Σημ_Μηχανολογίας_2013

Συντάκτης: Διονύσης Καλλιάνης, ΠΜ & Η-Μ Μηχ. Επιστημονικός Συνεργάτης ΕΜΠ Σελίδα 1

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η κατασκευή έργων πολιτικού μηχανικού αποτελεί δείγμα πολιτισμού από την αρχαιότητα. Οι άνθρωποι πάντα είχαν την ανάγκη για ‘καταφύγιο’, ενώ με την πάροδο του χρόνου και όσο το βιοτικό επίπεδο άρχισε να βελτιώνεται ο άνθρωπος εξέφρασε την ανάγκη να δια-μορφώσει το περιβάλλον του, ώστε να ανταποκρίνεται καλλίτερα στις ανάγκες του. Έτσι άρ-χισαν να κατασκευάζονται οι πρώτοι δρόμοι, υδραγωγεία, λιμάνια, ναοί και πλήθος άλλων τεχνικών έργων. Για την υποστήριξη της ανθρώπινης εργασίας χρησιμοποιήθηκαν δομικές μηχανές, στην αρχή πρωτόγονες (τροχήλατα οχήματα, κεκλιμένα επίπεδα, κλπ) και σήμερα σύγχρονες. Η χρησιμοποίηση των δομικών μηχανών συνέτεινε στη βελτίωση της ποιότητας, στη συντόμευση του χρόνου και στη μείωση του κόστους των κατασκευών.

Η εκτεταμένη σήμερα χρήση των δομικών μηχανών σε όλα τα μεγάλα τεχνικά έργα, επιβάλ-λει τη γνώση των βασικών αρχών λειτουργίας τους.

Στο σχήμα 1 απεικονίζεται ένας «ελαστικοφόρος φορτωτής» στον οποίο διακρίνουμε α) τον πετρελαιοκινητήρα, που είναι η συνηθέστερη πηγή κινητικής ενέργειας των δομικών μηχα-νημάτων (ορισμένα μικρότερα ή ειδικά μηχανήματα χρησιμοποιούν βενζινοκινητήρα ή ηλε-κτροκινητήρα), β) τα συστήματα μετάδοσης κινητικής ενέργειας, που είναι το κιβώτιο ταχυτή-των, το διαφορικό, οι υδραυλικοί κύλινδροι και τα έμβολα, οι άξονες, κλπ., από τον κινητήρα στα στοιχεία κίνησης και τα εργαλεία του μηχανήματος που είναι για το συγκεκριμένο μηχά-νημα γ) οι τροχοί και ο κάδος του φορτωτή.

Το μάθημα δομικών μηχανών εμπλουτισμένο με στοιχεία μηχανολογίας σκοπό έχει να δώσει στους σπουδαστές τις γνώσεις για την κατανόηση της λειτουργίας και των δυνατοτήτων των δομικών μηχανών.

Σχήμα 1: Ελαστικοφόρος Φορτωτής

2. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Σε όλα τα δομικά μηχανήματα υπάρχει ένας κινητήρας, που είναι είτε κινητήρας εσωτερικής καύσης ( πετρελαιοκινητήρας ή βενζινοκινητήρας), που μετατρέπει την ενέργεια ( W ) του καυσίμου (πετρελαίου ή βενζίνης) σε κινητική ενέργεια, είτε ηλεκτροκινητήρας που μετατρέ-πει την ενέργεια του ηλεκτρισμού σε κινητική ενέργεια.

Υδραυλικός κύλινδρος και έμβολο για την κίνηση του κάδου

Κάδος

Πετρελαιο-κινητήρας

Κιβώτιο ταχυτήτων

Αξονας

Διαφορικό


Η κινητική ενέργεια του κινητήρα μεταδίδεται στα κινούμενα μέρη του δομικού μηχανήματος, μέσω των συστημάτων μετάδοσης κίνησης. Σε κάθε στάδιο μετάδοσης κίνησης υπάρχει απώλεια ενέργειας υπό μορφή θερμότητας, που εκφράζεται με τον μηχανικός βαθμός από-δοσης η = (η < 1)

Σχήμα 2: Μετάδοση κινητικής ενέργειας από τον κινητήρα στο κιβώτιο ταχυτήτων, στο σύ-στημα μετάδοσης κίνησης στους άξονες, και τελικά στους τροχούς του δομικού μηχανήματος

2.1 ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ.

