Для расчета гидравлических систем

Назначение и конструкция

Обмывочных устройств

Механизация наружной очистки и обмывки ремонтируемых и обслуживаемых вагонов, локомотивов, железнодорожных путеремонтных машин, автомобильной техники, подвижного состава городского электрического транспорта, а также из частей, призвана обеспечить сокращение трудоемкости выполняемых работ, способствует повышению качества и улучшению санитарно-гигиенических условий труда.

Из всех способов очистки и обмывки в ремонтном производстве и в обслуживании наибольшее распространение получил химический метод в механизированных моечных машинах струйного типа. В них осуществляется химическое разрушение старой краски, отложений ржавчины и засохшей грязи растворами щелочей в сочетании с ударным воздействием струи моющей жидкости, подаваемой на обмываемый объект под большим давлением.

В общем случае моечная машина представляет собой ряд последовательно расположенных обмывочных зон (обмывочных камер), в которых объекты обливают струями обмывочного раствора и воды, подаваемых насосами по трубам к соплам обмывочного коллектора под избыточным давлением. Обмывочные растворы и вода могут быть подогреты до температуры от 40–60 ^оС. Перемещение обмываемых объектов через все камеры машины осуществляется с применением транспортных устройств различного типа.

В зависимости от уровня загрязненности объектов число обмывочных камер может быть от одной до четырех. В однокамерных машинах предусматривают последовательную подачу в один и тот же коллектор сначала обмывочного раствора, а затем воды.

Упрощенная конструктивная схема (без очистных устройств) однокамерной моечной машины представлена на рисунке 1. Аналогичную схему имеет каждая камера многокамерной моечной машины. Отличие состоит в том, что в многокамерных машинах в трубопроводе отсутствует распределитель, так как каждая камера имеет отдельную насосную установку.

 

 

Рисунок 1 – Конструктивная схема обмывочной установки:

1 – накопительный резервуар с обмывочной жидкостью; 2 – фильтр; 3 – колено всасывающего трубопровода; 4 – насос; 5 – электродвигатель насоса; 6 – распределитель; 7 – колено нагнетательного трубопровода; 8 – обмывочный коллектор душевой системы; 9 – обмывочное сопла; 10 – предохранительный клапан; h _н – высота центральной линии насоса над уровнем обмывочной жидкости в накопительном резервуаре: h _к – высота обмывочного коллектора над центральной линией насоса

 

Моечные машины бывают со стационарными и подвижными моечными устройствами. Последние более производительны.

По степени использования воды машины могут быть с однократным и многократным использованием. Машины с однократным использованием конструктивно проще, но расход воды в них намного больше.

В машинах с многократным использованием обмывочной жидкости предусматриваются специальные очистные сооружения и восстановительные устройства, обеспечивающие возможность повторного использования воды. Такие установки более экономичны, так как расходуется значительно меньше воды на обмывку и энергии на ее подогрев.

 

 

ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

ДЛЯ РАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ОБМЫВОЧНЫХ УСТРОЙСТВ

Для расчета гидравлических систем обмывочных устройств необходимы следующие исходные данные:

N – количество обмывочных сопел в душевой системе. Зависит от конструкции обмывочной установки. Чем больше размеры объекта обмывки и соответственно больше размеры душевой системы, тем больше число обмывочных сопел;

D – диаметр сопла душевой системы, мм. В большинстве случаев выбирают в пределах от 3 до 10 мм. Чем больше размеры объекта обмывки, тем больше диаметр обмывочных сопел;

P – давление обмывочной жидкости на выходе из обмывочного сопла, МПа. Составляет от 0,1 до 1 МПа (от 1 до 10 атмосфер, или от 10 до 100 м водяного столба) и прямо пропорционально уровню загрязненности и размерам обмываемого объекта;

– плотность обмывочной жидкости, кг/м³. Составляет от 1000 до 1030 кг/м³. Меньшее значение соответствует чистой воде, большее – специальным обмывочным жидкостям (раствору каустической соды и т. п.);

k – коэффициент запаса подачи насоса. Выбирается в пределах от 1,1 до 1,3;

– коэффициент расхода обмывочной жидкости. Составляет от 0,45 до 0,9 и зависит от конструкции обмывочных сопел душевой системы;

i – коэффициент запаса объема накопительного резервуара для обмывочной жидкости. Задается в пределах от 1,1 до 1,3;

t – продолжительность обмывки, мин. Обычно находится в пределах от 1 до 10 минут и зависит от размеров и степени загрязнения объектов обмывки;

v _в – скорость течения жидкости во всасывающем трубопроводе, м/с. Составляет от 1 до 2 м/с;

v _н – скорость течения жидкости в нагнетательном трубопроводе, м/с. Выбирается в пределах от 3 до 7 м/с;

l _в – длина всасывающего трубопровода, м. Определяется конструкцией обмывочной машины, обычно находится в пределах от 1 до 15 м;

l _н – длина нагнетательного трубопровода, м. Зависит от конструкции обмывочной машины, обычно находится в пределах от 2 до 20 м;

ξ_ф – коэффициент сопротивления фильтра во всасывающем трубопроводе. Находится в пределах от 5 до 10;

n _к.в – количество колен во всасывающем трубопроводе (изгибов всасывающего трубопровода на пути от накопительного резервуара до насоса). Зависит от конструкции обмывочной машины, но не может быть меньше 1 и обычно не превышает 4;

ξ_к.в – коэффициент сопротивления колена во всасывающем трубопроводе. Составляет от 0,2 до 0,4 в зависимости от конструкции колена;

n _р – количество распределителей в нагнетательном трубопроводе. Определяется конструкцией обмывочной установки. Если в душевую систему подают только один вид обмывочной жидкости, то распределители отсутствуют. Если поочередно подают два вида обмывочной жидкости, например, воду и раствор каустической соды, то устанавливается один распределитель, который поочередно подключает душевую систему к соответствующим насосам;

ξ_р – коэффициент сопротивления распределителя в нагнетательном трубопроводе. Составляет от 5 до 7;

n _к.н – количество колен в нагнетательном трубопроводе (изгибов нагнетательного трубопровода на пути от насоса, до самого дальнего сопла душевой системы). Зависит от конструкции обмывочной машины, но, как и для всасывающего трубопровода, не может быть меньше одного;

ξ_к.н – коэффициент сопротивления колена в нагнетательном трубопроводе. Аналогично всасывающему трубопроводу составляет от 0,2 до 0,4 в зависимости от конструкции колена;

Δ_э – эквивалентная шероховатость внутренних стенок трубы, мм. Для стальных труб составляет от 0,1 до 0,5 мм в зависимости от срока эксплуатации. Чем больше срок эксплуатации, тем больше шероховатость из-за коррозии и отложений на стенках трубы.

h _н – высота центральной линии насоса над уровнем обмывочной жидкости в накопительном резервуаре, м. Определяется конструкцией обмывочной машины. Обычно составляет от 0,5 до 2 м, но не может быть больше длины всасывающего трубопровода;

h _к – максимальная высота душевой системы обмывочного коллектора над центральной линией насоса, м. Зависит от конструкции обмывочной машины. Обычно составляет от 0,5 до 6 м, но не может быть больше длины нагнетательного трубопровода.

– коэффициент кинематической вязкости обмывочной жидкости, м²/с. Для холодной воды при температуре 10 ^оС = 1,306·10^-6 м²/с, для холодной воды при температуре 20 ^оС = 1,006·10^-6 м²/с, для подогретой до 40 ^оС воды = 0,659·10^-6 м²/с.

 

 

ОБМЫВОЧНЫХ УСТРОЙСТВ

Расчет гидравлической системы обмывочной установки выполняется следующим образом.

