Расчеты по выбору гидравлических и пневматических трубопроводов систем автоматизации и управления

Цели индивидуальной работы по выбору гидравлических и пневматических трубопроводов:

определить диаметры трубопроводов (или рукавов высокого давления) проектируемой системы автоматизации и управления;

рассчитать потери давления на отдельных участках трубопроводов и суммарные потери давления по длине трубопроводов проектируемой системы автоматизации и управления.

Исходные данные для гидравлического расчета трубопроводов систем автоматизации и управления.

Номинальное давление рабочей жидкости в системе Р=6,3 МПа;

плотность рабочей жидкости = 900 кг/м³;

кинематическая коэффициент вязкости рабочей жидкости = (20ч40)*10^-6 м²/с.

Таблица 2. Исходные данные для гидравлического расчета трубопроводов систем автоматизации и управления.

Расчеты гидравлических трубопроводов Расчет участка № 1. Трубопровод от бака рабочей жидкости до гидронасоса.

L=672 мм;

Q=75,68 л/мин;

= 900 кг/м³;

= 30*10^-6 м²/с.

Определение диаметра трубопровода.

Внутренний диаметр трубопровода рассчитывается по формуле:

где Q — расход рабочей жидкости по участку трубопровода, м/с;

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

Для трубопроводов, присоединенных к гидронасосу на стороне всасывания, систем станков и роботов рекомендуется выбирать скорость движения жидкости, равной 0,5−1,5 м/с. Выбираем V=1 м/с. Подставляя в формулу 13 числовые значения, получим:

По вычисленному диаметру трубопровода выбираем трубопровод стальной бесшовный ГОСТ 8732–78 с параметрами:

Наружный диаметр трубопровода d_н=45 мм;

Внутренний диаметр трубопровода d_вн=39мм;

Толщина стенки трубопровода.

Для выбранного трубопровода по его внутреннему диаметру d_вн, м, и по расходу жидкости вычисляется фактическая средняя скорость рабочей жидкости V_ф, м/с, по формуле:

Подставляя численные значения в формулу 14, получим:

Расчет гидравлических потерь по длине трубопровода.

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

где l — длина трубопровода, м;

d — диаметр трубопровода, м;

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

р — плотность рабочей жидкости, кг/см³ (плотность минеральных масел, используемых в системах автоматизации и управления станков и роботов, составляет в среднем около 900 кг/м³);

— гидравлический коэффициент трения.

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

где V — скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с;

d — диаметр трубопровода, м (принимается фактический внутренний диаметр трубопровода);

— кинематический коэффициент вязкости рабочей жидкости, м²/с.

Для рабочих жидкостей (минеральных масел) систем автоматизации и управления станков и роботов можно принять, что = 20−40*10^-6 м²/с.

Подставим значения в формулу 16, получим:

Так как число Рейнольдса Re = 1374,1 < 2300, то режим движения жидкости в трубопроводе ламинарный и коэффициент трения для трубопроводов вычисляется по формуле:

Потери на трение, определяемые по формуле 15 составят:

Все расчеты по каждому участку трубопровода заносим в таблицу 3 для определения гидравлических потерь давления в трубопроводах.

Расчет участка № 2. Трубопровод от гидронасоса к гидрораспределителю.

L=896 мм;

Q=42,24 л/мин;

= 900 кг/м³;

= 30*10^-6 м²/с.

Определение диаметра трубопровода.

Внутренний диаметр трубопровода рассчитывается по формуле 13.

Допустимая скорость движения жидкости в трубопроводе выбирается в зависимости от давления в системе автоматизации и управления. Выбираем V=4,5 м/с. Подставляя в формулу 13 числовые значения, получим:

По вычисленному диаметру трубопровода выбираем трубопровод стальной бесшовный ГОСТ 8732–78 с параметрами:

Наружный диаметр трубопровода d_н=22 мм;

Внутренний диаметр трубопровода d_вн=15мм;

Толщина стенки трубопровода.

Для выбранного трубопровода по его внутреннему диаметру d_вн, м, и по расходу жидкости вычисляется фактическая средняя скорость рабочей жидкости V_ф, м/с, по формуле 14:

Расчет гидравлических потерь по длине трубопровода.

Потери давления на трение по длине круглого трубопровода определяются по формуле 15.

Гидравлический коэффициент трения выбирается по таблицам или рассчитывается по формулам в зависимости от режима течения жидкости в трубопроводе — ламинарного и турбулентного. Режим течения жидкости устанавливается экспериментально или по числу Рейнольдса Re (формула 16).

Для рабочих жидкостей (минеральных масел) систем автоматизации и управления станков и роботов можно принять, что = 20−40*10^-6 м²/с.

Подставим значения в формулу 16, получим:

Так как число Рейнольдса Re = 1992 < 2300, то режим движения жидкости в трубопроводе ламинарный и коэффициент трения для трубопроводов вычисляется по формуле:

Потери на трение, определяемые по формуле 15 составят:

Все расчеты по каждому участку трубопровода заносим в таблицу для определения гидравлических потерь давления в трубопроводах.

Расчет участка № 3. Трубопровод от гидрораспределителя к гидроцилиндру.

L=504 мм;

Q=35,2 л/мин;

= 900 кг/м³;

= 30*10^-6 м²/с.

Определение диаметра трубопровода.

Внутренний диаметр трубопровода рассчитывается по формуле 13.

Допустимая скорость движения жидкости в трубопроводе выбирается в зависимости от давления в системе автоматизации и управления. Выбираем V=4,5 м/с. Подставляя в формулу 13 числовые значения, получим:

По вычисленному диаметру трубопровода выбираем трубопровод стальной бесшовный ГОСТ 8732–78 с параметрами:

Наружный диаметр трубопровода d_н=20 мм;

Внутренний диаметр трубопровода d_вн=13 мм;

Толщина стенки трубопровода.