2.1.1 ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ.

Στο σχήμα 3 απεικονίζεται σε τομή ένας κινητήρας εσωτερικής καύσης και αναφέρονται τα κυριότερα εξαρτήματα του.

Σχήμα 3: Τομή κινητήρα εσωτερικής καύσης (πετρελαιοκινητήρας)

Η ισχύς ( Ν ) στον κινητήρα εσωτερικής καύσης, εμφανίζεται στον στροφαλοφόρο άξονα.

Κινητήρας

Μετάδοση κίνησης στους άξονες

Κιβώτιο ταχυτήτων Μετάδοση κίνησης στους τροχούς

Λεκάνη ελαίου

Εμβολο

Διωστήρας

Φίλτρο ελαίου

Εγχυτήρ (μπεκ)

Εκκεντροφόρος άξων

Αντλία καυσίμου

Στροφαλοφόρος άξων

Αντλία ελαίου

Υπερτροφοδότης

Βαλβίδα


Οι κινητήρες εσωτερικής καύσης διακρίνονται σε:

α) Βενζινοκινητήρες ή Πετρελαιοκινητήρες, ανάλογα με τη χρησιμοποιούμενη καύσιμη ύλη (βενζίνη ή πετρέλαιο, κυρίως χρησιμοποιείται το πετρέλαιο).

β) Τετράχρονους κινητήρες ή Δίχρονους κινητήρες (χρησιμοποιούνται συνήθως σε μικρά μηχανήματα), ανάλογα με τον αριθμό των διαδρομών του εμβόλου στον κύλινδρο του κινη-τήρα για την ολοκλήρωση ενός κύκλου παραγωγής κινητικής ενέργειας.

ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ

Σχήμα 4: Κύκλος λειτουργίας τετράχρονου κινητήρα εσωτερικής καύσης

Χρόνος 1- Κάθοδος του εμβόλου και άνοιγμα της βαλβίδας εισαγωγής για εισαγωγή μίγμα-τος αέρα και καυσίμου (στους πετρελαιοκινητήρες και τους σύγχρονους βενζινοκινητήρες εισέρχεται μόνο αέρας, ενώ το καύσιμο ψεκάζεται μέσω του εγχυτήρα / μπεκ), Χρόνος 2 –

Ανοδος του εμβόλου, συμπίεση και θέρμανση του μίγματος, Χρόνος 3 – Ανάφλεξη και έ-

κρηξη, εκτόνωση καυσαερίων και κάθοδος του εμβόλου, Χρόνος 4 – Ανοδος του εμβό-λου, άνοιγμα βαλβίδας εξαγωγής και εξαγωγή των καυσαερίων

Στους βενζινοκινητήρες ή ανάφλεξη και έκρηξη (Χρόνος 3) του καυσίμου γίνεται μέσω του ηλεκτρικού συστήματος ανάφλεξης (βλέπε παρακάτω) με σπινθήρα, που παράγεται από τους σπινθηριστές (μπουζί), ενώ στους πετρελαιοκινητήρες γίνεται μέσω της εισαγωγής του καυσίμου στον κύλινδρο με πολύ υψηλή πίεση μέσω των εγχυτήρων, δηλαδή δεν υπάρχει σύστημα ανάφλεξης και σπινθηριστής.

Σύμφωνα με τα παραπάνω στους τετράχρονους κινητήρες εσωτερικής καύσης, κάθε τέσσε-ρις διαδρομές του εμβόλου (ή κάθε δύο στροφές του κινητήριου άξονα) μόνο στη μία δια-δρομή παράγεται ενέργεια (3 – χρόνος), ενώ στις άλλες καταναλώνεται ενέργεια.

