Гидравлический привод кольцевого затвора гидроагрегата
Санкт-Петербургский
государственный политехнически
университет
Энергомашиностроительный факультет
Проект допущен к защите
Заведующий кафедрой
гидромашиностроения
_________ проф. Жарковский А.А.
«____»_________ 2011 г
Дипломный проект.
Гидравлический привод кольцевого затвора гидроагрегата
Направление № 651200 – Энергомашиностроение.
Специальность № 150802 - Гидравлические машины, гидроприводы, гидропневмоавтоматика.
Выполнил студент гр.№
6032/2________________________
Руководитель__________________
Консультанты:
по технологической части______
по экономической части________
по вопросам охраны труда_________________________ доц. Каверзнева Т.Т.
Рецензент_____________________
Санкт-Петербург
2011
Содержание
Введение…………………………………………………………
1. Общие сведения о
кольцевых затворах……………………………
1.1 Задачи проектирования……………………………………..
1.2 Способы синхронизации………………………………….……7
1.2.1 Дроссельная синхронизация………………………………7
1.2.2 Объёмная синхронизация……………………………...…15
1.3 Факторы, влияющие на рассогласование исполнительных органов гидрофицированных машин…………………….………27
2. Разработка гидравлической схемы устройства
2.1 Анализ и выбор
метода синхронизации
2.2 Определение типа принципиальной гидравлической
схемы устройства кольцевого затвора……………………….…..30
2.3 Описание принципиальной схемы устройства кольцевого
затвора…………………………………………………….……
2.4 Расчет параметров
гидропривода и подбор
3. Разработка устройства дозатора
- Конструктивная проработка дозатора…………………..….50
3.2 Расчёт Геометрических параметров дозатора……………..50
4. Расчёт трубопровода…………………………………………..
5. Технологический
процесс изготовления детали………
6. Обеспечение безопасности при эксплуатации гидравлического привода кольцевого затвора гидроагрегата………………………...64
7. Технико-экономический расчет………………………………….76
Список литературы…………………………………
Синхронизация нескольких объёмных гидроприводов в устройстве кольцевого затвора
Введение
Основная задача промышленности на современном этапе развития состоит в том, чтобы поднять эффективность производства, его технический уровень, обеспечить все отрасли более современными высокопроизводительными машинами.
Большую роль в выполнении поставленной задачи призван сыграть гидропривод. Его применение значительно упрощает решение многих технических задач, приводит к резкому сокращению габаритов и веса машин, позволяет широко автоматизировать управление как отдельной машиной, так и целым комплексом.
Современная гидрофицированная машина в большенстве случаев имеет несколько объёмных гидроприводов. В процессе осуществления рабочих циклов возникает необходимость синхронной работы исполнительных органов машины или механизма. Это достигается путём применения специальных гидроаппаратов (регуляторов расхода), разработки специальных гидравлических схем, применения различных связей (механических, электрических и др.) гидравлических следящих систем.
1. Общие сведения о кольцевых затворах
В зданиях ГЭС приплотинного типа с напорами в диапазоне от 100 до 300 и более метров напорные трубопроводы гидротурбин оборудуются шаровыми или дисковыми затворами. Они применяются как аварийные на случай выхода из строя системы управления направляющим аппаратом. Такие затворы требуют дополнительно помещения, а часто и дополнительного кранового оборудования, что увеличивает объёмы строительных работ, и требует привлечения дополнительных специалистов.
В качестве альтернативы таким решениям применяются кольцевые затворы, которые имеют ряд своих преимуществ.
Кольцевой затвор представляет собой цилиндрическое кольцо, охватывающее направляющий аппарат гидротурбины в пространстве между входными кромками аппарата и колонами статора. В опущенном положении он перекрывает доступ воды в гидротурбину. Для открытия он поднимается вверх на полную высоту аппарата и не препятствует потоку.
