Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Факультет защиты в чрезвычайных ситуациях

Кафедра пожарной безопасности

Расчетно-графическая работа

по дисциплине: «Пожарная техника»

на тему: «Оценка возможностей работы двигателя и насоса пожарного автомобиля при различных режимах работы»

Выполнил:

студент гр. ПБ-506

Мустафин Э.В.

Проверил: преподаватель

Тангатаров А.Ф.

Уфа 2015



Содержание

• 1. Задание на выполнение расчетно-графической работы
• 2. Расчет характеристик насосно-рукавной системы
• 3. Расчет внешней скоростной характеристики двигателя
• 4. Графоаналитическое определение возможности совместной работы двигателя и пожарного насоса

Список используемых источников



1. Задание на выполнение расчетно-графической работы

При тушении пожара используется пожарный автомобиль, параметры которого заданы в табл. 1. К месту пожара произведено боевое развертывание по схеме, приведенной в табл. 2. Данные из табл. 1 выбрать по последней цифре, а из табл. 2 по предпоследней цифре номера зачетной книжки. насос вал двигатель напор

Задание выполняется в следующей последовательности:

определите подачу Q и напор Н на насосе при номинальной частоте вращения вала насоса для заданной cxeмы боевого развертывания;

определите, как изменятся параметры насоса Q и Н, если частота вращения вала насоса увеличится до 2900 об/мин.

Таблица 1 Исходные данные для расчета

Данные	Значение
Максимальная мощность двигателя Nmax, кВт	143,4
Частота вращения коленчатого вала nк, (об/мин) при Nmax	4400
Максимальный крутящий момент двигателя Мmax, Н*м	411,9
Частота вращения коленчатого вала nк, (об/мин) при Мmax	2250
Минимальная частота вращения вала двигателя nmin, (об/мин)	600'
Тип двигателя	К
Колесная формула	6x6

Таблица 2 Боевое развертывание

Схема насосно-рукавной системы	Sсист	z, м
	0,09	20

Проанализируйте возможность такого режима работы в условиях тушения пожара по напору на насосе;

оцените возможность работы насоса с заданной рукав- ной системой, если двигатель не развивает полную мощность вследствие износа. Потери мощности указаны в табл.3 и выбираются по 3 справа цифре номера зачетной книжки.

Таблица 3

Варианты	3
Коэффициент снижения мощности двигателя КN	0,8

2. Расчет характеристик насосно-рукавной системы

1. Для определения Q и Н при работе насосно-рукавной системы в номинальном режиме (n' = 2700 об/мин) необходимо построить характеристику насоса H = f(Q), и характеристику рукавной системы h_p = f(Q). Значения H и h рассчитывать для пяти точек в интервале изменения Q от 0 до 50 л/с.

Q₁ = 0 л/с

Q₂ = 10 л/с

Q₃ = 30 л/с

Q₄ = 40 л/с

Q₅ = 50 л/с

Напор H = f(Q) при номинальной частоте вращения вала насоса определяется для насоса ПН-40УА по формуле:

H = -0,02Q² + 0,49Q + 110,11

Н(Q₁)= -0,02*0² + 0,49*0 + 110,11=110,11 м

Н(Q₂)= -0,02*10² + 0,49*10 + 110,11=113,02 м

Н(Q₃)= -0,02*30² + 0,49*30 + 110,11=106,81 м

Н(Q₄)= -0,02*40² + 0,49*40 + 110,11=97,71 м

Н(Q₅)= -0,02*50² + 0,49*50 + 110,11=84,611 м

Потери напора в рукавной системе h_p = f(Q) определяются по формуле, по ранее принятым значениям Q:

h_p = S_систQ² + Z

где S_сист = 0,1 (значение S_сист задано в табл.2);

Z = 10, м.

h_p(Q₁) = 0,09* 0² + 20 = 20 м

h_p(Q₂) = 0,09* 10² + 20 = 29 м

h_p(Q₃) = 0,09* 30² + 20 = 101 м

h_p(Q₄) = 0,09* 40² + 20 =164 м

h_p(Q₅) = 0,09* 50² + 20 =245 м

Полученные результаты расчета необходимо представить графически на миллиметровой бумаге. Построение кривых выполнить в первом квадранте (Приложение А).

