Гидравлический привод кольцевого затвора гидроагрегата

Санкт-Петербургский  государственный политехнический

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___________________________ Кузьмин Г.В.

 

Руководитель_____________________________________ к.т.н. Броднев П.Н.

 

Консультанты:

по технологической части______________________ к.т.н, доц. Сорокин В. П.

по экономической части______________________________ проф. Гасюк Д.П.

по вопросам охраны труда_________________________ доц. Каверзнева Т.Т.

 

Рецензент____________________________________ к.т.н, доц. Сорокин В. П.

 

 

 

Санкт-Петербург

2011

Содержание

Введение………………………………………………………………..3

1. Общие сведения о  кольцевых затворах……………………………4                             

1.1 Задачи проектирования……………………………………...…6

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 устройства………...29

2.2 Определение типа  принципиальной гидравлической

схемы устройства кольцевого затвора……………………….…..30

2.3 Описание принципиальной схемы устройства кольцевого затвора…………………………………………………….………..33

2.4 Расчет параметров  гидропривода и подбор серийных  гидроагрегатов……………………………………………….….....36

3. Разработка устройства дозатора

1. Конструктивная проработка дозатора…………………..….50

3.2    Расчёт Геометрических параметров дозатора……………..50

4.  Расчёт трубопровода…………………………………………...…52

5. Технологический  процесс изготовления детали………………...55

6. Обеспечение безопасности при эксплуатации гидравлического привода кольцевого затвора гидроагрегата………………………...64

7. Технико-экономический расчет………………………………….76

Список литературы…………………………………………………..83

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 сравнительно большое рассогласование скоростей  движения цилиндров, которое при  неизменной величине действующих на них массовых нагрузок в реальных условиях эксплуатации может достигать 10 %. Объясняется это тем, что в процессе эксплуатации изменяются силы трения цилиндров, силы трения в направляющих (с которыми взаимодействуют объекты G₁ и G₂ при их движении), путевые потери давления в трубопроводах при изменении температуры окружающей среды. Перечисленные причины обусловливают отклонение перепадов давления на дросселях относительно расчётных величин, что, в свою очередь, приводит к изменению расходов, проходящих через дроссели, и соответственно к изменению скорости движения цилиндров. В тех случаях, когда нагрузка на цилиндры меняется в значительных пределах, применение такого варианта синхронизации становится проблематичным.

 

 

 

 

 

 

 

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).