(1) (2) (3) (4)


ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΔΙΧΡΟΝΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ

Σχήμα 5: Κύκλος λειτουργίας δίχρονου κινητήρα Σχήμα 6: Ασφαλτοοκόπτης με εσωτερικής καύσης δίχρονο κινητήρα

Χρόνος 1 - Το έμβολο ανέρχεται και συμπιέζει το μίγμα αέρα και καυσίμου εντός του κυλίν-δρου, ενώ συγχρόνως εισέρχεται νέο μίγμα αέρα και καυσίμου από την κάτω θυρίδα (εισα-γωγής) στον θάλαμο (προσέξτε ότι η θυρίδα επικοινωνίας του θαλάμου με τον κύλινδρο έχει κλείσει από το έμβολο), Χρόνος 2- Το μίγμα αέρα και καυσίμου συμπιέζεται και αναφλέγεται, το έμβολο κατέρχεται και αποκαλύπτει τη πάνω θυρίδα (εξαγωγής) από την οποία φεύγουν τα καυσαέρια ενώ το συμπιεσθέν μίγμα αέρα και καυσίμου εισέρχεται στον κύλινδρο από τη θυρίδα επικοινωνίας του θαλάμου με τον κύλινδρο .

Σύμφωνα με τα παραπάνω στους δίχρονους κινητήρες εσωτερικής καύσης, κάθε δύο δια-δρομές του εμβόλου (ή κάθε μία στροφή του κινητήριου άξονα) μόνο στη μία διαδρομή πα-ράγεται ενέργεια (2 – χρόνος), ενώ στην άλλη καταναλώνεται ενέργεια.

Λόγω του γεγονότος ότι ανά μία στροφή παράγεται ενέργεια οι δίχρονοι κινητήρες για τις ίδιες διαστάσεις εμβόλου και διαδρομής παράγουν περισσότερη ενέργεια από τους τετρά-χρονους, ενώ λόγω της διαδικασίας λειτουργίας τους έχουν περισσότερες απώλειες, άρα είναι πιο αντιοικονομικοί και γιαυτό χρησιμοποιούνται μόνο σε μικρής ισχύος μηχανήματα.

2.1.2 ΒΟΗΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ

ΚΑΥΣΗΣ.

Οι κινητήρες εσωτερικής καύσης παράγουν ενέργεια με καύση του καυσίμου μέσα στον κύ-λινδρο. Για την πραγματοποίηση αυτής της καύσης, την μετατροπή της θερμικής σε κινητική ενέργεια και την ομαλή λειτουργία της μηχανής, εκτός του κυλίνδρου και των συναφών ε-ξαρτημάτων του (κύλινδρος, έμβολο, βαλβίδες, διωστήρας, σφόνδυλος), οι κινητήρες εσω-τερικής καύσης περιλαμβάνουν βοηθητικά συστήματα απαραίτητα για την λειτουργία τους.

Τα βοηθητικά αυτά συστήματα είναι:

(1) (2)


Το σύστημα εισαγωγής αέρα στους κυλίνδρους του κινητήρα για την παροχή οξυ-

γόνου για την καύση του καυσίμου, σημαντικό στοιχείο του οποίου είναι το φίλτρο

αέρα, και το σύστημα εξαγωγής των καυσαερίων της καύσης

Σχήμα 6: Σύστημα εισαγωγής αέρα και εξαγωγής καυσαερίων

Το σύστημα παροχής καυσίμου, στους κυλίνδρους για τη λειτουργία της καύσης εντός του κυλίνδρου.

Το σύστημα παροχής καυσίμου στους βενζινοκινητήρες αποτελείται από:

Τον εξαερωτή ( ή καρμπυρατέρ), που χρησιμοποιείται για την ανάμιξη του καυσίμου με αέρα, για την πραγματοποίηση της καύσης.

Σχήμα 7: Εξαερωτής (καρμπυρατέρ) βενζινοκινητήρα

Την αντλία καυσίμου που χρησιμοποιείται για την άντληση του καυσίμου από την δεξαμενή αποθήκευσης του.

Σχήμα 8: Αντλία καυσίμου

Θάλαμος καυσίμου και πλωτήρας

Τσοκ

Βαλβίδα ρύθμισης ροής μίγμα-τος καυσίμου - αέρα

Εισαγωγή καυσίμου

Φίλτρο εισαγωγής αέρα

Εξαγωγή καυσαερίων

Εισαγωγή αέρα


Το σύστημα καυσίμου στους πετρελαιοκινητήρες αποτελείται από την αντλία μεταφοράς του

