Расчетная часть-Расчет гидропривода управления плашечным превентором манифольда ГУП -100 БР – 2-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Расчетная часть-Расчет гидропривода управления плашечным превентором манифольда ГУП -100 БР – 2: выбор рабочей жидкости. Рабочее давление,расчет основных параметров гидроцилиндра,приближенный расчет основных параметров силового гидроцилиндра, уточненный расчет основных параметров силового гидроцилиндра, Сила трения уплотнения манжетами, cилы противодавления, Расчет гидроцилиндра на устойчивость, Определение расхода, условный проход трубопроводов, определение потерь давления и объемных потерь в системе гидропривода, Тепловой расчет гидропривода-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

2. Расчеты
1. выбор рабочей жидкости. Рабочее давление

Для заданных условий работы гидропривода дано в задании трансформаторное масло. Рабочая температура 50°C, при этом кинематический коэффициент вязкости = 9,6 ССт = 9,6×〖10〗^(-6) м^2⁄с
По условию рабочие давление (Pр) =9 МПа = 9×〖10〗^6 Н⁄м^2

2. расчет основных параметров гидроцилиндра
2.1 приближенный расчет основных параметров силового гидроцилиндра

Внутренний диаметр силового гидроцилиндра (D)
D = √(4F/πPр) (1)
D= √((4×0,6×〖10〗^6)/(3,14×9×〖10〗^(6 ) )) = 0,29 = [0,32]м
где F – полезная нагрузка.
Диаметр штока (d):
т.к. Рр = 9МПа, то d = 0,5D = 0,5 × 0,32 = [0,16]м


2.2 уточненный расчет основных параметров силового гидроцилиндра

Полезные и дополнительные нагрузки определяют величину усилия, развиваемого гидроцилиндром
Т = Тс (2)
где Тс – статическая нагрузка при установившемся движении поршня.
Тс = F + Tтр + Тпр (3)
где F – полезная нагрузка, приведенная к штоку;
Tтр – сила трения в конструктивных элементах;
Тпр – сила противодавления.
Т = (0,6 + 0,02 + 0,024) × 〖10〗^6 = 0,644 МН
D = √(4T/(π Рр)) (4)
D= √((4 ×0,644 × 〖10〗^6)/(3,14 × 9 × 〖10〗^6 )) = 0,3 = [0,32] м
Толщина стенок тонкостенного гидроцилиндра
Для уменьшения габаритных размеров, материал стенок корпуса цилиндра, используем из стали.
t= D/( 2)×(√((σ+Pn(1-2μ))/(σ-Pn(1+2μ)))-1) (5)
где σ - допустимое напряжение на растяжение, для стали равно 120 МПа;
Рп – пробное давление;
μ – коэффициент Пуассона, для стали равен 0,3.
t= 0,32/2×(√((120+15(1-2×0,3))/(120-15(1+2×0,3)))-1)=0,16×0,14=0,022м
Толщина сферического донышка корпуса гидроцилиндра
t= (Pn×D)/4σ (6)
t= (15×0,32)/(4×120)=0,01

2.2.1 Сила трения уплотнения манжетами

Ттр=τмш+ τмп (7)
где τм - сила трения уплотнения манжетами.
τм=ƒ× π× d× l× Pp (8)
где ƒ – коэффициент трения для изделий из резины (0,03);
d – диаметр контактной поверхности (поршня, штока), равен 0,16;
l – длина контактной поверхности;
Pp – рабочие давление в гидроцилиндре;
l1=0,015 (ширина одной манжеты);
Z=5 (на штоке используем 5 манжет);
l= l1 * Z (9)
l=0,015*5=0,075
τмш=0,03*3,14*0,16*0,075*9*106=0,01*106Н
l2=0,02
Z=2 (на поршне 2 манжеты)
l= l2* Z (10)
l=0,02*2=0,04
τмп=0,03*3,14*0,32*0,04*9*106=0,01*106Н
Ттр=0,01*106+0,01*106=0,02*106Н