Для выбранного трубопровода по его внутреннему диаметру d_вн, м, и по расходу жидкости вычисляется фактическая средняя скорость рабочей жидкости V_ф, м/с, по формуле 14:

Расчет гидравлических потерь по длине трубопровода.

Потери давления на трение по длине круглого трубопровода определяются по формуле 15.

Гидравлический коэффициент трения выбирается по таблицам или рассчитывается по формулам в зависимости от режима течения жидкости в трубопроводе — ламинарного и турбулентного. Режим течения жидкости устанавливается экспериментально или по числу Рейнольдса Re (формула 16).

Для рабочих жидкостей (минеральных масел) систем автоматизации и управления станков и роботов можно принять, что = 20−40*10^-6 м²/с.

Подставим значения в формулу 16, получим:

Так как число Рейнольдса Re = 1915,33 < 2300, то режим движения жидкости в трубопроводе ламинарный и коэффициент трения для трубопроводов вычисляется по формуле:

Потери на трение, определяемые по формуле 15 составят:

Все расчеты по каждому участку трубопровода заносим в таблицу 3 для определения гидравлических потерь давления в трубопроводах.

Расчет участка № 4. Трубопровод от гидроцилиндра к гидрораспределителю.

L=616 мм;

Q=45,76 л/мин;

= 900 кг/м³;

= 30*10^-6 м²/с.

Определение диаметра трубопровода.

Внутренний диаметр трубопровода рассчитывается по формуле 13.

Допустимая скорость движения жидкости в трубопроводе выбирается в зависимости от давления в системе автоматизации и управления. Выбираем V=4,5 м/с. Подставляя в формулу 13 числовые значения, получим:

По вычисленному диаметру трубопровода выбираем трубопровод стальной бесшовный ГОСТ 8732–78 с параметрами:

Наружный диаметр трубопровода d_н=15 мм;

Внутренний диаметр трубопровода d_вн=22 мм;

Толщина стенки трубопровода.

Для выбранного трубопровода по его внутреннему диаметру d_вн, м, и по расходу жидкости вычисляется фактическая средняя скорость рабочей жидкости V_ф, м/с, по формуле 14:

Расчет гидравлических потерь по длине трубопровода.

Потери давления на трение по длине круглого трубопровода определяются по формуле 15.

Гидравлический коэффициент трения выбирается по таблицам или рассчитывается по формулам в зависимости от режима течения жидкости в трубопроводе — ламинарного и турбулентного. Режим течения жидкости устанавливается экспериментально или по числу Рейнольдса Re (формула 16).

Для рабочих жидкостей (минеральных масел) систем автоматизации и управления станков и роботов можно принять, что = 20−40*10^-6 м²/с.

Подставим значения в формулу 16, получим:

Так как число Рейнольдса Re = 2158 < 2300, то режим движения жидкости в трубопроводе ламинарный и коэффициент трения для трубопроводов вычисляется по формуле:

Потери на трение, определяемые по формуле 15 составят:

Все расчеты по каждому участку трубопровода заносим в таблицу 3 для определения гидравлических потерь давления в трубопроводах.

Расчет участка № 5. Трубопровод от гидрораспределителя к баку рабочей жидкости.

L=448 мм;

Q=85,36 л/мин;

= 900 кг/м³;

= 30*10^-6 м²/с.

Определение диаметра трубопровода.

Внутренний диаметр трубопровода рассчитывается по формуле 13.

Для трубопроводов, соединяющих сливные полости гидроаппаратуры с баком рабочей жидкости, скорость движения жидкости принимается равной 1,40ч2,25 м/с. Выбираем V=2 м/с. Подставляя в формулу 13 числовые значения, получим:

По вычисленному диаметру трубопровода и по таблице 8 в работе [1] выбираем трубопровод стальной бесшовный ГОСТ 8732–78 с параметрами:

Наружный диаметр трубопровода d_н=38 мм;

Внутренний диаметр трубопровода d_вн=33 мм;

Толщина стенки трубопровода.

Для выбранного трубопровода по его внутреннему диаметру d_вн, м, и по расходу жидкости вычисляется фактическая средняя скорость рабочей жидкости V_ф, м/с, по формуле 14:

Расчет гидравлических потерь по длине трубопровода.

Потери давления на трение по длине круглого трубопровода определяются по формуле 15.

Гидравлический коэффициент трения выбирается по таблицам или рассчитывается по формулам в зависимости от режима течения жидкости в трубопроводе — ламинарного и турбулентного. Режим течения жидкости устанавливается экспериментально или по числу Рейнольдса Re (формула 16).

Для рабочих жидкостей (минеральных масел) систем автоматизации и управления станков и роботов можно принять, что = 20−40*10^-6 м²/с.

Подставим значения в формулу 16, получим:

Так как число Рейнольдса Re = 1829,3 < 2300, то режим движения жидкости в трубопроводе ламинарный и коэффициент трения для трубопроводов вычисляется по формуле:

Потери на трение, определяемые по формуле 15 составят:

Все расчеты по каждому участку трубопровода заносим в таблицу 3 для определения гидравлических потерь давления в трубопроводах.

Таблица 3. Результаты расчетов гидравлических потерь на трение в трубопроводах.

Общие потери давления в трубопроводах, соединенных последовательно в системе автоматизации и управления, определяются путем суммирования потерь давления на всех участках.

мощность электродвигатель гидронасос поршень.