καυσίμου, την αντλία κατάθλιψης που σε συνδυασμό με τους εγχυτήρες (ή μπέκ) του καυ-σίμου χρησιμοποιείται για την εισαγωγή του καυσίμου υπό πολύ υψηλή πίεση και με μορφή νέφους σταγονιδίων εντός του κυλίνδρου και τους εγχυτήρες (μπεκ)

Σχήμα 9: Σύστημα καυσίμου με αντλία κατάθλιψης και εγχυτήρες (μπεκ)

Σχήμα 10: Αντλία κατάθλιψης καυσίμου Σχήμα 11: Εγχυτήρ καυσίμου (μπεκ)

Το ηλεκτρικό σύστημα, που χρησιμοποιείται για να παρέχει ηλεκτρικό ρεύμα στο σύστημα ανάφλεξης του καυσίμου (τέτοιο σύστημα όπως αναφέρθηκε παραπάνω έχουν μόνο οι βενζινοκινητήρες), στο σύστημα εκκίνησης της λειτουργίας του κινητή-ρα (αρχικά πρέπει να γυρίσει μερικές στροφές ο κινητήρας για να ξεκινήσει να λει-τουργεί), στα φώτα, στο ηλεκτρονικό σύστημα αυτοματισμών και στους διάφορους ηλεκτρικούς μηχανισμούς του δομικού μηχανήματος.


Σχήμα 12: Ηλεκτρικό σύστημα βενζινοκινητήρα. Στον πετρελαιοκινητήρα είναι όμοιο, χωρίς να υπάρχουν ο μετασχηματιστής υψηλής τάσης, ο διανομέας και οι σπινθηριστές.

Το σύστημα ψύξης, που χρησιμοποιείται για την απαγωγή μέσω της κυκλοφορίας νερού (υδρόψυκτοι κινητήρες) ή μέσω της επαφής με τον αέρα (αερόψυκτοι κινητήρες, που φέρουν πτερύγια απαγωγής της θερμότητας), της θερμότητας που παράγεται κατά την καύση και μεταδίδεται στα διάφορα τμήματα του κινητήρα, προκειμένου αυτά να δι-ατηρούνται σε σταθερή θερμοκρασία. Στους υδρόψυκτους κινητήρες η σταθερή θερμο-κρασία επιτυγχάνεται μέσω της λειτουργίας του θερμοστάτη, που ρυθμίζει την κυκλο-φορία του νερού προς το ψυγείο

Σχήμα 13: Σύστημα ψύξης υδρόψυκτου κινητήρα

Ψυγείο νερού

Αντλία κυκλοφορίας νερού

Ανεμιστήρας

Σωληνώσεις νερού και θερμοστάτης


Το σύστημα λίπανσης, που χρησιμοποιείται για τη λίπανση των κινούμενων στοιχεί-ων του κινητήρα, προκειμένου να ελαχιστοποιηθούν οι δυνάμεις τριβής και οι φθορές.

Σχήμα 14: Σύστημα λίπανσης

Ο υπερτροφοδότης (προαιρετικός μηχανισμός που αυξάνει την απόδοση ενός κινη-τήρα) που χρησιμοποιείται για την εισαγωγή πεπιεσμένου αέρα εντός του κυλίνδρου. Μέσω της εισαγωγής περισσότερης ποσότητας αέρα, λόγω του ότι εισάγεται πεπιεσμέ-νος, επιτυγχάνεται η εισαγωγή περισσότερης ποσότητας οξυγόνου με συνέπεια να μπορεί να καεί περισσότερο καύσιμο και να αυξάνεται η ισχύς του κινητήρα,

Σχήμα 15: Υπερτροφοδότης

Φίλτρο ελαίου

Αντλία ελαίου


2.1.3 ΑΠΛΕΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΕΣ ΣΧΕΣΕΙΣ ΠΟΥ ΔΙΕΠΟΥΝ ΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ

ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ

Κατά την εκτόνωση των καυσαερίων εντός του κυλίνδρου της μηχανής ισχύει:

P*Um=σταθερό όπου:

P= η εντός του κυλίνδρου αναπτυσσόμενη πίεση.

U=ο εκάστοτε δημιουργούμενος όγκος του κυλίνδρου κατά την κίνηση του εμβόλου.