В эксплуатационном режиме кольцевой затвор обеспечивает высокую плотность закрытия и более чем в 10 раз снижает протечки через закрытый направляющий аппарат. В результате, такой режим оказывается эффективным при ремонтах в зоне проточной части или при работе гидроагрегата в режиме синхронного компенсатора. В аварийном режиме кольцевой затвор обеспечивает быстрое и надежное перекрытие потока в турбину.
Несмотря на то, что размещение кольцевого затвора несколько увеличивает длину вала гидротурбины, его применение позволяет уменьшить общий строительный объем здания ГЭС, и не требует специального кранового оборудования, которое бывает необходимо при применении затворов других типов. В поднятом положении он не создает дополнительных гидравлических потерь.
Управление (подъем и опускание) кольцевыми затворами осуществляется посредством сервомоторов с гидравлическим приводом. В аварийном режиме опускание затвора обеспечивается под действием собственного веса, благодаря чему повышается надежность эксплуатации гидроагрегата.
Рис. 1. Схематическое устройство кольцевого затвора
1- кольцевой щит затвора, 2 – гидроцилиндры ( сервомоторы) подъема, 3- крышка турбины, 4 – шток, 5 – колона статора, 6 – лопатка направляющего аппарата.
1.1 Задачи проектирования
В данном дипломном проекте нам необходимо разработать гидравлический привод кольцевого затвора гидротурбины и обеспечить синхронность работы гидроцилиндров перемещающих его, имея следующие исходные данные:
Таблица 1.
Параметры кольцевого затвора
Параметр |
Обозначение |
Величина | |
Диаметр колеса, мм |
D1 |
7800 | |
Диаметр расположения лопаток, мм |
D0 |
9050 | |
Высота проходного сечения, мм |
B0 |
1720 | |
Наружный диаметр щита, мм |
Dкз |
11000 | |
Диаметр выходной кромки лопатки, мм |
Dвых.кр |
9800 | |
Диаметр шахты, мм |
Dш |
12100 | |
Толщина кольцевого щита. Мм |
Sкз |
250 | |
Высота кольцевого щита, мм |
Hкз |
1820 | |
Вес кольцевого щита, кг |
Gкз |
120 500 | |
Ход кольцевого щита , мм |
hкз |
1794 | |
Напор, м |
Н |
100 | |
1.2 Способы синхронизации
Термин “Синхронизация” происходит от двух греческих слов: syn – вместе и chronos – время. Под этим термином понимается совпадение двух или нескольких явлений по времени.
В процессе работы гидроприводов различных машин возникает необходимость в одновременном действии нескольких исполнительных гидродвигателей, к которым рабочая жидкость подается от одного насоса. В общем случае выходные звенья гидродвигателей не будут перемещаться синхронно: звено гидродвигателя, для перемещения которого требуется меньший перепад давления, перемещается быстрее, чем звено гидродвигателя, для перемещения которого требуется больший перепад давления. Возможен также случай, когда выходное звено одного из гидродвигателей совсем не будет перемещаться. Системы, устраняющие этот недостаток, называются системами синхронизации. В гидроприводах используются дроссельные и объемные способы синхронизации движения.
1.2.1 Дроссельная синхронизация
К числу основных требований, предъявляемых к создаваемым машинам и оборудованию, относится требование разработки их приводов с минимальными массогабаритными параметрами, что необходимо как для обеспечения оптимальной компоновки таких приводов, так и для облегчения их монтажа и эксплуатации. По этой причине при проектировании многодвигательных гидроприводов с синхронным режимом движения их исполнительных органов весьма важным является вопрос выбора синхронизатора, имеющего небольшие размеры и обеспечивающего приемлемую величину рассогласования скоростей их движения. Таким условиям во многих случаях соответствуют синхронизаторы дроссельного типа, которые по сравнению, например, с синхронизаторами объёмного типа имеют минимальные габариты и массу.
Рассмотрим основные разновидности синхронизаторов дроссельного типа и условия их применения в приводах различного назначения.