Точка пересечения кривых H = f(Q) и h_p = f(Q) даст рабочую точку с параметрами Q_р и Н_р, характеризующую работу насосно-рукавной системы при номинальной частоте вращения вала насоса.

2. Определение параметров Q и Н в насосно-рукавной системе при работе насоса с частотой вращения n^// = 2900 об/мин.

Для построения характеристики H^// = f(Q^//) при частоте вращения насоса, отличной от номинальной, используются зависимости из теории подобия центробежных насосов. Изменение частоты вращения центробежного насоса приводит к изменению его параметров, связанных следующими уравнениями:



Используя ранее принятые значения Q и полученные по формуле (I) значения Н, определяются Q^// и Н^// (5 точек) по выражениям выше. В первом квадрате строится кривая H^// = f(Q^//) по рассчитанным значениям Q^// и Н^//.

Пересечение графических зависимостей H^// = f(Q^//) и h_p = f(Q) дает значения рабочей точки насосно-рукавной для новой частоты вращении насоса.

Q^// = (n^//*Q)/n^/

Q^//₁= 2900*0/2700=0 л/с

Q^//₂= 2900*10/2700=10,74 л/с

Q^//₃= 2900*30/2700=32,22 л/с

Q^//₄= 2900*4/2700=42,96л/с

Q^//₅= 2900*50/2700=53,7 л/с

H^// = (n^//2*H)/n^/2

H^//₁= 2900²*110.11/2700²=127.02 м

H^//₂= 2900²*113,01/2700²=130,37 м

H^//₃= 2900²*106,81/2700²=123,22 м

H^//₄= 2900²*97,71/2700²=112,7 м

H^//₅= 2900²*84.61/2700²=97,6 м

3. Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

Для анализа совместной работы двигателя и установки пожарного автомобиля предпочтительно использовать внешнюю скоростную характеристику двигателя, полученную при стендовых испытаниях. Важнейшими параметрами внешней скоростной характеристики являются:

N_max максимальная эффективная мощность, кВт;

M_mаx максимальный крутящий момент, Н*м

n_N частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности, об/мин;

n_M частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте, об/мин.

Эти четыре параметра (N_max, М_max, n_N, n_M) обязательно указываются в технических характеристиках двигателей.

Рассчитайте и постройте в диапазоне от n_min до n_N внешнюю скоростную характеристику двигателя по данным, приведенным в табл.1.

При расчетах необходимо учесть коэффициент стендовых испытаний К_с (см. [4], глава 3).

Рассчитайте коэффициенты приспособляемости двигателя по крутящему моменту и частоте вращения. Пользуясь этими понятиями, укажите на внешней скоростной характеристике двигателя области устойчивой работы при увеличении внешней нагрузки (сопротивлении на валу насосной установки) .

Крутящий момент М (Н*м) внешней скоростной характеристики двигателя при частоте вращения коленчатого вала n (об/мин) рассчитывается по эмпирической зависимости:

где крутящий момент при максимальной мощности, Н*м



b = 3 - 2a

c = 2 a

где а, b, с эмпирические коэффициенты.

b= 3-2*0.98=1,04

c=2-0.98=1,02

Примем n от 600 кН*м до 4400 кН*м:

n₁=600 кН*м

n₂=1300 кН*м

n₃=2000 кН*м

n₄=2700 кН*м

n₅=3400 кН*м

n₆=4400 кН*м

Тогда,

M₁= 454,26 кН*м

M₂= 493,6 кН*м

M₃= 511,57 кН*м

M₄= 508,32 кН*м

M₅= 483,81 кН*м

M₅= 411,9 кН*м

Мощность N (кВт) внешней скоростной характеристики двигателя при частоте вращения коленчатого вала рассчитывается по формуле.