2.2.2 cилы противодавления

Тпр=Рпр*S (11)
где Рпр – величина противодавления (0,03*106Н/м2);
S – площадь сечения поршня (πR2=0,08 Н/м2).
Тпр=0,3*106*0,08=0,024*106 Н

2.3 Расчет гидроцилиндра на устойчивость

Допускаемая нагрузка из условий устойчивости
Fэ = F_кр/(к*n_ц ) (12)
где к – коэффициент, учитывающий возможное повышение давления в гидросистеме равен 1,15;
nц – запас устойчивости для стали = 1,5;
Fкр – критическая сила.
Fкр = С (π^(2 ) Е J)/l^2 (13)
где Е – модуль упругости материала, равен 22*10Мпа;
С – коэффициента учета заделки концов цилиндра и штока, равен 2;
l – полная длина цилиндра с выдвинутым штоком;
J – момент инерции.
J=(π(〖Dн〗^4-D^4))/64 (14)
где Dн – наружный диаметр цилиндра;
D – внутренний диаметр цилиндра.
J=(3,14(〖0,37〗^4-〖0,32〗^4))/64 =0,0004
Fкр=2(〖3,14〗^2*220000*〖10〗^6*0,0004)/〖0,76〗^2 =3000мН
Fэ=3000/(1,15*1,5) =1740 мН
допустимое давление в цилиндре
Рдол=Fэ/s (15)
Рдол=(1740*〖10〗^6)/0,08 =21750МПа
так как Рр ‹ Рдол, то цилиндр устойчив




3. подбор трубопроводов
3.1 Определение расхода

При подачи жидкости в бесштоковую полость расход определяется по формуле:
Q=(π〖(D〗^2- d^2))/4*S/t (16)
где D –диаметр гидроцилиндра;
d - диаметр штока;
S – ход поршня;
t – время рабочего хода.
Q=(3,14*〖(0,32〗^2- 〖0,16〗^2))/4*0,32/7= 0,0027 м3/с
Подача насоса должна быть больше расхода
Qн= 1,1Q (17)
Qн =1,1*0,0027=0,003 м3/с

3.2 допустимые скорости движения жидкости в трубопроводах

 в нагнетательном – Vн = 7 м/с
 в сливном – Vсл = 4 м/с



3.3 условный проход трубопроводов

  для нагнетательного трубопровода
Dу.н=√(4Qн/πVн) (18)
Dу.н=√((4*0,003)/(3,14*7)) =0,023= [0,025]м
 для сливного трубопровода
Dу.сл=√(4Qн/πVсл) (19)
Dу.сл=√((4*0,003)/(3,14*4)) = 0,03 = [0,032]м

3.4 фактические скорости движения жидкости в трубопроводах

Vн=4Qн/(π〖Dу.н〗^2 ) (20)
Vн=(4*0,003)/(3,14*〖0,025〗^2 ) = 6,1 м/с
Vсл=4Qн/(π〖Dу.сл〗^2 ) (21)
Vсл=(4*0,003)/(3,14*〖0,032〗^2 ) = 3,7 м/с


Материал используемых труб Стиль 20

Минимально допустимая толщина стенки трубопровода
j=PpDу/(2σ_в ) *Кб (22)
где σ – предел прочности для растяжения, σв=400МПа;
Кб – коэффициент безопасности.
 для нагнетательного участка Кб=6
 для сливного участка Кб=4
jн=(6*9*0,025)/(2*400) =0,0016м
jсл=(4*9*0,032)/(2* 400) =0,0014м
 для нагнетательного участка трубопровода используются соединения с развальцовкой
 для сливного участка трубопровода используются фланцевые соединения








4. определение потерь давления и объемных потерь в системе гидропривода
4.1 определение потерь давления

