Расчет моечных установок

 

Оглавление

 

 

    1. Расчет моечных установок

Задание: В соответствии с индивидуальным вариантом исходных данных определить расход жидкости моечной установкой, необходимый напор насоса и мощность электродвигателя для его привода.

  Таблица 1 – Исходные  данные

Вариант

5

Тип насадки

к

Диаметр отверстия насадки, мм

1,8

Количество насадок, шт

14

hв ,м

2,2

hн ,м

1,4

l1, м

8

d1, мм

50

l2, м

12

d2, мм

50

l3, м

3

d3, мм

40

l4, м

5

d4, мм

25

Диаметр щетки, м

1,0

Частота вращения щетки, с-1

1,2

Высота щетки, м

1,0

Количество щеток, шт

4


 

 

      1. Расчет  моечных струйных установок

      1. Определение расхода моющей жидкости

Для определения расхода моющей жидкости вначале определим скорость потока в струе VН (м/с) на выходе из насадка:

 

,                                         (1.1)

 

где φ - коэффициент скорости, зависящий от профиля сопла (таблица 1.1), т.к. насадка коническая, то ;

Pн - напор (давление) перед насадкой. Принимаем Pн = 1,0∙106 Па;

ρ - плотность жидкости , кг/м3. Принимаем ρ = 1000 кг/м3.

Скорость жидкости на выходе из насадка может достигать 30...90м/с.

Расход жидкости через все насадки (подача насоса) Q (м3/с) определим по формуле

 



 



,                                   (1.2)

 

где ƒ - коэффициент запаса расхода (ƒ = 1,2);

     dн - диаметр сопла насадки, м;

       n - число насадок;

       μ - коэффициент  расхода.

Количество насадок в моющей рамке определяется обмываемым периметром автомобиля. Расстояние между насадками принимается равным  0,5 м.

 

      1. Определение необходимого напора насосной установки

Расчетная схема насосной установки изображена на рисунке 1.1.

1 - заборный колодец; 2 - сетка; 3 - задвижка; 4 - насос;  5 - трубопроводы; 6 - моющая рамка

Рисунок 1.1- Расчетная схема насосной установки

Выбор насоса производится с учетом  его совместной работы с трубопроводами.

Высота подьёма жидкости равна

                                                   Нг = hв+ hн ,                                                (1.5)

Нг = hв+ hн = 2,2 + 1,4 = 3,6 м

где   hв  - высота всасывания, м;

         hн - высота нагнетания, м.

Статический  напор (Па):

                                            Pс = Нг  ρн  g ,                                                       (1.4)

Pс = Нг  ρн  g = 3,6 * 1000 * 9,8 = 35280 Па

где Pс – статический  напор, Па;

Нг - высота подьёма жидкости, м;

            g – ускорение свободного падения, g  = 9,8  м/с2;

        ρн - плотность жидкости , кг/м3.

На каждом участке трубопровода (l1 , l2 , l3 , l4 ) скорость жидкости  равна

                                                       ,                                        (1.10)

где Q – расход жидкости на участке трубопровода (l1 , l2 , l3 , l4 ), м3/с;

       d - диаметр на участке трубопровода (l1 , l2 , l3 , l4 ) , м.

Для водопроводных стальных труб коэффициент потерь на трение λ  зависит от числа Рейнольдса .

Число Рейнольдса определяется по формуле.

                                                         ,                                        (1.9)

где Vi - скорость жидкости на участке трубопровода (l1 , l2 , l3 , l4 ) , м/с;

        di - диаметр на участке трубопровода (l1 , l2 , l3 , l4 ) , м;     

       10-6 -  кинематическая вязкость для воды, м2/с.

При коэффициент потерь на трение λ определяется по выражению

                                                   ,                                               (1.11)

При коэффициент потерь на трение λ определяется по выражению

                                                    ,                                        (1.12)

На каждом участке трубопровода (l1 , l2 , l3 , l4 ) потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений ΔРi, (Па) определяются отдельно по уравнению

 

                                   

,                                    (1.7)

где ΣЕ - сумма коэффициентов местных сопротивлений по длине           трубопровода на участке длиной   с диаметром трубы d;

        λ - коэффициент потерь на трение;

        ρ - плотность жидкости , кг/м3.

 

С достаточной для практических расчетов точностью можно считать, что для сетки  Е = 9,7,  для всасывающего клапана -7,0,  для задвижки - 5,5, для колена - 2. Т.е. ∑Е = 22,2.

На 1-ом участке трубопровода (l1) скорость жидкости по формуле (1.10) равна

      

Число Рейнольдса определяется по формуле (1.9)

;    

      При  коэффициент потерь на трение λ определяется по выражению из формулы (1.11)

                                                     

;  

Потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений ΔР1, (Па) определяются по уравнению (1.7)4,689883483

;                                  

На 2-ом участке трубопровода (l2) скорость жидкости по формуле (1.10) равна

      

Число Рейнольдса определяется по формуле (1.9)

;    

      При  коэффициент потерь на трение λ определяется по выражению из формулы (1.11)

;  

Потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений ΔР2, (Па) определяются по уравнению (1.7)

;                                  

На 3-ем участке трубопровода (l3) скорость жидкости по формуле (1.10) равна

      

Число Рейнольдса определяется по формуле (1.9)

;    

      При  коэффициент потерь на трение λ определяется по выражению из формулы (1.11)

 ;  

Потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений ΔР3, (Па) определяются по уравнению (1.7)

;                                  

На 4-ом участке трубопровода (l4) скорость жидкости по формуле (1.10) равна

      

Число Рейнольдса определяется по формуле (1.9)

;    

      При  коэффициент потерь на трение λ определяется по выражению из формулы (1.11)

;  

Потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений ΔР4, (Па) определяются по уравнению (1.7)

;                                  

Суммарные потери напора Σ∆P в трубопроводах установки:

                                    

,                        (1.6)

где ∆P1 - суммарные потери напора на участке трубопровода l1, Па;

       ∆P2 - суммарные потери напора на участке трубопровода l2, Па,   

 и т. д.

Напор насоса Р, (Па ) проектируемой установки будет равен

                                       

,                                      (1.3)

где Σ∆P - суммарные потери напора в трубопроводах установки, Па;

                   Pс – статический  напор, Па;

          Pн - напор в насадке (динамический напор), Па.

Коэффициент сопротивления отверстия и насадка Ен определяется по формуле

,           (1.8)

где φ - коэффициент скорости (таблица 1.1).

Далее, руководствуясь напором P и подачей Q, выбирают марку насоса.

      1. Определение мощности электродвигателя

Мощность на привод насоса N, (Вт) определяется по формуле

  ,                                                  (1.16)

где ηн - КПД насоса;  ηн = 0,5;

 ηэ - КПД привода от  электродвигателя,  ηэ = 0,95;

 Q -  суммарный расход жидкости, м3/с;

  Р - напор насоса, Па.

Насос во избежание появления кавитации лучше устанавливать как можно ниже по отношению к уровню воды в заборном колодце.

      1. Расчет моечных щеточных установок

Линейная скорость нитей VЛ (м/с) равна

,    (1.18)

где r - радиус щетки, м;

      n - частота вращения щетки, об/с.

Мощность на привод одной щетки

,                                            (1.17)

где К3 - коэффициент запаса по мощности, учитывающий потери на деформацию нитей, разбрызгивание капель воды, перемешивание воздуха, потери в подшипниках и механизмах привода,  К3 = 1,8...2,2;

          L - высота щетки, м;

Pц – сила  прижатия нитей к поверхности кузова, Pц = 200Н/м;

Vл - линейная скорость нитей, м/с;

f  - коэффициент трения скольжения нитей по поверхности кузова (f = 0,1).   

Рисунок 1.2 - Расчетная схема привода щетки

а) - схема работы щетки; б) - деформация щетки.

Определив мощность на привод одной щетки, находят общую мощность двигателей

WΣ  = Wnщ  ,                                              (1.19)

WΣ = 136,8 ∙ 4 = 547,2 Вт

 

где nщ - число щеток.

        Скорость  передвижения автомобиля во время  мойки

  ,                         (1.20)

где i = 110…130 - наиболее эффективное соотношение между скоростью вращения щеток и скоростью передвижения автомобиля.

 

    1. Расчёт вентиляторной установки для удаления отработавших  газов автомобилей

Задание: В соответствии с индивидуальным вариантом исходных данных определить параметры вентилятора в стационарной установке для удаления отработавших газов из помещения СТО, подобрать марку вентилятора и рассчитать мощность электродвигателя для его привода.

Рис. 2. Стационарная установка для удаления отработавших газов из помещения СТО

      1. Определение потерь напора вентилятора

Вначале мы задаемся скоростью движения воздуха V и определяем с учетом подачи необходимые диаметры D  всех участков воздуховода.

                                        

  ,                         (2.3)

где  L - подача, м3/ч;

V - скорость воздуха, м/с.