N = р/3*M*n*10^-4



N ₁= р/3*454,26*10³*600*10^-4 = 28,5 кВт

N ₂= р/3*493,6*10³*1300*10^-4 = 67,16 кВт

N ₃= р/3*511,57*10³*2000*10^-4 = 107,1 кВт

N ₄= р/3*508,32*10³*2700*10^-4 = 143,7 кВт

N ₅= р/3*483,82*10³*3400*10^-4 = 172,2 кВт

N ₆= р/3*411,9*10³*4400*10^-4 = 189,7 кВт

Внешняя скоростная характеристика рассчитывается минимум для шести значений частот вращения n, выбранных в интервале от n_min до n_N равномерно. Одно из значений n должно соответствовать n_М.

При построении внешней скоростной характеристики точки с координатами (N_max, n_N) и (М_max, n_М) выделяются символами «-». Расчетные точки «.». Внешняя скоростная характеристика строится на миллиметровой бумаге (приложение В).

По условию колесная формула 6x6, значит K_s = 0,85.

N * K_s

28,5 * 0.85 = 24,2 кВт

67,16 * 0.85 = 57,1кВт

107,1 * 0.85 = 91,04 кВт

143,7 * 0.85 = 122,15 кВт

172,2 * 0.85 = 146,37 кВт

189,7 * 0.85 = 161,25 кВт

Рассчитаем мощность с учетом коэффициента снижения скорости К_и = 0,8 (табл. 3) с учетом его износа для привода насоса с параметрами Q^/_р; Н'_р и Q^//_р; Н^//_р необходимо построить в третьем квадранте внешнюю скоростную характеристику двигателя с учетом потерь на привод агрегатов, и износа двигателя, которая определяется по формуле.



N_и = К_иК_сN = * К_и

N_и1 = 24,2 * 0,8 = 19,36 кВт

N_и2 = 57,1 * 0,8 = 45,68 кВт

N_и3 = 91,04 * 0,8 = 72,83 кВт

N_и4 = 122,15 * 0,8 = 97,72 кВт

N_и5 = 146,37 * 0,8 = 117,1 кВт

N_и5 = 161,25* 0,8 = 129 кВт

Для повышения долговечности двигателя рекомендуется выбирать частоту вращения коленчатого вала двигателя 0,7...0,8n_N, при этом запас мощности в рабочем режиме должен быть не менее 8% от значения номинальной мощности, потребляемой насосом.

Передаточное отношение коробки отбора мощности определяется по формуле

где частота вращения первичного вала коробка передач;

номинальная частое вращении вала насоса.

4. Графоаналитическое определение возможности совместной работы двигателя и пожарного насоса

Для проверки возможности работы двигателя с пожарным насосом на номинальном режиме необходимо рассмотреть совместную характеристику работы насоса и двигателя.

Для этого необходимо найти мощность в кВт, потребляемую насосом при номинальной частоте вращения n^/[1], которая рассчитывается по формуле

N^/ = -8,85*10^-3Q² + 1,33Q + 22,78

Мощность, отбираемая от двигателя на привод пожарного насоса, должна учитывать потери в трансмиссии. Эта мощность на первичном валу коробки передач N'_пв определяется по формуле

N'_пв = N'/з_тр

где з_тр коэффициент полезного действия трансмиссии, определяемый в соответствии со схемой трансмиссии с учетом КПД ее элементов.

з_тр = з²_зз²_квз_по

где з_з КПД зацепления зубчатых колес с учетом потерь в подшипниках,

з_з = 0,97;

з_кв КТЩ карданного вала,

з_кв = 0,99;

з_по КПД промежуточной опоры,

з_по = 0,99.