Определяется суммарная площадь отверстий сопел душевой системы, м²:

, (1)

 

где D – диаметр сопла душевой системы, мм;

N – количество обмывочных сопел в душевой системе обмывочной установки;

1000000 – коэффициент перевода площади из квадратных миллиметров в квадратные метры.

 

Вычисляется величина напора, которую должен создавать насос на выходе обмывочной жидкости из сопла, м:

 

, (2)

 

где 101,94 – коэффициент перевода величины давления (напора) обмывочной жидкости из мегапаскалей в метры водяного столба;

P – давление обмывочной жидкости на выходе из обмывочного сопла, МПа;

– плотность обмывочной жидкости, кг/м³;

– плотность воды, = 1000 кг/м³.

 

Определяется расчетная подача насоса, м³/ч:

 

, (3)

 

где 3600 – коэффициент перевода показателя времени из секунд в часы;

k – коэффициент запаса подачи насоса;

– коэффициент расхода жидкости.

 

Рассчитывается необходимый объем резервуара для обмывочной жидкости, м³:

, (4)

 

где i – коэффициент запаса объема накопительного резервуара для обмывочной жидкости;

t – продолжительность обмывки, мин;

60 – коэффициент перевода времени обмывки из минут в часы.

 

Вычисляется внутренний диаметр трубопроводов, мм:

– всасывающего

; (5)

– нагнетательного

, (6)

 

где 1000 – коэффициент перевода диаметра из метров в миллиметры;

v _в – скорость течения жидкости во всасывающем трубопроводе, м/с;

v _н – скорость течения жидкости в нагнетательном трубопроводе, м/с.

 

Рассчитывается потеря давления в трубопроводах, МПа:

– всасывающем

; (7)

– нагнетательном

, (8)

 

где ξ_ф – коэффициент сопротивления фильтра во всасывающем трубопроводе;

ξ_к.в – коэффициент сопротивления колена во всасывающем трубопроводе;

n _к.в – количество колен во всасывающем трубопроводе;

ξ_т.в – коэффициент сопротивления по длине всасывающего трубопровода;

ξ_р – коэффициент сопротивления распределителя в нагнетательном трубопроводе;

ξ_к.н – коэффициент сопротивления колена в нагнетательном трубопроводе;

n _к.н – количество колен во всасывающем трубопроводе;

ξ_т.н – коэффициент сопротивления по длине нагнетательного трубопровода.

 

Коэффициенты, учитывающие потери давления по длине трубопроводов, рассчитываются по формулам:

– всасывающего

; (9)

– нагнетательного

, (10)

 

где – коэффициент, зависящий от режима течения жидкости во всасывающем трубопроводе;

l _в – длина всасывающего трубопровода, м;

– коэффициент, зависящий от режима течения жидкости в нагнетательном трубопроводе;

l _н – длина нагнетательного трубопровода, м.

 

Величины и определяются в зависимости от числа Рейнольдса Re, которое рассчитывается по формулам:

– для всасывающего трубопровода

; (11)

– для нагнетательного трубопровода

, (12)

 

где – коэффициент кинематической вязкости обмывочной жидкости, м²/с. Для холодной воды при температуре 10 ^оС = 1,306·10^-6 м²/с, для холодной воды при температуре 20 ^оС = 1,006·10^-6 м²/с, для подогретой до 40 ^оС воды = 0,659·10^-6 м²/с.

Для ламинарного режима течения жидкости в трубопроводе, когда Re < 2320,

; (13)

. (14)

 

Для турбулентного режима течения жидкости в трубопроводе, когда Re > 2320,

; (15)

, (16)

где Δ_э – эквивалентная шероховатость внутренних стенок трубы, мм.

 

Определяется величина напора (давления), который должен развивать насос, м

 

, (17)

 

где 101,94 – коэффициент перевода величины давления (напора) из мегапаскалей в метры водяного столба;

Н – напор (давление) жидкости на выходе из обмывочного сопла, м;

h _н – высота центральной линии насоса над уровнем обмывочной жидкости в накопительном резервуаре, м;

h _к – максимальная высота душевой системы обмывочного коллектора над центральной линии насоса, м.