Потери напора вентилятора на каждом участке равна:

   ,                 (2.4)

где  Рy - потеря напора на участке, Па;

R - потери напора на трение в воздуховоде длиной 1м, Па (таблица 2.1);

l - длина участка воздуховода, м;

Z - потери напора в местных сопротивлениях на том же  участке воздуховода, Па

,                   (2.5)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений на рассматриваемом участке воздуховода (таблица 2.2);

ρ - плотность воздуха, кг/м3.

   

   

 

Таблица 2.1 - Данные для расчета круглых стальных воздуховодов

Динами-ческое

давление

Скорость движения воздуха, м/с

Количество проходящего воздуха в м3/ч и сопротивление трения, Па на 1 м воздуховода при внутренних диаметрах, м

0,18

0,2

0,23

0,25

0,28

0,32

0,36

0,4

0,45

0,5

0,56

2,403

2

183

226

286

353

443

561

712

904

1145

1413

1772

0,353

0,265

0,265

0,235

0,206

0,176

0,147

0,128

0,108

0,098

0,088

3,453

2,4

220

271

343

424

532

673

865

1085

1373

1696

2127

0,49

0,432

0,373

0,324

0,284

0,245

0,206

0,176

0,157

0,137

0,118

4,709

2,8

256

317

401

495

620

785

997

1266

1602

1978

2481

0,647

0,559

0,49

0,432

0,373

0,324

0,275

0,235

0,206

0,176

0,157

6,141

3,2

293

362

458

465

709

897

1140

1447

1831

2261

2836

0,824

0,716

0,628

0,549

0,471

0,412

0,353

0,304

0,265

0,226

0,196

7,779

3,6

330

407

515

636

798

1009

1282

1628

2060

2543

3190

1,02

0,892

0,775

0,677

0,589

0,51

0,441

0,373

0,324

0,284

0,245

9,604

4

366

452

572

706

886

1122

1426

1809

2289

2826

3534

1,236

1,079

0,932

0,814

0,706

0,608

0,53

0,451

0,391

0,343

0,296

11,576

4,4

403

497

629

777

975

1234

1567

1990

2518

3109

3899

1,472

1,285

1,108

0,971

0,853

0,736

0,628

0,54

0,471

0,412

0,353

13,83

4,8

440

543

687

848

1063

1346

1710

2170

2747

3391

4254

1,426

1,51

1,305

1,148

0,991

0,853

0,736

0,638

0,549

0,481

0,422

15,01

5

458

565

715

883

1108

1402

1781

2261

2861

3532

4431

1,854

1,619

1,402

1,236

1,069

0,922

0,795

0,589

0,589

0,52

0,451

17,462

5,4

494

610

773

954

1196

1514

1923

2442

3090

3815

4786

2,138

1,874

1,619

1,422

1,236

1,06

0,912

0,785

0,677

0,598

0,52

20,21

5,8

531

656

830

1024

1285

1626

2066

2623

3319

4098

5140

2,443

2,129

1,844

1,619

1,403

1,216

1,05

0,902

0,775

0,677

0,589

21,582

6

549

678

858

1060

1329

1682

2137

2713

3434

4239

5317

2,6

2,266

1,962

1,726

1,491

1,296

1,108

0,961

0,824

0,726

0,628

24,623

6,4

586

724

916

1130

1418

1795

2279

2894

3662

4522

5672

2,923

2,56

2,217

1,942

1,687

1,452

1,256

1,079

0,932

0,814

0,706

27,762

6,8

623

769

973

1201

1501

1907

2422

3075

3892

4804

6026

3,276

2,864

2,472

2,168

1,884

1,628

1,403

1,207

1,04

0,912

0,795

29,42

7

641

791

1000

1236

1551

1963

2493

3165

4006

4945

6204

3,453

3,021

2,609

2,286

1,991

1,717

1,481

1,275

1,099

0,961

0,834

33,746

7,5

687

848

1075

1325

1662

2103

2571

3391

4292

5299

6647

3,924

3,434

2,972

2,6

2,256

1,952

1,678

1,452

1,246

1,099

0,952

38,357

8

733

904

1145

1413

1772

2243

2849

3617

4578

5652

7090

4,424

3,856

3,345

2,933

2,551

2,217

1,893

1,628

1,402

1,236

1,069

43,36

8,5

778

961

1216

1501

1885

2383

3027

3843

4864

6005

7533

4,954

4,326

3,747

3,286

2,855

2,462

2,119

1,824

1,579

1,383

1,197

48,56

9

824

1017

1288

1590

1994

2524

3205

4069

5150

6359

7976

5,513

4,817

4,169

3,659

3,169

2,737

2,364

2,031

1,756

1,54

1,334

54,151

9,5

870

1074

1359

1678

2105

2664

3383

4296

5437

6712

8419

6,102

5,327

4,611

4,042

3,512

3,031

2,609

2,246

1,942

1,697

1,472

60,04

10

916

1130

1431

1766

2216

2804

3561

4522

5723

7065

8862

6,71

5,866

5,072

4,454

3,865

3,335

2,874

2,472

2,139

1,874

1,619




 

