Ïàâëîâ À.Ñ. Îðåíáóðãñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ È ÐÀÑ×ÅÒ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÏÎÒÅÐÜ Â ÃÈÄÐÎÏÐÈÂÎÄÅ ÁÓÐÈËÜÍÛÕ ÌÀØÈÍ Áîëüøàÿ ÷àñòü íåèñïîëüçîâàííîé ýíåðãèè ðàñõîäóåòñÿ íà íàãðåâ ðàáî÷åé æèäêîñòè è ýëåìåíòîâ ãèäðîïðèâîäà ìàøèí, ïîýòîìó äëÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ è ðàñ÷åòà ýòèõ ìàøèí íåîáõîäèìî ïðîâåñòè àíàëèç òåïëîîáìåííûõ ïðîöåññîâ. Íà îñíîâå àíàëèòè÷åñêèõ äàííûõ ñîñòàâëåíà íîìîãðàììà, êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò îïðåäåëÿòü ðàöèîíàëüíûé ñî÷åòàíèÿ ìåæäó ïàðàìåòðàìè òåïëîâîãî ïðîöåññà. Áóðèëüíûå ìàøèíû óäàðíîãî äåéñòâèÿ ñ ãèäðàâëè÷åñêèì ïðèâîäîì õàðàêòåðèçóåòñÿ âûñîêèìè ýíåðãåòè÷åñêèìè ïîêàçàòåëÿìè è ïðåâîñõîäÿò àíàëîãè÷íûå ïíåâìàòè÷åñêèå â íåñêîëüêî ðàç. Âñå ýëåìåíòû ìàøèí ñêîíöåíòðèðîâàíû íà îäíîé óñòàíîâêå. Äâèæåíèå ðàáî÷åé æèäêîñòè îñóùåñòâëÿåòñÿ ïî çàìêíóòîìó êðóãó. Îäíàêî îáùèé ÊÏÄ, îïðåäåëÿåìûé êàê îòíîøåíèå ìîùíîñòè ïåðåäàâàåìîé øòàíãå ê ïîòðåáëÿåìîé ìîùíîñòè ïðèâîäíîãî äâèãàòåëÿ, ñîñòàâëÿåò îêîëî 40%. Áîëüøàÿ ÷àñòü íåèñïîëüçîâàííîé ýíåðãèè ðàñõîäóåòñÿ íà íàãðåâ ðàáî÷åé æèäêîñòè è ýëåìåíòîâ ãèäðîïðèâîäà ìàøèíû. Ê òîìó æå â íàñòîÿùåå âðåìÿ íàáëþäàåòñÿ òåíäåíöèÿ óâåëè÷åíèå åäèíè÷íîé ìîùíîñòè, äàâëåíèÿ è ðàñõîäà ãèäðàâëè÷åñêèõ áóðèëüíûõ ìàøèí. Ïîýòîìó äëÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ è ðàñ÷åòîâ ýòèõ ìàøèí íåîáõîäèìî ïðîâåñòè àíàëèç òåïëîîáìåííûõ ïðîöåññîâ è òåìïåðàòóðíîãî ðåæèìà /1/.  ãèäðàâëè÷åñêîé ñèñòåìå óäàðíîãî ìåõàíèçìà ñóùåñòâóþò ñëåäóþùèå èñòî÷íèêè òåïëà, âûçûâàþùèå èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû ñèñòåìû è âõîäÿùèõ â íåå ýëåìåíòîâ: ïîòåðè ýíåðãèè íà ìåñòíûå ñîïðîòèâëåíèÿ â êëàïàíàõ, çîëîòíèêàõ, ðàñïðåäåëèòåëÿõ; ïîòåðè ýíåðãèè â òðóáîïðîâîäàõ, âûçâàííûå ïîòåðÿìè äàâëåíèÿ íà òðåíèå; ïîòåðè äàâëåíèÿ â ãèäðàâëè÷åñêîì óäàðíîì ìåõàíèçìå. Ïîòåðè ìîùíîñòè íà ìåñòíîå ñîïðîòèâëåíèå îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîé ∆N ÌÑ = Q∆PÌÑ = ερ u2 Q3 Q = 8ερ 2 4 , 2 π d (1) ãäå Q − ðàñõîä æèäêîñòè; u − ñêîðîñòü æèäêîñòè; d − äèàìåòð òðóáîïðîâîäà; ε − êîýôôèöèåíò ìåñòíûõ ãèäðàâëè÷åñêèõ ñîïðîòèâëåíèé; ∆PÌÑ − ïîòåðè äàâëåíèÿ íà ìåñòíûå ãèäðàâëè÷åñêèå ñîïðîòèâëåíèÿ; ρ − ïëîòíîñòü æèäêîñòè. Ó÷èòûâàÿ ñëàáóþ òåïëîîòäà÷ó ìåñòíûõ ãèäðàâëè÷åñêèõ ñîïðîòèâëåíèé ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî îíè èäóò â îñíîâíîì íà íàãðåâ æèäêîñòè. NÌÑ = Gc∆t = 8ε Q3 π2 d 4 , (2) ãäå G = Qρ − ìàññîâûé ðàñõîä æèäêîñòè; c − óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü; ∆t − ðîñò òåìïåðàòóðû. ∆t = 8ερQ 3 Gcπ2 d 4 = 8ε Q2 cπd 4 , (3) Ïîòåðè ìîùíîñòè íà òðåíèå îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîé NÒÐ = Q∆PÒÐ = λγ Lu 2 d 2G Q, (4) ãäå ∆PÒÐ − ïîòåðè äàâëåíèÿ íà òðåíèå ïî äëèíå òðóáîïðîâîäà; λ − êîýôôèöèåíò ãèäðàâëè÷åñêîãî òðåíèÿ; γ − óäåëüíûé âåñ; L − äëèíà òðóáîïðîâîäà. Ïîòåðè íà òðåíèå òàêæå èäóò íà íàãðåâ æèäêîñòè NÒÐ = ρQc∆t = 8λρ ∆t = 8λ LQ 2 cπd 5 LQ 3 π2 d 5 , . (5) (6) Ïðèâåäåííûå ôîðìóëû (5) è (6) ïîçâîëÿþò ïðîàíàëèçèðîâàòü çàâèñèìîñòè ïîâûøåíèÿ òåìïåðàòóðû ðàáî÷åé æèäêîñòè îò ïðîèçâîäèòåëüíîñòè íàñîñà. Ïðè ðàñ÷åòàõ ïðèíèìàåòñÿ âî âíèìàíèå, ÷òî îñíîâíûì ðåæèìîì äâèæåíèÿ æèäêîñòè ïî òðóáîïðîâîäó ÿâëÿåòñÿ òóðáóëåíòíûé ðåæèì. Àíàëèçèðóÿ ïðèâåäåííûå çàâèñèìîñòè, ìîæíî ñäåëàòü âûâîä, ÷òî îñíîâíûì ôàêòîðîì, âëèÿþùèì íà òåìïåðàòóðó ðàáî÷åé æèäêîñòè, ÿâëÿåòñÿ äèàìåòð òðóáîïðîâîäà è ïðîõîäíûõ ñå÷åíèé óñòðîéñòâ óïðàâëåíèÿ. Òàê, íàïðèìåð, ïåðåõîä îò ðåçèíîâûõ øëàíãîâ äèà- ВЕСТНИК ОГУ №2/ФЕВРАЛЬ`2006 Том 2. Естественные и технические науки 93 Òåõíè÷åñêèå íàóêè ìåòðîì 20 ìì ê ðåçèíîâûì øëàíãàì äèàìåòðîì 16 ìì ïðè îäèíàêîâîé äëèíå âåäåò ê óâåëè÷åíèþ ïîòåðü íà òðåíèå â 4 ðàçà, â 2 ðàçà ïîâûøàþòñÿ ïîòåðè íà ìåñòíûå ãèäðàâëè÷åñêèå ñîïðîòèâëåíèÿ. Óâåëè÷åíèå ðàñõîäà âåäåò ê óâåëè÷åíèþ òåïëîâûõ ïîòåðü ïî êâàäðàòè÷íîé çàâèñèìîñòè. Äëÿ âûáîðà áîëåå ýôôåêòèâíîãî ñïîñîáà îõëàæäåíèÿ íóæíî ïðîâåñòè àíàëèç âûäåëåíèÿ òåïëà è èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû â ãèäðîñèñòåìå. Ñîñòàâèì óðàâíåíèå òåïëîâîãî áàëàíñà äëÿ ãèäðîñèñòåìû â îáùåì âèäå: (7) ∆N = ∆N A + ∆N u , ãäå ∆N − èçìåíåíèå òåïëà â ãèäðîñèñòåìå â åäèíèöó âðåìåíè; ∆N u − âûäåëåíèå òåïëà ãèäðîñèñòåìû â åäèíèöó âðåìåíè; ∆N A − òåïëî, ðàññåèâàåìîå â àòìîñôåðó â åäèíèöó âðåìåíè.  äèôôåðåíöèàëüíîì âèäå: ∆Ndt = KFτdt + cmdτ; ñm = c1m1 + c2 m2 , ãäå ñ1 − òåïëîåìêîñòü ðàáî÷åé æèäêîñòè; ñ2 − òåïëîåìêîñòü ìåòàëëà; m1− ìàññà ðàáî÷åé æèäêîñòè; (8) m2 − ìàññà ìåòàëëà; dτ − ïðèðàùåíèå òåìïåðàòóðû çà âðåìÿ dt ; K − êîýôôèöèåíò òåïëîîòäà÷è; F − ïëîùàäü; τ − ðàçíîñòü òåìïåðàòóð ìåæäó ìàñëîì è îêðóæàþùåé ñðåäîé; dt − äèôôåðåíöèàë âðåìåíè. Ðåøåíèå òåïëîâîãî áàëàíñà îòíîñèòåëüíî dt â ïðåäåëàõ îò τ 0 äî τ , ãäå τ0 − ïåðâîíà÷àëü- íàÿ ðàçíîñòü òåìïåðàòóðû, äàñò dt = êF êF − t − t cmdt ∆N 1 − å cm + τ 0 å cm . (9) ;τ = ∆N − êF êF êF  ýòîé ôîðìóëå ïðè t = ∞ ÷ëåí å − cm t → 0 , òîãäà τ= ∆N . êF (10) Ïî ôîðìóëå (10) ñîñòàâëåíà íîìîãðàììà (ðèñ.1), êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò ñðàâíèòåëüíî ïðîñòî ñ òî÷íîñòüþ, äîñòàòî÷íîé äëÿ èíæåíåðíîãî ðàñ÷åòà, îïðåäåëÿòü ðàöèîíàëüíûå ñî÷åòàíèÿ ìåæäó ïàðàìåòðàìè òåïëîâîãî ïðîöåññà. Ñïèñîê èñïîëüçîâàííîé èñòî÷íèêîâ: 1. Ïàâëîâ À.Ñ. Òåïëîîáìåííûå ïðîöåññû â ãèäðàâëè÷åñêèõ áóðèëüíûõ ìàøèíàõ. Êàðàãàíäà, 1983. 8 ñ.-Ðóêîïèñü äåï. â ÖÍÈÝÈóãîëü, 1984, ¹9, ñ.95. 94 ВЕСТНИК ОГУ №2/ФЕВРАЛЬ`2006 Том 2. Естественные и технические науки