Bài giảng kỹ thuật thủy khí ứng dụng đại học thủy lợi

§ H T L CHƯƠNG CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ - Gi i thi u thi t b th y l c ph tr ( ng d n, bình tích năng, c u tăng áp, b l c…) Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ § H T L Các nội dung chính: 8.1 Ống dẫn đầu nối 8.2 Bể chứa dầu 8.3 Bình tích 8.4 Cơ cấu tăng áp 8.5 Bộ làm mát 8.6 Dụng cụ đo 8.7 Bộ lọc 8.8 Công tắc áp suất Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.1 § H T L ỐNG DẪN VÀ ĐẦU NỐI Có bốn loại ống dẫn: Ống thép dày Ống thép mỏng Ống nhựa Ống mềm Yêu c u chung c a ng d n: - Đảm bảo độ bền học - Tổn thất áp suất nhỏ nhất: ngắn tốt, bị uốn cong Chọn loại ống vào: - Áp suất lưu lượng làm việc hệ thống - loại chất lỏng, nhiệt độ làm việc, độ rung động có chuyển động tương đối thành phần nối với hay không Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.1 § H T L ỐNG DẪN VÀ ĐẦU NỐI 8.1.1 Các loại ống dẫn: * Ống thép thành dày (Steel pipes): Chịu áp suất cao Thường dùng cho hệ thống cơng nghiệp cố định - Kích thước danh nghĩa (Chỉ kích thước ren): khơng phải đường kính (ID), khơng phải đường kính ngồi (OD) - OD: không đổi - ID: thay đổi theo số hiệu 40, 80, 160 Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.1 § H T L ỐNG DẪN VÀ ĐẦU NỐI 8.1.1 Các loại ống dẫn: •Ống thép thành mỏng (steel tubing): Chịu đựng hơn, dễ uốn cong, -> giảm số đầu nối, rị rỉ giảm trọng lượng hệ thống - Được dùng rộng rãi cho hệ thống thủy lực - Thích hợp với hệ thống động hàng không (nhẹ) - Khơng có ren ống thành dày - Kích thước danh nghĩa đường kính ngồi ống (OD): ID = OD – 2t - Ống mỏng đầu nối đắt Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.1 § H T L ỐNG DẪN VÀ ĐẦU NỐI 8.1.1 Các loại ống dẫn: ng nh a: Rẻ, dễ uốn, có nhiều màu Vì ống nhựa mềm dẻo, nên bị hư hỏng so với ống thép mỏng rung động Ống nhựa dùng phổ biến hệ thống khí nén áp suất khí thấp (< 100 psi) ứng dụng thủy lực áp suất thấp § H T L Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.1 ỐNG DẪN VÀ ĐẦU NỐI 8.1.1 Các loại ống dẫn: ng m m (flexible hoses): sức chịu đựng tuổi thọ loại ống thép Thường dùng phận có chuyển động § H T L Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.1 ỐNG DẪN VÀ ĐẦU NỐI Lớp cao su tổng hợp để bảo vệ… 8.1.1 Các loại ống dẫn: ng m m (flexible hoses): Lớp thứ hai sợi thép sợi vải đan Đối với áp suất cao hơn, sử dụng thêm lớp đan Lớp vật liệu tương thích với chất lỏng thủy lực - Ống gồm ba lớp nhiều Các lớp bên bên làm cao su tổng hợp Ở nhiều lớp gia cố dải kim loại sợi Lớp bên ống cần phải đảm bảo vật liệu thích hợp với chất lỏng - Kích thước danh nghĩa ống mềm đường kính bên - Các ống có áp suất làm việc lớn có nhiều lớp gia cố -> đường kính bên lớn Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.1 § H T L ỐNG DẪN VÀ ĐẦU NỐI 8.1.2 Tính chọn ống: Thơng số để tính tốn vận tốc (lưu lượng) áp suất: Vận tốc: v = v tb = Q A A = diện tích tiết diện ống tương ứng với đường kính Vận tốc lớn đường ống hút ft/s (1,2 m/s) để tránh áp suất hút thấp dẫn đến xâm thực bơm Vận tốc lớn đường ống đẩy 20 ft/s (6,1 m/s) để tránh dòng chảy hỗn loạn dẫn đến tổn thất áp suất mức tăng nhiệt độ chất lỏng Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.1 § H T L ỐNG DẪN VÀ ĐẦU NỐI 8.1.2 Tính chọn ống: Áp suất: - Áp suất làm việc; - Áp suất vỡ đường ống Các lực thành ống áp suất chất lỏng: σ= F pA p( LDi ) pDi = = = 2tL 2tL 2tL 2t Ứng suất kéo tăng áp suất chất lỏng đường kính ống tăng, chiều dày ống giảm Chiều dài ống khơng có ảnh hưởng đến sức căng Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ § H T L ỐNG DẪN VÀ ĐẦU NỐI Áp suất vỡ ống (BP-Burst 8.1.2 Tính chọn ống: Pressure) áp suất chất lỏng Áp suất vỡ đường ống: gây vỡ ống: (σ) = (S) 8.1 (S) sức bền kéo vật liệu ống (ứng suất kéo làm cho vật liệu bị phá hủy) Đối với ống thành mỏng (Di/t) > 10: Đối với ống thành dày (Di/t) ≤ 10 : BP = 2tS Di BP = 2tS Di + 1,2t Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.1 § H T L ỐNG DẪN VÀ ĐẦU NỐI 8.1.2 Tính chọn ống: Áp suất làm việc tính tốn: Áp suất làm việc tính tốn (WP-Working Pressure) áp suất chất lỏng hoạt động an toàn lớn nhất, xác định áp suất vỡ ống chia cho hệ số an tồn thích hợp (FS-Factor of Safety) WP = BP FS Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.2 § H T L BỂ CHỨA CHẤT LỎNG Yêu cầu: - Đảm bảo đủ lưu lượng cho hệ thống - Làm nguội - Lọc chất bẩn Dung tích bể: V = (3 -5)QBƠM Q (gal/ph, m3/ph) V (gal, m3) Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.3 § H T L BÌNH TÍCH NĂNG (Áp quy TL) Bình tích thiết bị dùng để dự trữ lượng dạng áp Chúng có khả cung cấp lưu lượng cao khoảng thời gian ngắn hệ thống yêu cầu Theo nguyên lý gây tải, có loại: Loại gia tải trọng lượng, hay trọng lực Loại gia tải lò xo Loại gia tải khí Nhi m v : - Điều hịa lượng thông qua áp suất lưu lượng chất lỏng làm việc hệ thơng - Tích trữ lượng thừa hệ thống không dùng hết cung cấp thêm lượng yêu cầu hệ thống vượt khả bơm Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.3 § H T L BÌNH TÍCH NĂNG (Áp quy TL) Bình tích Bình tích năng thủy trọng khí: lợi lượng: áp dụng tính suất chất nén tạo trọng chất khí để lượng tạo áp suất vật chất lỏng Bình tích lị xo: q trình tích lượng bình q trình biến dạng lị xo Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.3 BÌNH TÍCH NĂNG (Áp quy TL) § H T L Bình tích gia t i b ng khí: (Bình tích th y khí) Bình tích tr ng Bình tích gia Hoạt động theo lư ng: áp suất tạo t i b ng lò xo: áp định luật Boyle chất trọng lượng vật, tạo nên áp suất chất lỏng khơng đổi tồn thể tích đầu bình khơng liên quan đến tốc độ lượng chảy Nhược điểm loại bình tích kích thước trọng lượng lớn làm cho khơng thích hợp cho thiết bị di động Trong loại bình tích khác, áp suất chất lỏng đầu giảm hàm số lưu lượng bình tích suất tác dụng lên chất lỏng thay đổi Cung cấp thể tích dầu tương đối nhỏ áp suất thấp-> có kích thước lớn nặng hệ thống lưu lượng lớn áp suất cao Loại bình tích không nên dùng cho yêu cầu tốc độ tuần hồn cao lị xo bị mỏi dẫn đến bình tích khơng có tác dụng khí:đối với q trình đẳng nhiệt, áp suất khí thay đổi tỷ lệ nghịch với thể tích Vì vậy, thể tích khí bình tích giảm nửa áp suất tăng gấp đôi Nitơ khí dùng bình tích (khơng khơng khí) khơng chứa ẩm Thêm vào đó, nitơ khí trơ không cháy Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.3 BÌNH TÍCH NĂNG (Áp quy TL) Bình tích gia t i b ng khí: (Bình tích th y khí) khơng nạp khí ni-tơ khí ni-tơ nạpchất lỏng vào để để tạo áp suất bantích trữ đầu p1 Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.3 § H T L § H T L BÌNH TÍCH NĂNG (Áp quy TL) Bình tích ngu n lư ng b xung: Bình tích dùng làm nguồn lượng phụ § H T L Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.3 BÌNH TÍCH NĂNG (Áp quy TL) Bình tích dùng làm b bù rị r : Bù rò rỉ thời kỳ duỗi hệ thống có áp khơng hoạt động § H T L Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.3 BÌNH TÍCH NĂNG (Áp quy TL) Bình tích làm ngu n lư ng d phịng: Hình 11-13 Bình tích nguồn lượng dự phịng § H T L Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.3 BÌNH TÍCH NĂNG (Áp quy TL) Đến hệ thống Bình tích b gi m ch n th y l c: Van ngắt khẩn cấp Hình 11-14 Bình tích giảm chấn thủy lực Đặt bình tích gần van đóng nhanh ngăn xung áp suất (sự tăng vọt áp suất) van thực đóng nhanh Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.4 CƠ CẤU TĂNG ÁP p1 Dùng để tăng áp suất hệ thống thủy lực đến giá trị cao áp suất đường bơm Sử dụng cấu tăng áp tránh phải dùng bơm: bơm áp su t cao/lưu lư ng th p kết hợp với bơm áp su t th p/lưu lư ng cao Tiết kiệm chi phí đáng kể thay cho bơm áp suất cao đắt tiền p2 Ký hiệu: (ANSI symbol) p2 = p1(D/d)2 p2 > p1 áp st cao diên tích pittơng luu luong vào cao = = áp suât vào thâp diên tích cân luu luong thâp Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.4 § H T L CƠ CẤU TĂNG ÁP Mạch cấu tăng áp Ví d : mạch máy đột dập, sử dụng cấu tăng áp, có van chiều điều khiển van điều khiển trình tự: cơng dụng mạch sử dụng bơm Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.4 § H T L § H T L CƠ CẤU TĂNG ÁP Mạch cấu tăng áp khídầu dẫn động xilanh qua khoảng cách lớn áp suất thấp sau qua khoảng cách nhỏ áp suất cao Van Thùng dầu co xilanh Van Thùng dầu duỗi xilanh Xi lanh Cơ cấu tăng áp Hệ thống dùng cấu tăng áp khí-dầu Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.5 BỘ TRAO ĐỔI NHIỆT Các nguồn nhiệt gồm bơm, van an toàn, van điều khiển lưu lượng, làm cho nhiệt độ chất lỏng thủy lực vượt phạm vi hoạt động bình thường từ 110oF đến 150oF (45o -65oC) Có hai loại: Bộ gia nhiệt: dùng cho thiết bị thủy lực hoạt động 0oF (18oC) Bộ tản nhiệt: làm mát khí làm mát nước Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.5 § H T L BỘ TRAO ĐỔI NHIỆT Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.6 § H T L § H T L DỤNG CỤ ĐO LƯU LƯỢNG VÀ ÁP SuẤT Lưu lư ng k Lưu lượng kế kiểu phao Lưu lượng kế kiểu Tuabin § H T L Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.6 DỤNG CỤ ĐO LƯU LƯỢNG VÀ ÁP SuẤT Đồng hồ đo áp suất Ống có xu hướnguoons thẳng áp suất làm cho kim quay Khớp liên kết Đường vào Chốt xoay Ống Bourdon Piston Áp suát vào Hình 11-36 Hoạt động áp kế Bourdon Hình 11-37 Hoạt động áp kế Schrader Khi áp suất tác dụng lỗ cửa, ống bắt đầu uốn thẳng chút khởi động hệ thống liên kết bánh làm dịch chuyển kim, áp suất mặt số áp suất tác dụng lên píttơng bạc lót (chịu tải lị xo) làm di chuyển bạc lót, tác động đến kim thị thơng qua liên kết khí Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.7 Ống trượt di chuyển cấu áp suất tác dụng § H T L BỘ LỌC Läc chÊt lỏng quan trọng để trì chức độ tin cậy hệ thống thuỷ lùc Thân lọc Van an toàn lọc (bypass