Синхронизация с помощью дросселей
На рис.2 представлена гидросхема привода перемещения объектов G1 и G2 , в котором синхронизация движения цилиндров Ц1 и Ц2 при их подъёме производится с помощью дросселей Др1 иДр2 (при их соответствующей настройке), а синхронизация движения этих цилиндров при опускании – с помощью дросселей Др3 и Др4. При переключении распределителя Р в левую позицию масло от насоса Н через односторонние гидрозамки ЗМ1 и ЗМ2, обратные клапаны КО1, КО2 и дроссели Др1, Др2 поступает в поршневые полости цилиндров Ц1 и Ц2, осуществляя их подъём. Избыток производительности насоса через переливной клапан КП перепускается в бак. Для выполнения операции опускания распределитель Р переключается в правую позицию, соединяя насос с поршеньковыми полостями гидрозамков ЗМ1 и ЗМ2. Последние открываются и цилиндры Ц1 и Ц2 под действием массовых нагрузок опускаются, вытесняя масло из своих поршневых полостей через дроссели Др3 и Др4, обратные клапаны КО3, КО4 и гидрозамки ЗМ1, Зм2 в бак.
Рис.2 Гидросхема привода с набором дросселей
Рассматриваемый привод с конструктивной точки зрения весьма простой, компактный и позволяет также легко обеспечить «дожим» отстающего цилиндра на завершающем участке подъёма. Для снижения затрат мощности при опускании цилиндров к поршеньковым полостям гидрозамков достаточно подключить перепускной клапан, настроенный на небольшое давление. Причём это давление во столько раз меньше рабочего давления в поршневой полости более нагруженного цилиндра, во сколько раз площадь управляющих поршеньков этих гидрозамков больше площади их седла. Ещё одним достоинством привода является возможность его использования при ручном управлении, поскольку для выполнения рабочих операций достаточно переключать один распределитель. Следует однако заметить, что для предотвращения «сползания» цилиндров при неработающем приводе его гидрозамки должны иметь абсолютную внутреннюю герметичность в сопряжении «клапан-седло». Этому требованию соответствуют, в частности, гидрозамки типа ЛГФИ, выпускаемые АО «Арзамасский приборостроительный завод», и типа 541.12, выпускаемые АО «Пневмостроймашина», г. Екатеринбург. Такие гидроаппараты предназначены для работы при давлении до 32 МПа и обеспечивают пропускание расхода до 125 л/мин.
К недостаткам данного
привода следует отнести
Синхронизация с помощью регуляторов расхода
Для обеспечения равенства скоростей цилиндров рассмотренной гидросхемы при значительном изменении действующих на них нагрузок в кинематическую ветвь каждого цилиндра вместо пары дросселей достаточно включить два регулятора расхода РР (рис.3).
Рис.3 Фрагмент гидросхемы с двумя регуляторами расхода в кинематической ветви каждого гидроцилиндра
В данном случае скорость
опускания цилиндров можно
Рис.4 Вариант с одним регулятором расхода в кинематической ветви каждого цилиндра
Серийно выпускаемые РР имеют небольшие габариты и надёжны в эксплуатации. При изменении нагрузки на цилиндр от нуля до номинальной величины изменение расхода через такой регулятор не превышает 5…8 %. Причём с уменьшением диапазона изменения нагрузки погрешность синхронизации снижается. Ещё одним достоинством варианта синхронизации с использованием РР является возможность применения цилиндров разного диаметра для обеспечения синхронного перемещения объектов, имеющих разную массу. В этом случае для подъёма объекта, имеющего наименьшую массу, используют цилиндр, диаметр которого меньше диаметра более нагруженного цилиндра. Соотношение указанных диаметров целесообразно выбирать таким образом, чтобы обеспечить примерное равенство рабочих давлений в поршневых полостях обоих цилиндров. При соблюдении указанного условия обеспечивается повышение КПД привода и сокращение энергозатрат при выполнении операции подъёма, а также уменьшение суммарной массы цилиндров и их стоимости.