Το παραγόμενο έργο είναι

W = P*dU = Pi * πD2/4 *ds

Η παραγόμενη ισχύς είναι Ν = W/ t όπου :

t = ο χρόνος παραγωγής του έργου

Είναι t = 60 * 2 / n για τετράχρονο κινητήρα

Είναι t = 60 * 1 / n για δίχρονο κινητήρα

όπου n ο αριθμός στροφών του στροφαλοφόρου άξονα σε στροφές ανά λεπτό (RPM)

από τα παραπάνω προκύπτει

Ν = Pi * ds * πD2/4 * n /2 * 1 / 60

Αν pi η μέση τιμή της αναπτυσσόμενης πίεσης στον κύλινδρο ισχύει :

Ν = pi * πD2/4 * s * n /2 * 1 / 60 ή Νi = pi * πD

2/4 * s * n * 1 / 60

αντίστοιχα για τετράχρονο ή δίχρονο κινητήρα, και για Z αριθμό κυλίνδρων ισχύει :

Ν = pi * Ζ* πD2/4 * s * n /2 * 1 / 60 ή Ν = pi * Ζ * πD

2/4 * s * n * 1 / 60, ή

Ν = f (n) (βλέπε σχήμα 4)

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η ισχύς N που παράγεται από ένα κινητήρα εσω-

τερικής καύσης είναι ανάλογη του συνολικού όγκου Ζ*πD2/4 * s (εκφράζεται σαν

μέγεθος κινητήρα σε cm3) και του αριθμού των στροφών n (το σχετικό διάγραμμα

δίδεται στο σχήμα 16).

Παρατήρηση : Η μορφή της καμπύλης στο διάγραμμα δεν είναι ευθεία, ως όφειλε, αλλά κα-μπύλη λόγω της επίδρασης του συντελεστή εσωτερικής απόδοσης, επειδή για τη λειτουργία του κινητήρα εσωτερικής καύσης απαιτείται η ύπαρξη και λειτουργία των προαναφερθέντων βοηθητικών εξαρτημάτων (αντλία καυσίμου, αντλία ελαίου, σύστημα ψύξης, κλπ) αλλά και λόγω απωλειών ενέργειας στον κύλινδρο κατά την καύση του καυσίμου και κατά τη κίνηση των διαφόρων μερών του κινητήρα.


Σχήμα 16: Διάγραμμα ισχύος, ροπής στρέψης και ειδικής κατανάλωσης καυσίμου ενός κινη-τήρα εσωτερικής καύσης

Εκτός από την ισχύ ( Ν ) και τις στροφές, ένα άλλο σημαντικό μέγεθος, που εμφανίζεται στον κινητήριο άξονα είναι η ροπή στρέψης ( Μt ).

Ροπή στρέψης Μt = P * r , ονομάζεται το γινόμενο δύναμης P που αναπτύσσεται σε επίπε-

δο κάθετο προς ένα άξονα επί την απόσταση r (ακτίνα) της δύναμης από τον άξονα

Σχήμα 17: Ροπή στρέψης

Η ροπή στρέψης Mt έχει μεγάλη σημασία, διότι σε τελική ανάλυση από αυτήν εξαρτώνται οι δυνάμεις που μπορεί να αναπτύξει το δομικό μηχάνημα. Οπως αποδεικνύεται στη συνέχεια (βλέπε παρ. 3.4. ) η ροπή στρέψης είναι συνάρτηση της ισχύος και των στροφών, σύμφωνα

με τη σχέση Mt = C * (N/n), όπου C = σταθερά.

Από την παραπάνω σχέση συνάγεται ότι η ροπή στρέψης Μt γίνεται μέγιστη όταν ο παρά-

γων Ν/n γίνεται μέγιστος, δηλαδή στο σημείο επαφής της εφαπτομένης από την αρχή των αξόνων (βλέπε σχήμα 4) στην καμπύλη ισχύος-στροφών του κινητήρα, διότι Ν/n = εφ(α) και Ν/n = μέγιστο όταν εφ (α) = μέγιστη.

Η προσδιδόμενη στον κινητήρα ενέργεια ( W ) στη μονάδα του χρόνου ( t ) είναι

W = B * Hu,

όπου Β = η ποσότητα καυσίμου και Hu = η θερμογόνος δύναμη του καυσίμου.