Суммарные потери давления в гидросистеме гидропривода
∆Р=∑∆Ртр+∑∆Рм+∑∆Р_Г (23)
где ∑∆Ртр - потери давления при трении движущейся рабочей жидкости в трубопроводах;
∑∆Рм - потери давления в местных сопротивлениях трубопроводов;
∑∆Р_г – потери давления в гидроаппаратуре.
∆Ртр=λ×l/Dy×ρ×v^2/2 (24)
где ρ - плотность жидкости;
Dy – внутренний диаметр трубопровода;
v – скорость движения жидкости;
l - длина участка трубопровода;
λ – коэффициент сопротивления трения.
число Рейнольдса
Re=(V ×Dy)/θ (25)
где θ – коэффициент кинематической вязкости жидкости
ReH = (6,1 × 0,025)/( 9,6×〖10〗^(-6) ) = 15885
Из числа Рейнольдса следует, режим движения турбулентный.
Если 2300 < Re < 20Dy/∆
2300 < 15885 < 20000
то λ = 0,3164/Re^0,25 (26)
то λ = 0,3164/〖15885〗^0,25 =0,028
∆Ртр=0,028×25/0,025×880×6,1/2=0,075 МПа
Re сл =(3,7 × 0,032)/(9,6×〖10〗^(-6) ) =12333
2300 < 12333 < 20000
то λ = 0,3164/〖12333〗^0,25 =0,03
∆Ртр.сл.=0,03×25/0,032×880×3,7/2=0,038 МПа
∑Ртр = 0,075 + 0,038 = 0,11 МПа
Потери давления в отдельных местных сопротивлениях
∆Рм=ξ×ρ×v^2/2×b (27)
где ξ – коэффициент местного сопротивления;
v – скорость в сечении за местным сопротивлением;
b – поправочный коэффициент.

На нагнетательном и сливном участках по 4 колена со средним радиусом изгиба

∆Рм_н=4×0,75 ×880×〖6,1〗^2/2×1=0,05 МПа

∆Рм_сл=4×0,75 ×880×〖3,2〗^2/2×1=0,013 МПа

∑▒█(Рм=0,05+0,01=0,06 МПа@)

Потери давления на гидроаппаратуре

∆Рг_н= ∆Рок+∆Рф+ ∆Рр

где ∆Рок - потери давления в обратном клапане
∆Рф - потери давления в фильтре
∆Рр - потери давления в распределителе

∆Рг_н= 0,15+0,5+ 0,15=0,95 МПа

∆Р=0,11+0,06+0,95=1,12 МПа


4.2 определение объемных потерь в системе гидропривода

общие объемные потери в гидроприводе
∆Q=q_н+q_гц+q_з (28)

где qн – потери в насосе;
qгц – потери в гидроцилиндре;
qз – потери в золотнике.
Приближенное значение перечисленных потерь можно выразить через удельную утечку, являющейся потерей расхода приходящейся на один МПа давления

∆Q=σ_н Р_н+σ_ц Р_ц+σ_з Р_з (29)

где σн – удельная утечка жидкости в насосе
σц – удельная утечка жидкости в гидроцилиндре
σз – удельная утечка жидкости в золотниковом распределителе

∆Q=0,0005 ×20+0,000016 ×9+0,000017 ×9=0,01 л/мин

5. Выбор насоса
Рн=Рр+∆Р=9+1,12=10,12 Мпа
Qн=Q+ ∆Q=180+0,01=180,01 л/мин

По давлению и подаче выбираем аксиально-поршневой насос 311.32



6. Определение параметров гидропривода

Полный КПД гидропривода:
η= ηг× ηоб ×ηм

Гидравлический КПД

ηг=Рр/Рн= 9/20=0,45

Объемный КПД

ηоб=Q/Qн =180/180,01=0,999
Механический КПД насоса

ηм=0,95

η=0,45 ×0,999×0,95=0,43

7. Тепловой расчет гидропривода
Основная теплоотдача осуществляется через поверхность бака
F= ∆N/(k (Tp-Tвоз))
где k – коэффициент теплоотдачи
F – площадь поверхности резервуара
∆N – количество теряемой в гидроприводе мощности

∆N=(Рн ×Qн)/ηн ×(1-η)= (20×0,0034)/0,91 (1-0,43)=0,042

F= 0,042/(0,07 (50-30))=0,03 × 〖10〗^3 м^2
Длина одной стенки
а= √(30/(6 ×0,8))=2,5м
Длина одной стенки 2,5 м слишком большой, поэтому для стенок применяют ребрирования и при не обходимости устанавливают холодильники