Для оснащения приводов, работающих при давлении до 32 МПа, можно использовать регуляторы расхода типа МПГ 55-2М, выпускаемые АО «Гидравлик», г. Грязи, и типа РР-10, выпускаемые АО «Завод гидроавтоматики», Санкт-Петербург. Однако такие гидроаппараты предназначены для эксплуатации при положительных температурах окружающей среды. Более универсальным устройством является регулятор расхода типа ГА-231, выпускаемый авиационной промышленностью и предназначенный для работы при давлении до 22 МПа и при температуре окружающей среды до – 60°С. Если давление в создаваемом приводе больше 22 МПа, то вместо регуляторов типа ГА-231 в качестве синхронизатора можно применить ограничители (стабилизаторы) расхода собственной конструкции.
Синхронизация с помощью делителя потока
Синхронное движение
двух гидродвигателей можно
Рис.5 Схемное изображение делителя потока
Одним из достоинств такого устройства по сравнению с ранее рассмотренными вариантами синхронизации является возможность варьирования величиной скорости движения гидродвигателей (путём изменения расхода, подаваемого на вход делителя от насоса) при сохранении их синхронного режима работы. Делители типа МКД, выпускаемые АО «Гидравлик» и предназначенные для эксплуатации при давлении до 32 МПа, обеспечивают режим деления при изменении поступающего к ним расхода от 4 до 160 л/мин. Различие расходов, подаваемых от такого делителя к гидродвигателям, не превышает 1 %, что меньше погрешности синхронизации, характерной для варианта с регуляторами расхода. Конструктивный вид и основные параметры этого делителя представлены в [2]. Следует однако заметить, что делители типа МКД предназначены для работы при положительных температурах окружающей среды. Ещё одним их недостатком является невозможность суммирования расходов, поступающих к выходным отверстиям делителя, с поддержанием равенства этих расходов.
Более универсальными с этой точки зрения являются делители-сумматоры потока (рис.6), с помощью которых осуществляется синхронное движение гидродвигателей как в прямом направлении, так и в обратном (т.е. при реверсе).
Рис.6 Схемное изображение делителя-сумматора потока
Эти устройства нередко называют также реверсивными порционерами. Конструктивная схема порционера типа ГА - 215 представлена в [3], а порционера типа ГА - 57 – в [4]. Указанные порционеры, выпускаемые авиационной промышленностью, имеют весьма небольшие размеры, отличаются высокой надёжностью и предназначены для работы в диапазоне температур окружающей среды от – 60°С до + 80°С при давлении до 21 МПа. Их погрешность синхронизации сравнительно невелика и определяется главным образом разнонагруженностью гидродвигателей. Чем меньше различие указанных нагрузок, тем точность синхронизации выше.
Особенностью применения делителей потока в гидрофицированном оборудовании с синхронно работающими цилиндрами является необходимость использования цилиндров одинакового диаметра. По этой причине операция подъёма цилиндров в синхронном режиме в случае большого различия действующих на них нагрузок характеризуется значительным дросселированием масла, поступающего через делитель в поршневую полость менее нагруженного цилиндра, что обусловливает снижение КПД привода, возрастание температуры масла и сокращение срока его службы. С учётом сказанного делители потока целесообразно применять, прежде всего, в приводах небольшой мощности, в приводах периодического действия или в приводах, в которых различие нагрузок на гидродвигатели невелико. В других случаях более рационально использовать синхронизатор в виде регуляторов расхода. Если требования к точности синхронизации невысокие и нагрузки на гидродвигатели постоянны, то в состав привода целесообразно включить набор дросселей, поскольку такой привод имеет простую структуру и минимальную стоимость.
1.2.2 Объёмная синхронизация
Использование для реализации такого режима дроссельных синхронизаторов не всегда эффективно, особенно в случае разнонагруженности гидродвигателей. Чем больше разнонагруженность, тем меньше КПД привода, что приводит к росту энергозатрат, повышению температуры масла и к ускорению его старения. В таких случаях целесообразно ориентироваться на применение объёмных синхронизаторов, для которых характерны минимальные потери давления.
