Конструктивное усовершенствование гидравлической системы самолета Ту-154 на основе анализа эксплуатации (стр. 7 из 9)
С появлением кавитации производительность насоса понижается, возникает характерный шум, происходит эмульсирование жидкости, а также наблюдаются резкие частотные колебания давления в нагнетаемой линии и ударные нагрузки на детали насоса, которые могут вызвать выход его из строя. Основным в борьбе с кавитацией применительно к насосам является создание на всасывании (на входе в насос) такого давления, которое было бы способно преодолеть без разрыва потока жидкости как гидравлические потери в линии всасывания, так и инерцию массы столба гидрожидкости.
В общем случае бескавитационную работу насоса можно описать следующим уравнением:
Рб + Рн = hγ - ΣPn - (И2Bxγ/2g)
Рк (*)Где: Рб=2,3 кг/см —225400 Па - давление в гидробаке самолета Ту-154;
Рн - повышение давления подкачивающим насосом;
h =2,5 м - разность между уровнем жидкости в баке и входным штуцером насоса;
γ = 834 кг/м3 = 8173,2 Н/м3 - удельный вес жидкости АМГ-10 при t=20°C;
ΣPn - сумма потерь давления во всасывающей магистрали;
Ивх = 3 м/с - скорость течения гидрожидкости во всасывающей магистрали. Выбрана согласно рекомендациям, приведенным в литературе;
g =9,8 м/с2 - ускорение свободного падения;
Рк - критическое давление, при котором поступает активное выделение воздуха из жидкости. Практически значение Рк может быть принято равным 400 мм рт.ст или Рк=53000 Па.
Потери давления во всасывающей магистрали складываются из потерь давления в:
- шланге и трубопроводах;
- закруглениях трубопроводов;
- холодильнике;
- самозапирающейся муфте;
- расходомере-вискозиметре;
- тройниках;
- фильтрующем устройстве;
- присоединительной арматуре.
Для расчета потерь в трубопроводах установки необходимо помимо длины знать их диаметр и характер течения жидкости. Расход жидкости через сечение трубопровода:
Q=(p d
/4)* ИвхГде: d - диаметр трубопровода
(**)За расчетную величину расхода жидкости Q примем его максимальное значение Q=110 л/мин, или в системе СИ: Q=0,0018 м3/с
Для определения характера течения жидкости в трубопроводе воспользуемся критерием Рейнольдса. Число Рейнольдса
Re=И
d/nГде: v = 3,04°Е при температуре t=20°C - кипнематическая вязкость жидкости АМГ-10;
3,04 градуса Энглера соответствуют 21,2 сст или 0,212 см2/с.
Выражая входные величины формулы в сантиметрах и секундах, получим:
Re = 300*31,2/0,212 = 44151
Поскольку полученное число Re больше критического значения 2300, то можно заключить, что поток в трубопроводах и шлангах установки будет носить турбулентный характер.
Значение числа Re попадает в интервал от 2300 до 80000, следовательно потери на трение в трубопроводах зависят от числа Re.
По формуле Блазиуса коэффициент сопротивления при турбулентном течении:
λ = 0,3164*
λ = 0,3164*44151-0,25 = 0,0218
Потери давления на трение в шланге и трубопроводах определяются из выражения
DРтр= lg(L/d)*(И
/2g)Где: L - суммарная длина коммуникаций во всасывающей линии. Примем L=8,8 м (складывается из 5 м длины шланга, соединяющего самолет с установкой и 3,3 м трубопроводов внутри установки и самолета).
DР
=0,0218*8173,2(8,8/0,0312)*(9*2*9,8) = 23076 (Па)Потери на преодоление местных сопротивлений:
DР = x*(И
g /2g)Где: ξ - коэффициент местного сопротивления, зависящий от вида последнего. Значение ξ определяется из справочной литературы.
Потери на закруглениях трубопровода на 90° при относительном радиусе изгиба r/d=2, ξ =0,15, количество закруглений во всасывающей магистрали - 5 шт.