valve) Phần tử lọc (lõi lọc)4 Bầu lọc Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.7 § H T L BỘ LC Phân loại lọc a/ Theo kích thớc lọc Bộ lọc thô: lọc chất bẩn đến 0,1 mm Bộ lọc trung bình: lọc chÊt bÈn ®Õn 0,01mm Bé läc tinh: cã thĨ läc chất bẩn đến 0,005 mm (5 m) Bộ lọc đặc biệt tinh: lọc chất bẩn đến 0,001 mm (1 μm) C¸c hƯ thèng thủ lùc th−êng dùng lọc trung bình lọc tinh Bộ lọc đặc biệt tinh chủ yếu dùng phòng thÝ nghiÖm 10 Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PH TR 8.7 Đ H T L B LC Phân loại lọc b/ Theo kết cấu phần tử lọc Có hai loại: lọc bề mặt lọc sâu Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.7 B LC Phân loại lọc C khớ: Gm mt lưới vải hay kim loại loạt đĩa kim loại xếp cách khoảng khơng mỏng: có khả loại bỏ khỏi chất lỏng hạt thô (Bộ lọc thơ) C/ Theo phương pháp lọc: Có ba phương pháp lọc bản: khí, thấm hút, hút bám Hút th m: Làm vật liệu xốp thấm qua giấy, bột gỗ, đất điatomit, vải, xenlulo, amiăng Các hạt hấp thu chất lỏng thấm qua vật liệu -> dùng để lọc hạt nhỏ Hút bám: Các hạt bám lấy bề mặt lọc Vì vậy, khả lọc phụ thuộc vào tổng diện tích bề mặt Các vật liệu hút bám dùng bao gồm đất sét hoạt tính giấy xử lý hóa học (Than hoạt tính đất tẩy màu khơng nên dùng chúng lấy khỏi chất lỏng thủy lực số chất phụ gia cần thiết) Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.7 BỘ LỌC § H T L § H T L Vị trí lắp lọc Lắp đường hút: - As hoạt động lớn bar, độ sụt áp: ∆p= 0,1 bar - Kích thước lỗ lọc: 20 – 200 µm Thường dùng lọc thơ Lắp đường có áp suất cao: - Áp suất hoạt động lớn nhất: 420 bar, - Kích thước lỗ lọc: – 100 µm Lắp đường hồi thùng: - Áp suất hoạt động max: 25 bar -Kích thước lỗ lọc: 3-100 µm Vị trí riêng rẽ: lọc phần lưu lượng hệ thống -> khơng bảo vệ tích cực cho phần tử 11 Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.7 BỘ LỌC Tỷ số Beta lọc βX = NU ND § H T L Là tiêu chuẩn đo đặc tính lọc để đảm bảo đạt mức độ lọc yêu cầu Tỷ số bê ta tỷ số số hạt mi-li-lit (ml) có kích thước cho lớn trước lọc số hạt có kích thước sau qua lọc βX = tỷ số bêta kích thước hạt X NU = số hạt kích thước X hay lớn 1ml trước lọc (upstream) ND = số hạt kích thước X hay lớn 1ml sau lọc (downstream) Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.7 § H T L BỘ LỌC phần trăm hạt có kích thước X lớn Hiệu suất lọc bị lọc giữ lại: ηX = - βX Ví dụ: Một chất lỏng có 8000 hạt kích thước 10 µm hay lớn có 1ml Sau chảy qua lọc, chất lỏng có 100 hạt kích thước 10µm hay lớn có 1ml Số bê ta lọc bao nhiêu? β10 = NU 8000 = = 80 N D 100 ηX = - Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.8 = 98,75% 80 § H T L CÔNG TẮC ÁP SuẤT ĐiỆN – THỦY LỰC (Hydroelectric pressure switches) Là phần tử trung gian chuyển tín hiệu áp suất chất lỏng thành tín hiệu điện Chuyển mạch van thủy lực tác động điện từ Theo dõi mức độ áp suất mạch thủy lực 12 § H T L CHƯƠNG GiỚI THIỆU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN - Các đ c m c a h th ng - Các ph n t c b n h th ng khí nén Chương 9: GiỚI THIỆU HỆ THỐNG TĐ KHÍ NÉN § H T L Các nội dung chính: 9.1 Đặc điểm hệ thống TĐ khí nén 9.2 Các phần tử hệ thống TĐ khí nén Chương 9: GiỚI THIỆU HỆ THỐNG TĐ KHÍ NÉN 9.1 § H T L ĐẶC ĐiỂM LÀM ViỆC HỆ THỐNG TĐ KHÍ NÉN H th