 

Потребляемая мощность насоса вычисляется по формуле

 

, (18)

 

где 9810 – коэффициент перевода давления из метров водяного столба в паскали;

1000 – коэффициент перевода мощности из ватт в киловатты;

3600 – коэффициент перевода показателя времени из часов в секунды;

– коэффициент полезного действия насоса.

С учетом рассчитанный значений подачи насоса Q _н и давления P _н по справочным данным подбирают насос. Параметры выбранного насоса должны совпадать с расчетными или превышать их на минимально возможную величину.

По потребляемой мощности насоса и частоте вращения его рабочего колеса подбирают электродвигатель. Мощность выбранного двигателя должна быть равной или превышать мощность насоса на минимально возможную величину. Частота вращения двигателя должна быть как можно ближе к частоте вращения насоса.

Подбором насоса и электродвигателя расчет гидравлической системы обмывочной установки заканчивается.

 

 

По ГОСТ 8732-78

 

Наружный диаметр D, мм	Толщина стенки t, мм	Внутренний диаметр d, мм	Наружный диаметр D, мм	Толщина стенки t, мм	Внутренний диаметр d, мм
	2,5			2,5
	2,5			2,5
	3,5			3,5
63,5		55,5
	4,5			4,5
	4,5
	5,5
	6,5			6,5
				7,5
				8,5
	9,5

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(справочное)

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 ГОСТ 8732-78 Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент.– Введ. 01.01.79. – М.: Изд-во стандартов, 1998. – 10 с.

2 ГОСТ 22247-96 Насосы консольные центробежные для воды. Основные параметры и размеры. Требования безопасности. Методы контроля.– Введ. 01.01.97. – М.: Изд-во стандартов, 1996. – 16 с.

3 ГОСТ 10272-87 Насосы центробежные двухстороннего входа. Основные параметры.– Введ. 01.01.89. – М.: Изд-во стандартов, 1988. – 13 с.

4 ГОСТ 19523-74 Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые серии 4А мощностью от 0,06 до 400 кВт. Общие технические условия. – Введ. 01.01.75. – М.: Изд-во стандартов, 1980. – 39 с.

5 Разон, В. Ф. Применение ЭВМ для проектирования приводов средств механизации и автоматизации производственных процессов. – Ч. 4: Обмывочные устройства: метод. указания по курс. и дипл. проектированию для студентов специальности «Вагоны» / В. Ф. Разон, В. В. Пигунов. - Гомель: БелИИЖТ, 1991. – 28 с.

СОДЕРЖАНИЕ

1 Назначение и конструкция обмывочных устройств………………………………
2 Выбор исходных данных для расчета гидравлических систем обмывочных устройств……………………………………….………………………………….....
3 Методика расчета гидравлических систем обмывочных устройств …………….
4 Инструкция по расчету гидравлических систем обмывочных устройств на ПЭВМ
Приложение А Трубы стальные бесшовные горячеформированные по ГОСТ 8732-78
Приложение Б Насосы консольные центробежные для воды по ГОСТ 22247-96..
Приложение В Технические характеристики асинхронных электродвигателей серии А4 по ГОСТ 19523-74…………………………...………………………..
Приложение Г Текст таблицы prmu.xls……….……………………………………..
Список литературы………………………………………………………………….....

 

Учебное издание

 

РАЗОН Владимир Федорович

 

РАСЧЕТ гидравлических систем

Обмывочных Устройств производственного назначения

 

Учебно-методическое пособие

по курсовому и дипломному проектированию

 

 

Редактор Т. М. Марунякв

Технический редактор В. Н. Кучерова

 

Подписано в печать 00.00.2017 г. Формат 60×84 ¹/₁₆.

Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman. Печать на ризографе.

Усл. печ. л. 0,00. Уч.-изд. л. 0,00. Тираж 100 экз.

