Расчет эффективной поверхности масляного бака.

Принимаем форму масляного бака в виде куба и определим необходимый объем масляного бака, используя формулу (3.6.8). Буровой станок обычно работает в стесненных условиях с затрудненной циркуляцией воздуха. Для таких условий принимаем максимальную разность температур рабочего масла и окружающего воздуха = 50°С, а коэффициент теплопередачи Вт/м²× К. Тогда:

2, 13 м³.

Определяем эффективную площадь поверхности масляного бака из формулы

м².

Размеры масляного бака определим из формулы

м.

Уровень поверхности масла в баке равен

м.

Рассчитанный объем масла в баке, и его эффективная площадь поверхности полностью отводят тепло, генерируемое в процессе работы гидропривода бурового станка. Однако, отметим, что размеры масляного бака достаточно громоздки с учетом рекомендуемого объема рабочей жидкости, равного 2-3 минутной максимальной производительности насоса, равной в этом случае (при 3-х минутной производительности)

м³.

Для этого объема масла с учетом кубической формы бака эффективная площадь поверхности будет равна

м².

Размеры стенок масляного бака

м.

Уровень поверхности масла в баке

м.

Очевидно, что эффективная поверхность масляного бака, выбранная из конструктивной целесообразности, для более компактной конструкции гидропривода не в состоянии аккумулировать все тепло, генерируемое в гидроприводе бурового станка. Поэтому необходимо принять дополнительные меры по охлаждению рабочей жидкости.

Определим количество теплоты, которое будет отводиться эффективной поверхностью масляного бака м², а также площадью поверхности гидромотора МР-4500 ( м²) и насоса НАР-74-90/320 ( м²). Используем формулу (3.6.2), в которой температура .

,

где - коэффициенты теплопередачи, соответственно, масляного бака, гидромотора и насоса; S_i- эффективные площади поверхностей, соответственно масляного бака, гидромотора, насоса, - отводимое тепло, Вт.

Если принять k_i=12 кг/c³град, то отводимое тепло будет равно

.

Таким образом поверхностями маслобака, гидромотора и насоса отводится только 2982 Вт. Оставшуюся теплоту в количестве

Вт

необходимо отвести холодильным устройством (теплообменным аппаратом), поэтому в маслобак встраиваем теплообменник. Используем водомасляный кожухообразный теплообменник гидравлической части угольного комбайна типа Г-405. Этот теплообменник устанавливается непосредственно в масляном баке и через него пропускается вода, идущая на промывку скважины. Этот теплообменник имеет размер трубок для охлаждающей воды - мм; длина трубок - м; количество трубок - ; площадь проходного сечения одной трубки -

м²;

площадь омываемая маслом (конструктивный параметр, зависящий от формы корпуса теплообменника, количества трубок и схемы их установки вычисляется как разность между площадью внутреннего сечения корпуса теплообменного аппарата и площадью сечения всех трубок) - м²;

Необходимо определить, обеспечит ли данный теплообменный аппарат отвод выделяющегося количества теплоты от рабочего масла при работе гидропривода. Зададимся расходом воды через теплообменник - = 0, 00033 м³/с.

Температура окружающего воздуха 20°С. Допустимая температура масла 50°С.

Изменение температуры масла и воды на выходе из теплообменника определится из общего уравнения теплового баланса теплопередачи

Вт.

где - отводимая теплота, Вт; , - начальные температуры рабочей жидкости и охлаждающей воды; , - массовые расходы рабочей жидкости и охлаждающей воды, кг; , - удельные массовые теплоемкости, соответственно, рабочей жидкости и воды, Дж/кг× К.

Массовые расходы будут равны

кг/с;

кг/с.

Из уравнения теплового баланса получим для конечной температуры масла и воды

°С;

°С,

где принято кг/м³, Дж/кг× К; кг/м³, Дж/кг× К.

Средняя скорость воды в трубках теплообменника

м/с.

Определим режим движения воды в трубках:

.

Значения кинематического коэффициента вязкости приняты по табл. П1.1.

Делаем вывод, что режим движения ламинарный, так как .

По табл. П1.2 определяем значение коэффициента теплопроводности воды а для ее средней температуры

°С: а = 9, 99× 10^-8 м²/с

(Здесь принята линейная интерполяция в ближайшем интервале температур).

Таблица П 1.1

Коэффициент кинематической вязкости воды, м ²/ с

, ° С		, ° С		, ° С		, ° С
	0, 0179 0, 0173 0, 0167 0, 0162 0, 0157 0, 0152 0, 0147 0, 0143		0, 0139 0, 0135 0, 01310, 0127 0, 0124 0, 0121 0, 0118 0, 0115		0, 0112 0, 0109 0, 0104 0, 0101 0, 0099 0, 0092 0, 0088		0, 0084 0, 0080 0, 0073 0, 0066 0, 0060 0, 0056 0, 0051 0, 0048

Таблица П 1.2

Коэффициент температуропроводности а для

воздуха, воды (эмульсии) и масел при давлении

Давление Па

Определяем критерий Прандтля

.

Критерий Прандтля можно определить по табл. П1.3 интеполяцией табличных значений в ближайшем к расчетному интервале температуры воды.

Таблица П 1.3

Критерий воздуха, воды (эмульсии) и масел

при давлении Па

Для определения числа Грасгофа рассчитаем средние значения температуры стенки трубок

°С;

и перепад температур

°С.

Далее определяем критерий Грасгофа

где - температурный коэффициент объемного расширения, К^-1 (определяется по табл. П 1.4 интерполяцией температуры ° в ближайшем интервале температур).

Таблица П 1.4

Коэффициент объемного расширения воды и

водо-масляных эмульсий при давлении 0, 1 МПа