Примечание: В числителе дано количество проходящего по воздуховоду воздуха, м3/ч; в знаменателе - сопротивления трения, Па.

 

Таблица 2.2 - Значения коэффициентов местных сопротивлений     воздуховодов

Наименование местного сопротивления

Коэффициент Е

 

Внезапное расширение

 

 

 

 

Внезапное сужение

 

 

Диффузор круглого сечения

 

Поворот под углом 90˚

 

Ответвление под углом 90˚

 

Соединение вентилятора с воздуховодом

 

Сопротивление воздухоприёмников

,

 при  ,

 

,

при ,

 

 

 

 

 

 


 

Примечание: F – площадь сечения воздуховода до сужения или после расширения; 

f - площадь сечения воздуховода до расширения или после сужения.Общая величина потерь напора в магистральном канале равна

                                         (2.6)

      1. Подбор вентиляционного агрегата

В состав вентиляционного агрегата входят вентилятор и электродвигатель, приводящий в движение рабочее колесо вентилятора. В настоящей работе для рассчитываемой системы вентиляции применяются центробежные вентиляторы. Подбор вентилятора может производиться двумя путями.

Во первых - по прототипу. В этом случае для имеющегося вентилятора определяется частота вращения рабочего колеса, которая обеспечивает необходимые подачу и давление.

Во вторых - по критерию быстроходности. По этому критерию подбирается вентилятор, который обеспечит максимальный К.П.Д. при заданных напоре и подаче.

Выполним подбор вентилятора по прототипу

Частоту вращения рабочего колеса подбирают по необходимым подаче и напору, пользуясь характеристиками (приложение Б). Характеристики - это графические зависимости напора и КПД от подачи вентилятора при различных оборотах рабочего колеса.

Для подбора вентилятора необходимую подачу Lвент определяют по формуле:

                                            ,                                (2.7)

где Lрасч - полученная по расчету суммарная подача для всех ответвлений сети, м3/ч;

k - коэффициент запаса, k =1,1 для стальных воздуховодов длиной до 50 м; k =1,15 для стальных воздуховодов длиной более 50 м.

                                    ,                         (2.8)

где L1,L2,L3- подача для 1,2,3-го ответвления сети из исходных данных, м3/ч;

Напор для подбора вентилятора Рвент определяют по формуле:

,                                  (2.9)

где Р0 - общая величина потерь напора в магистральном канале, подсчитанная по формуле (2.6), Па;

δ - коэффициент запаса, учитывающий подсосы воздуха δ = 1,1.

Электродвигатель подбирается по установленной мощности и частоте вращения рабочего колеса по таблице в приложении Г.

Необходимую мощность на привод вентилятора определяют по формуле

 ,     (2.13)

где  Nв - мощность, потребляемая вентилятором, Вт;

ηв - КПД вентилятора (по характеристике);

ηп - КПД привода, принимаемый:

- для электровентиляторов  ηп=1,0;

- для муфтового соединения ηп=0,98;

- для клиноременной передачи ηп=0,95.

Установленную мощность электродвигателя определяют по формуле:

,     (2.14)

где m - коэффициент запаса мощности электродвигателя (таблица 2.3).

 

Таблица 2.3 - Коэффициент запаса мощности электродвигателей у радиальных  вентиляторов

Мощность на валу электродвигателя, кВт

до 0,5

От 0,5 до 1,0

От 1,0 до 2,0

От 2,0 и выше

Коэффициент запаса, m

1,5

1,3

1,2

1,1


 

 

    1. Расчет  механизмов электромеханического  подъемника

Задание: В соответствии с индивидуальным вариантом исходных данных выполнить расчёт основных механизмов электромеханического подъемника и определить параметры электродвигателя для его привода.

Исходные  данные

Грузоподьёмность, кН

40

Количество стоек, шт

4

Скорость подъема, м/мин 

1,8

l1 , м

0,4

Высота подьёма, м

1,8


 

      1. Расчет силовой винтовой передачи

Грузоподьёмность равна 40000 Н. Тогда Q = 10000Н.