Зак. №. Изд. № 00

 

Издатель и полиграфическое исполнение:

Белорусский государственный университет транспорта.

Свидетельство о государственной регистрации издателя,

изготовителя, распространителя печатных изданий

№ 1/361 от 13.06.2014.

№ 2/104 от 01.04.2014.

Ул. Кирова, 34, 246653, Гомель.

Назначение и конструкция

Обмывочных устройств

Механизация наружной очистки и обмывки ремонтируемых и обслуживаемых вагонов, локомотивов, железнодорожных путеремонтных машин, автомобильной техники, подвижного состава городского электрического транспорта, а также из частей, призвана обеспечить сокращение трудоемкости выполняемых работ, способствует повышению качества и улучшению санитарно-гигиенических условий труда.

Из всех способов очистки и обмывки в ремонтном производстве и в обслуживании наибольшее распространение получил химический метод в механизированных моечных машинах струйного типа. В них осуществляется химическое разрушение старой краски, отложений ржавчины и засохшей грязи растворами щелочей в сочетании с ударным воздействием струи моющей жидкости, подаваемой на обмываемый объект под большим давлением.

В общем случае моечная машина представляет собой ряд последовательно расположенных обмывочных зон (обмывочных камер), в которых объекты обливают струями обмывочного раствора и воды, подаваемых насосами по трубам к соплам обмывочного коллектора под избыточным давлением. Обмывочные растворы и вода могут быть подогреты до температуры от 40–60 ^оС. Перемещение обмываемых объектов через все камеры машины осуществляется с применением транспортных устройств различного типа.

В зависимости от уровня загрязненности объектов число обмывочных камер может быть от одной до четырех. В однокамерных машинах предусматривают последовательную подачу в один и тот же коллектор сначала обмывочного раствора, а затем воды.

Упрощенная конструктивная схема (без очистных устройств) однокамерной моечной машины представлена на рисунке 1. Аналогичную схему имеет каждая камера многокамерной моечной машины. Отличие состоит в том, что в многокамерных машинах в трубопроводе отсутствует распределитель, так как каждая камера имеет отдельную насосную установку.

 

 

Рисунок 1 – Конструктивная схема обмывочной установки:

1 – накопительный резервуар с обмывочной жидкостью; 2 – фильтр; 3 – колено всасывающего трубопровода; 4 – насос; 5 – электродвигатель насоса; 6 – распределитель; 7 – колено нагнетательного трубопровода; 8 – обмывочный коллектор душевой системы; 9 – обмывочное сопла; 10 – предохранительный клапан; h _н – высота центральной линии насоса над уровнем обмывочной жидкости в накопительном резервуаре: h _к – высота обмывочного коллектора над центральной линией насоса

 

Моечные машины бывают со стационарными и подвижными моечными устройствами. Последние более производительны.

По степени использования воды машины могут быть с однократным и многократным использованием. Машины с однократным использованием конструктивно проще, но расход воды в них намного больше.

В машинах с многократным использованием обмывочной жидкости предусматриваются специальные очистные сооружения и восстановительные устройства, обеспечивающие возможность повторного использования воды. Такие установки более экономичны, так как расходуется значительно меньше воды на обмывку и энергии на ее подогрев.

 

 

ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

ДЛЯ РАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ОБМЫВОЧНЫХ УСТРОЙСТВ

Для расчета гидравлических систем обмывочных устройств необходимы следующие исходные данные:

N – количество обмывочных сопел в душевой системе. Зависит от конструкции обмывочной установки. Чем больше размеры объекта обмывки и соответственно больше размеры душевой системы, тем больше число обмывочных сопел;

D – диаметр сопла душевой системы, мм. В большинстве случаев выбирают в пределах от 3 до 10 мм. Чем больше размеры объекта обмывки, тем больше диаметр обмывочных сопел;

P – давление обмывочной жидкости на выходе из обмывочного сопла, МПа. Составляет от 0,1 до 1 МПа (от 1 до 10 атмосфер, или от 10 до 100 м водяного столба) и прямо пропорционально уровню загрязненности и размерам обмываемого объекта;