DР
= 5-0,15*(3 *8173,2)/(2*9,8) = 2814,8 (Па)Потери давления в холодильнике, ξ = 3,5:
DР
= 3,5*(3 *8173,2)/(2*9,8) = 13135,5 (Па)Потери давления в самозапирающейся муфте, ξ =1,2:
DР
= 1,2*(3 *8173,2)/(2*9,8) = 4503,6 (Па)Потери давления в расходомере-вискозиметре, ξ =0,4:
DР
= 0,4*(3 *8173,2)/(2*9,8) = 1501,2 (Па)Потери давления в тройниках (2 штуки), ξ =0,25:
DР
= 0,5*(3 *8173,2)/(2*9,8) = 1876,5 (Па)Максимальные потери давления в фильтрующем устройстве составляют 4 кг/см2 или 392000 Па - при указанном перепаде открывается клапан перепуска. Таким образом ΔРф = 392000 Па.
Потери давления в присоединительной арматуре, ξ = 0,1:
DР
= 10*0,1*(3 *8173,2)/(2*9,8) = 3753 (Па)Таким образом, суммарные потери давления во всасывающей магистрали составляются из:
åР
= 
И равны:
åРп = 2814,8+13135,5+23076+4503,6+1501,2+
+1876,5+392000+3753 = 44660,4 (Па)
Введем обозначение:
А = Р
+ hg - åP 
- (И2вхg /2g)А = 225400+2,5*8173,2-442660,4-(32*8173,2)/(2*9,8) = 200584,4 (Па)
Из условия (*) определяем, требую степень повышения давления насосом подкачки:
Рн ³ Рк-А
Откуда
Рн ³ 2535844 Па
Произведенный выше расчет всасывающей линии насоса учитывал работу установки в основном режиме и в режиме проверки, т.е. когда гидрожидкость поступала к качающему узлу из гидробака самолета Ту-154, имеющего наддув сжатым воздухом. При работе установки в режиме заправки, забор жидкости осуществляется из бака стенда. Давление в нем равно атмосферному. Вследствие этого возникает необходимость расчета всасывающей линии при работе установки в режиме заправки. Условие бескавитационной работы нагнетающего насоса остается тем же, но величины, входящие в него изменяются.
Поскольку базовый аэродром может находиться на различной высоте над уровнем моря, то примем давление внутри бака Рб =70121 Па, что соответствует высоте 3000 м по таблице международной стандартной атмосферы.
Изменится также разность между уровнем жидкости в баке и входным штуцером насоса h. Она станет h' = 0,6 м.
Суммарная длина трубопроводов сократится и станет L'=l,9 м. Вследствие этого изменится и величина потерь на трение в коммуникациях, определяемая по формуле:
DР'
=0,0218*8173,2*(1,9/0,0312)*(3/2 *9,8)=4982 ПаКоличество изгибов трубопровода сократится до 3-х, и величина потерь давления на них составит:
DР
= 3*0,15*(3 *8173,2)/(2*9,8) = 1688,9 ПаК суммарным добавятся потери давления на гидравлическом кране
x=0,5
DР
= 0,5*(32*8173,2)/(2*9,8) = 1876,5 ПаПотери давления на присоединительной арматуре ΔРпа останутся такими же.
Суммарные потери давления в линии всасывания при работе установки в режиме заправки:
åР' = DР'тр +D Р'изг+D Рх +D Ррв +D Рт +D Рф+D Рпа+D Ркр
И равны:
åР' = 4982+1688,9+13135,5+1501,2+1876,5+392000+3753+1876,5 = 420813,8 Па
Введем обозначение:
А'= Р'б + h'g - åP' - (И
вхg /2g)А' = 70121+0,6*8173,2-420813,8-(3
*8173,2)/(2*9,8) = -349541,9 (Па)Pн³ 402541,9 (Па
Таким образом, потребное повышение давления подкачивающим насосом при работе установки в режиме заправки значительно превышает этот же показатель при работе в режиме очистки или проверки.
В качестве подкачивающего насоса можно использовать лопастной, приводимый от индивидуального электродвигателя. Режим работы электродвигателя предлагается, изменять вместе с режимом работы установки. Таким образом достигается экономия электроэнергии и отпадает необходимость в системе наддува гидробака установки, что существенно снижает ее стоимость и упрощает обслуживание.
Диаметр трубопровода линии нагнетания определяется из выражения (**). Изменяется значение скорости потока жидкости. Оно становится И =8 м/с.