з_тр= 0,972*0,992*0,99=0,91

N^/₁ = -8,85*10^-3*0² + 1,33*0 + 22,78 = 22,78 кВт

N^/₂ = -8,85*10^-3*10² + 1,33*10 + 22,78 = 35,2кВт

N^/₃ = -8,85*10^-3*30² + 1,33*30 + 22,78 = 54,72 кВт

N^/₄ = -8,85*10^-3*40² + 1,33*40 + 22,78 = 61,82 кВт

N^/₅ = -8,85*10^-3*50² + 1,33*50 + 22,78 = 67,6кВт

N'_пв1= 22,78 / 0,91 = 25,03 кВт

N'_пв2= 35,2/ 0,91 = 38,7 кВт

N'_пв3= 55,72/ 0,91 = 61,29 кВт

N'_пв4= 61,82/ 0,91 = 67,93 кВт

N'_пв5= 67,6/ 0,91 = 74,3 кВт

Зависимость N^/_пв = f(Q) строится в четвертом квадранте (приложение А).

Далее следует построить в третьей квадранте рассчитанную ранее внешнюю скоростную характеристику двигателя с учетом потерь на привод агрегатов.

Для определения запаса мощности на номинальном режиме работы насоса необходимо провести прямую линию из точки Q_ном = 40 л/с на оси Q до пересечения с кривой N_пв^/ - Q. Из полученной точки проводится прямая до пересечения с прямой, проведенной из точки с значением п^/_дв, как показано на рис. 1. После этого проверяется запас мощности двигателя, который должен быть не менее 8% значения номинальной мощности, потребляемой насосом.

Мощность, необходимая для привода насоса с частотой вращения п₂^// = 2900 об/мин, определяется с использованием теории подобия по следующей формуле

N^/_пв / N^//_пв = (n^/₂ / n^//₂)³

N^//_пв = (n^//3* N^/_пв )/n^/3

N^//_{пв 1}= 2900³*25,03 /2700³ = 31,01 кВт

N^//_{пв 2}= 2900³*38,7 /2700³ = 47,95 кВт

N^//_{пв 3}= 2900³*61,29 /2700³ = 75,9 кВт

N^//_{пв 4}= 2900³*67,97 /2700³ = 84,17 кВт

N^//_{пв 5}= 2900³*74,3 /2700³ =92,06 кВт

Полученная зависимость строится в четвертом квадранте. Оценку возможности работы двигателя, имеющего износ, для привода насоса в заданной насосно-рукавной системе рассмотрим для частоты вращения вала насоса n^//₂. Для этого необходимо выполнить следующие построения:

а) из точки Q_p^// провести прямую линию до пересечения с кривой N^//_пв = f(Q). Полученное значение мощности будет соответствовать мощности, отбираемой от двигателя для привода насоса с частотой вращения п₂^// = 2900 об/мин;

б) частота вращения вала двигателя п₁^// для привода насоса с частотой вращения п₂^// определяется по формуле

п₁^// = п_дв^// n_ном

i = 0.75*n_N/n_ном

i = 0,75*4400/2700 = 1,22

n_дв = i * n_nom =1,22*2900=3544

На оси абсцисс в третьем квадранте в масштабе откладываем значение полученной частоты вращения вала двигателя п₁^// и из этой точки проводим прямую линию, параллельную оси ординат, до пересечения с прямой, проведенной из точки N_p^//. Точку пересечения этих линий обозначим К. Если точка К находится выше кривой мощности двигателя N, то такой двигатель в состоянии обеспечить работу заданной насосно-рукавной системы, если ниже, то такой двигатель не может обеспечить работу заданной насосно-рукавной системы.



Список используемых источников

1 Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по дисциплине «Пожарная техника»

2 Пожарная техника //Под ред. М.Д. Безбородько ВИПТШ МВД СССР, 1989. 336 с.

Размещено на Allbest.ru