– плотность обмывочной жидкости, кг/м³. Составляет от 1000 до 1030 кг/м³. Меньшее значение соответствует чистой воде, большее – специальным обмывочным жидкостям (раствору каустической соды и т. п.);

k – коэффициент запаса подачи насоса. Выбирается в пределах от 1,1 до 1,3;

– коэффициент расхода обмывочной жидкости. Составляет от 0,45 до 0,9 и зависит от конструкции обмывочных сопел душевой системы;

i – коэффициент запаса объема накопительного резервуара для обмывочной жидкости. Задается в пределах от 1,1 до 1,3;

t – продолжительность обмывки, мин. Обычно находится в пределах от 1 до 10 минут и зависит от размеров и степени загрязнения объектов обмывки;

v _в – скорость течения жидкости во всасывающем трубопроводе, м/с. Составляет от 1 до 2 м/с;

v _н – скорость течения жидкости в нагнетательном трубопроводе, м/с. Выбирается в пределах от 3 до 7 м/с;

l _в – длина всасывающего трубопровода, м. Определяется конструкцией обмывочной машины, обычно находится в пределах от 1 до 15 м;

l _н – длина нагнетательного трубопровода, м. Зависит от конструкции обмывочной машины, обычно находится в пределах от 2 до 20 м;

ξ_ф – коэффициент сопротивления фильтра во всасывающем трубопроводе. Находится в пределах от 5 до 10;

n _к.в – количество колен во всасывающем трубопроводе (изгибов всасывающего трубопровода на пути от накопительного резервуара до насоса). Зависит от конструкции обмывочной машины, но не может быть меньше 1 и обычно не превышает 4;

ξ_к.в – коэффициент сопротивления колена во всасывающем трубопроводе. Составляет от 0,2 до 0,4 в зависимости от конструкции колена;

n _р – количество распределителей в нагнетательном трубопроводе. Определяется конструкцией обмывочной установки. Если в душевую систему подают только один вид обмывочной жидкости, то распределители отсутствуют. Если поочередно подают два вида обмывочной жидкости, например, воду и раствор каустической соды, то устанавливается один распределитель, который поочередно подключает душевую систему к соответствующим насосам;

ξ_р – коэффициент сопротивления распределителя в нагнетательном трубопроводе. Составляет от 5 до 7;

n _к.н – количество колен в нагнетательном трубопроводе (изгибов нагнетательного трубопровода на пути от насоса, до самого дальнего сопла душевой системы). Зависит от конструкции обмывочной машины, но, как и для всасывающего трубопровода, не может быть меньше одного;

ξ_к.н – коэффициент сопротивления колена в нагнетательном трубопроводе. Аналогично всасывающему трубопроводу составляет от 0,2 до 0,4 в зависимости от конструкции колена;

Δ_э – эквивалентная шероховатость внутренних стенок трубы, мм. Для стальных труб составляет от 0,1 до 0,5 мм в зависимости от срока эксплуатации. Чем больше срок эксплуатации, тем больше шероховатость из-за коррозии и отложений на стенках трубы.

h _н – высота центральной линии насоса над уровнем обмывочной жидкости в накопительном резервуаре, м. Определяется конструкцией обмывочной машины. Обычно составляет от 0,5 до 2 м, но не может быть больше длины всасывающего трубопровода;

h _к – максимальная высота душевой системы обмывочного коллектора над центральной линией насоса, м. Зависит от конструкции обмывочной машины. Обычно составляет от 0,5 до 6 м, но не может быть больше длины нагнетательного трубопровода.

– коэффициент кинематической вязкости обмывочной жидкости, м²/с. Для холодной воды при температуре 10 ^оС = 1,306·10^-6 м²/с, для холодной воды при температуре 20 ^оС = 1,006·10^-6 м²/с, для подогретой до 40 ^оС воды = 0,659·10^-6 м²/с.