При выборе объёмного синхронизатора того или иного типа для создаваемых приводов необходимо учитывать следующие факторы:
1. Точность (погрешность)
синхронизации, а также её
2. Габариты и масса синхронизатора, поскольку к современному оборудованию обычно предъявляются высокие требования к минимизации его массогабаритных параметров.
3. Вопросы комплектации привода
соответствующими
Важность последнего
фактора объясняется тем, что
недостаточная информированност
Рассмотрим основные разновидности объёмных синхронизаторов и возможности их применения для различных промышленных условий.
Синхронизация с помощью насосов
На рис.7 представлена гидросхема привода подъёма, в которой синхронизация цилиндров Ц1 и Ц2 осуществляется с помощью двухсекционного насоса Н, приводимого во вращение одним электродвигателем. Подъём объектов G1 и G2 производится при переключении распределителей Р1 и Р2 в левую позицию, а опускание – при их переключении в правую. Причём в процессе опускания масло из поршневых полостей цилиндров Ц1 и Ц2 вытесняется в бак через перепускные клапаны ПК1 и ПК2.
Рис.7 Гидросхема привода с двухсекционным насосом
Уравнения расходов для напорных ветвей такого привода при выполнении операции подъёма можно записать следующим образом:
где: v1 и v2 – скорости подъёма цилиндров Ц1 и Ц2; S1 и S2 – площади поршней этих цилиндров; q1, q2 и rН1, rН2 – рабочие объёмы и удельные утечки насосных секций Н1 и Н2; n – частота вращения этих секций; r1 и r2 – удельные утечки распределителей Р1 и Р2; p1 и p2 – рабочие давления в напорных ветвях, определяемые (без учёта гидромеханических потерь) весом объектов G1 и G2.
Различие действительных значений параметров S1 и S2, q1 и q2, rН1 и rН2, r1 и r2, влияющее на погрешность синхронизации , определяется главным образом разбросом геометрических размеров соответствующих деталей гидроагрегатов в пределах допусков на их изготовление. При этом следует иметь в виду, что определить заранее расчётным путём значения указанных параметров не представляется возможным, поскольку, во-первых, для насосов и распределителей официальная информация о допускаемых отклонениях этих значений от их номинальных величин отсутствует, а во-вторых, приёмо-сдаточным испытаниям на заводах-изготовителях подвергается в большинстве случаев лишь часть серийно выпускаемых гидроагрегатов. С учётом сказанного для определения погрешности Δv создаваемого привода и сопоставления её с допускаемой величиной (определяемой требованиями заказчика) можно рекомендовать следующее решение. На завершающем этапе монтажа привода проводят его испытания, подключая напорные магистрали не к цилиндрам, а к нагружающим устройствам, содержащим регулируемые дроссели и расходомер. После чего на основании полученных данных получают (с учётом допущения о равенстве площадей S1 и S2) графическую зависимость скоростей подъёма цилиндров от нагрузки (рис.2). Если экспериментально полученное значение Δv превышает допускаемую величину, то кинематическую ветвь привода, содержащую насос Н2 и распределитель Р2, подключают к менее нагруженному цилиндру Ц1. В ряде случаев для уменьшения Δv в магистраль, соединённую с обратным клапаном КО1, можно установить дополнительный дроссель. Тогда с его помощью представляется возможным увеличить внутренние утечки в насосе Н1 и распределителе Р1 и уменьшить тем самым различие в скоростях подъёма цилиндров. Поскольку такое решение обусловливает возрастание энергозатрат, его целесообразно применять для приводов небольшой мощности или для приводов периодического действия.
