, или тот и другой) и для медных трубопроводов

Л = 0,316 . Re-0,25,

А для стальных трубопроводов

Где Ra - средняя шероховатость внутренних стенок трубопровода, мм;

D - внутренний диаметр трубопровода, мм.

Для новых стальных бесшовных трубопроводов и рукавов высокого давления можно принять, что Ra = 0,03 мм, а для трубопроводов, бывших в употреблении Ra = 0,02 мм. Если соотношение Ra/d<10, тогда для вычисления л для стальных трубопроводов нужно использовать формулу

Л = 0,316 . Re-0,25.

При Re>105 режим течения жидкости турбулентный и коэффициент трения практически не зависит от числа Рейнольдса и для стальных бесшовных трубопроводов и рукавов высокого давления можно принять л = 0,02.

Общие потери давления в трубопроводах соединенных последовательно в системах автоматизации и управления, определяются путем суммирования потерь давления на всех участках, а при параллельном соединении общие потери обычно принимаются по наибольшим потерям в этих трубопроводах.

Для трубопровода всасывания

.

Так как Re<2300 коэффициент трения определяем по формуле

,

И потери давления на трение в трубопроводе составят

.

Для трубопровода нагнетания

.

Так как Re<2300 коэффициент трения определяем по формуле

И потери давления на трение в трубопроводе составят

.

Для сливного трубопровода

.

Так как Re<2300 коэффициент трения определяем по формуле

,

И потери давления на трение в трубопроводе составят

Результаты расчетов по каждому трубопроводу заносим в таблицу 2.

Таблица 2 - Результаты расчетов гидравлических потерь на трение в трубопроводах

№ трубо-провода

L, мм

Q, л/мин

Dвн, мм

V, м/с

Re

Л

ДP, кПа

1

1026

24,94

19,2

1,44

921,6

0,081

3,88

2

1368

13,92

15,2

1,28

648,53

0,116

7,31

3

684

28,13

19,2

1,62

1036,8

0,072

3,64

Похожие статьи




Расчеты по выбору гидравлических трубопроводов систем автоматизации и управления - Система циклового программного управления

Предыдущая | Следующая