По формуле (3.1) получим:

Параметры трапецеидальной резьбы которая применяется для грузовых винтов указаны в приложении В. Выберем с запасом резьбу с номинальным (наружным) диаметром 22 мм и шагом 2. Принимаем материал винтовой пары: для винта Сталь 45, для гайки – бронза Бр ОЦС-6-6-3.

Затем проверяем условия самоторможения винта

   < r,             

где L - угол подъема винтовой линии;

       r - угол трения, для винтовой пары сталь - бронза r = 40;  tg40 = 0,07.

 

 

 

Угол подъема винтовой линии определяем по формуле (3.3)

,

где Р - шаг резьбы.

Согласно рисунка В.1, внутренний диаметр резьбы равен: d2 – 0,5Р, а наружный диаметр: d2 + 0,5Р.

Мы выбрали по таблице наружный диаметр d = 22 мм, то средний диаметр будет равен 21 мм, а внутренний – 20 мм. Тогда

1,70 < 40, следовательно, условие самоторможения выполняется.

Коэффициент полезного действия винтовой пары определяется выражением (3.4)

Выполним проверку винта на прочность с учетом совместного действия деформации растяжения и кручения.

Напряжение растяжения sр по формуле (3.7) равно

                            sр = =  = 28,9 МПа               

        Момент трения  на опорах винта Мn по формуле (3.10) равен

                        Мn = = =0,525 Нм,

Величина крутящего момента Мкр определяется выражением (3.9)

   Мкр = = = 11,025 Нм

Величина полярного момента сопротивления для круглого сечения, вычисляется по выражению (3.11)

                                  =                

где d1 - внутренний диаметр резьбы, в нашем примере d1 = 20 мм

Определим значение касательного напряжения t действующего на винт по формуле.

                                 t = =  ,   

где Мкр - крутящий момент прилагаемый к винту, Н × м;

Wр - полярный момент сопротивления, м3.

Затем определим приведенное напряжение в соответствии с формулой (3.6).

                         = , 

Допускаемое напряжение [s] для материала Сталь 45 равно 160МПа. 32,1МПа<160МПа. Условие прочности по приведенному напряжению, действующему на винт, соблюдается.

Затем определим необходимое число витков резьбы в гайке Z из расчета по допускаемому давлению. Подставив в формулу (3.12) значения указанных величин, получим требуемое число витков с округлением до ближайшего целого значения. Для пары сталь - бронза примем допускаемое удельное давление [g] = 12 МПа.

             =    

Определим высоту гайки по формуле (3.13)

h = Р × z = 2×13 =26мм

Определим наружный диаметр гайки по формуле (3.14)

           =

      1. Проверка на прочность поперечной балки

Поперечная балка испытывает деформацию изгиба. Выполним ее проверку на прочность. Расчетная схема дана на рисунке 3.3.

Проверку на прочность производим по условию

,                     (3.15)

где - максимальное напряжение изгиба в балке, МПа;

- максимальный изгибающий момент, Н · м;

Wz - осевой момент сопротивления поперечного сечения, м3;

- допускаемое напряжение изгиба, МПа.

Для материала Сталь 3 принимаем = 120 МПа.

- условие на прочность выполняется.

Максимальный изгибающий момент для данного вида нагружения определяется по формуле

= R1 l1,                 (3.16)

 = 5000 ∙ 0,4= 2000 Па

где R1 и  l1 - указаны на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Расчетная схема для проверки на прочность поперечной балки

     R1 = Q l1/ (l1 + l2)              (3.18)

Принимаем что l1 = l2. Подставив в уравнение указанные величины получим значение R1.

R1 = 10000 ∙ 0,4 / (2 ∙ 0,4) = 5000 Н

Далее определим необходимые размеры и толщину стенок поперечной балки.

Момент сопротивления для полого прямоугольного сечения балки определяется по выражению

                                            Wz =   ,                                (3.19)

где h, h1, в, в1 - размеры сечения балки в соответствии с рисунком 3.3.

Рисунок 3.3 - Схема сечения поперечной балки

Подберем величины h, h1, в, в1.

h = 1,0 м

h1 = 0,8 м

b = 0,4 м

b1 = 0,2 м

Подставим их в уравнение (3.19), получим значение максимального допустимого напряжения изгиба.

Wz =  

44,4 кПа < 120 Мпа – условие прочности для поперечной балки соблюдается.

Расчет моечных установок