ng truy n đ ng khí nén s d ng khí nén dư i áp su t cao đ truy n u n công su t Hệ thống khí nén thường sử dụng khơng khí làm mơi chất truyền cơng suất: An tồn (Đặc biệt mơi trường có tia lửa điện rị rỉ); Khơng ph i mua, có s n Khơng cần đường hồi bể chứa Chương 9: GiỚI THIỆU HỆ THỐNG TĐ KHÍ NÉN 9.1 § H T L ĐẶC ĐiỂM LÀM ViỆC HỆ THỐNG TĐ KHÍ NÉN Thủy lực Dùng chất lỏng không nén Lực lớn (áp suất cao: 12000psi) Kích thước nhỏ Tốc độ nhỏ Chính xác Dễ cháy Có đường hồi Tự bơi trơn Độ nhớt lớn: tổn thất lớn Đắt; Êm Khí nén Dùng chất khí nén (kk) Lực nhỏ (áp suất thấp 10000 Motors khí nén v/ph cịn động thủy lực < 5000 v/ph 9.2 Động khí nén thường loại cánh gạt, piston hướng kính hướng trục Chương 9: GiỚI THIỆU HỆ THỐNG TĐ KHÍ NÉN 9.2 § H T L CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN HỆ THỐNG KHÍ NÉN Hệ thống khí nén: Một hệ thống nén gồm phần tử máy nén khí, bình chứa khí nén, lọc, điều chỉnh áp suất, cấu bôi trơn, cấu giảm thanh, máy sấy khí nén, cấu chấp hành, van điều khiển đường ống để thực nhiệm vụ Chương 9: GiỚI THIỆU HỆ THỐNG TĐ KHÍ NÉN 9.2 § H T L CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN HỆ THỐNG KHÍ NÉN Trong hệ thống khí nén: Lực xy lanh sinh mơ men mô tơ sinh phụ thuộc vào giá trị áp suất van điều chỉnh áp suất xác định Vận tốc thẳng piston vận tốc quay mô tơ phụ thuộc vào giá trị lưu lượng van điều chỉnh lưu lượng xác định Chiều dòng chảy đường ống khác van phân phối xác định Sau khí nén sinh cơng cấu chấp hành, hết lượng xả trực tiếp vào môi trường Chương 9: GiỚI THIỆU HỆ THỐNG TĐ KHÍ NÉN 9.2 § H T L CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN HỆ THỐNG KHÍ NÉN Một số mạch thủy lực bản: Xy lanh tác động chiều Xy lanh tác động hai chiều Chương 9: GiỚI THIỆU HỆ THỐNG TĐ KHÍ NÉN 9.2 § H T L CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN HỆ THỐNG KHÍ NÉN Đi u n xy lanh tác đ ng hai chi u b ng van phân ph i đóng m b ng khí nén: Các núm nhấn van V1 V2 dùng để cung cấp khí nén điều khiển (áp suất thấp khoảng 10 psi) đóng mở van phân phối dẫn khí nén cao áp (khoảng 100 psi) vào xy lanh Nhấn núm V1, piston duỗi Khi nhả V1 nhấn núm V2, piston lùi vị trí ban đầu Chương 9: GiỚI THIỆU HỆ THỐNG TĐ KHÍ NÉN 9.2 § H T L CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN HỆ THỐNG KHÍ NÉN H th ng u n b ng hai tay đ đ m b o an toàn: > Phải nhấn đồng thời hai van điều khiển V1 V2 piston vươn > Piston co hai núm nhấn nhả > Không nhấn nhả đồng thời V1 V2 khơng có khí điều khiển dẫn đến van phân phối vị trí, van vị trí nhờ lò xo -> cửa xy lanh bị khóa ... THIỆU HỆ THỐNG TĐ KHÍ NÉN 9.2 § H T L CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN HỆ THỐNG KHÍ NÉN Máy nén khí: Máy nén khí loại máy dùng để nén khơng khí loại khí khác từ áp suất thấp cửa vào (áp suất khí quyển) đến áp... Chương 8: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 8.3 § H T L BÌNH TÍCH NĂNG (Áp quy TL) Bình tích Bình tích năng thủy trọng khí: lợi lượng: áp dụng tính suất chất nén tạo trọng chất khí để lượng tạo áp suất... tác dụng khí: đối với q trình đẳng nhiệt, áp suất khí thay đổi tỷ lệ nghịch với thể tích Vì vậy, thể tích khí bình tích giảm nửa áp suất tăng gấp đôi Nitơ khí dùng bình tích (khơng khơng khí)