Рис.8 Зависимость скорости подъёма гидроцилиндров от нагрузки
Рассматриваемый привод позволяет также осуществлять режим «дожима» отстающего цилиндра. Если, например, цилиндр Ц1 первым завершит свой рабочий ход при подъёме, то отстающий цилиндр Ц2 продолжит движение вверх. Причём в этот период времени масло от насоса Н1 будет вытесняться в бак через предохранительный клапан КП1. Фиксация этих цилиндров в поднятом положении осуществляется с помощью обратных клапанов КО1, КО2 и перепускных клапанов ПК1, ПК2. Вполне очевидно, что для исключения «сползания» цилиндров при неработающем приводе указанные аппараты должны иметь абсолютную внутреннюю герметичность. Этому требованию с целью уменьшения погрешности синхронизации должны удовлетворять и предохранительные клапаны КП1, КП2. Для оснащения создаваемого привода такой аппаратурой можно, в частности, использовать предохранительные клапаны прямого действия типа У462, выпускаемые АО «Пневмостроймашина», г. Екатеринбург.
Определённым недостатком рассматриваемого варианта синхронизации является весьма ограниченная номенклатура выпускаемых в стране двухсекционных насосов. Агрегатный завод «Гидропривод» (г. Елец) выпускает гамму пластинчатых насосов типа НПл, однако они предназначены для работы на достаточно вязких маслах при положительных температурах окружающей среды и, кроме того, работоспособны при давлении не более 16 МПа. Предприятие «Гидропривод» (г. Шахты») освоило производство радиально-поршневых насосов типа НПР на давление до 50 МПа, однако такие насосы выпускаются только с рабочим объёмом каждой секции 16 см3 и также предназначены для работы при положительных температурах.
Для расширения возможностей применения приводов с объёмной синхронизацией во многих случаях целесообразно ориентироваться на другой вариант, содержащий двухвальный электродвигатель (ЭД) с подключёнными к нему насосами Н1 и Н2 (рис.9). Такой вариант хотя и уступает ранее рассмотренному с точки зрения компактности, однако существенно облегчает вопросы комплектации проектируемых приводов. Необходимо, однако, иметь в виду, что требуется применять однотипные насосы как правого, так и левого вращения. В качестве таких гидроагрегатов можно использовать шестерённые насосы типа НШ («Агрегатный завод», г. Омск, «Гидроагрегат», г. Павлово), аксиально-поршневые насосы типа 310 («Пневмостроймашина»), большую гамму аксиально-поршневых и радиально-поршневых насосов, выпускаемых предприятием «Гидропривод» (г. Шахты), а также малогабаритные аксиально-поршневые насосы типа НП авиационной корпорации «Рубин».
Рис.9 Фрагмент гидросхемы привода с двухвальным электродвигателем
Достаточно эффективным является также вариант, содержащий раздаточную зубчатую коробку, входной вал которой соединён с ЭД, а выходные валы – с насосами. При использовании такого варианта облегчается выбор насосов и гидродвигателей из числа серийно выпускаемых, а требуемое значение линейной скорости цилиндров или угловой скорости гидромоторов легко обеспечивается путём выбора соответствующей величины передаточного отношения зубчатых пар. Кроме того, с помощью этого варианта достаточно просто обеспечить синхронное движение трёх и более гидродвигателей. Некоторым его недостатком является необходимость разработки, изготовления и размещения на машине такой зубчатой коробки.
Ещё одним эффективным
вариантом является использование
нерегулируемого и

- Гидравлический привод тормозной системы
- Гидратация ацетальдегида
- Гидрологиялық төтенше жағдай
- Гидромаш-Орион көпір темір бетон конструкция» ЖШС-де бетонды өндіру технологиялық процесін басқару, сынау және сапасын бақылау маман
- Гидроочистка вакуумного газойля
- Гидроочистка дизтоплива
- Гидроочистка масел
- Геральдические символы и знаки в современной рекламе
- Германия после Второй мировой войны
- Герои и антигерои первой Чеченской войны (1994-1996гг.)
- Герой нашего времени
- Гжельская художественной керамики
- Гибридтік байланыс желі құрылымдары
- Гигиена труда и промышленной санитарии в МЛПУ «Когалымская городская больница»