Από αυτή την ενέργεια τμήμα μόνο μετατρέπεται σε ωφέλιμη ενέργεια, διότι υπάρχουν θερ-μικές απώλειες με την μορφή θερμών καυσαερίων, θέρμανσης των μετάλλων της μηχανής

r

Mt

P


και απαγωγής της θερμότητας αυτής μέσω του συστήματος ψύξης, κλπ. Η τελική πραγματι-κή ισχύς που αποδίδεται από τον κινητήρα είναι

Ν = W / t = ni*(Β * Hu) / t = ni*Hu* (B/t)

Όσο πιο καλά σχεδιασμένος είναι ένας κινητήρας, τόσο περισσότερο ο λόγος B/t είναι μικρό-

τερος. Αντί του λόγου B/t χρησιμότερος είναι ο λόγος be = (B/t)/N, που ονομάζεται ειδική κατανάλωση καυσίμου και εκφράζει την κατανάλωση καυσίμου ανά μονάδα ισχύος, ώστε να μπορούν να συγκριθούν κινητήρες δομικών μηχανημάτων με διαφορετική ισχύ.

Για την παραγωγή ισχύος Ν ένας κινητήρας εσωτερικής καύσης καταναλώνει ποσότητα

καυσίμου (πετρέλαιο ή βενζίνη) που δίνεται από τη σχέση Β=Ν*be

Στο διάγραμμα του σχήματος 4 απεικονίζεται η ισχύς ( Ν ), η ροπή στρέψης ( Μt ) και η ειδι-κή κατανάλωση καυσίμου ( be) ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης συναρτήσει των στροφών του ( n ).

Η αποδιδόμενη ισχύς από ένα κινητήρα μετρείται κατά τη λειτουργία του υπό κανονικές συν-θήκες πίεσης ( 760 mmHg ) και θερμοκρασίας ( 20

ο C) και αναφέρεται από τον κατασκευα-

στή σαν μέγιστη ισχύς ή δίδεται σαν καμπύλη ισχύος (βλέπε σχήμα 16)

Σε διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας (κυρίως στην περίπτωση που ο κινητήρας εργάζεται σε μεγάλο υψόμετρο, πρακτικά περισσότερο από 1000m ), λόγω της μικρότερης περιεχόμε-νης μάζας οξυγόνου ανά m3 αέρα, η αποδιδόμενη ισχύς από τον κινητήρα είναι :

Νr = Νe * 760 / b * [(273+t)/293]^1/2

Οπου:

b = η βαρομετρική πίεση

t = η θερμοκρασία

Νe = η ισχύς του κινητήρα υπό κανονικές συνθήκες

2.2 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΙΝΗΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΠΟ ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ

Σχήμα 18: Ηλεκτροκινητήρας

Οι ηλεκτροκινητήρες είναι μηχανές που μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε κινητική ε-νέργεια.


Η λειτουργία των ηλεκτροκινητήρων βασίζεται στο φαινόμενο ότι όταν ένας αγωγός που δι-αρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα βρεθεί µέσα σε ένα µαγνητικό πεδίο µε γωνία φ ≠ 0ο τότε στον αγωγό ασκείται δύναµη µε µέτρο FL = BILηµφ, όπου: Β= ένταση μαγνητικού πεδίου, Ι = ένταση ρεύµατος που διαρρέειτον αγωγό, L= µήκος του αγωγού που βρίσκεται µέσα στο μαγνητικό πεδίο και φ = γωνία που σχηµατίζει ο αγωγός µε τις δυναµικές γραµµές του µαγνητικού πεδίου.

Στο αντίθετο φαινόμενο (δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος σε αγωγό που κινείται εντός μα-γνητικού πεδίου) βασίζεται η λειτουργία των ηλεκτρογεννητριών. Τα στοιχεία του ηλεκτρο-κινητήρα και της ηλεκτρογεννήτριας είναι ο ρότορας (κινούμενο μέρος) και ο στάτορας (ακί-νητο μέρος). Όταν ο στάτορας διαρρέεται από ρεύμα ο ρότορας γυρίζει (ηλεκτροκινητήρας). Όταν ο ρότορας γυρίζει, στο στάτορα δημιουργείται κυκλοφορία ηλεκτρικού ρεύματος (ηλε-κτρογεννήτρια).

Σχήμα 19: Τομή Ηλεκτροκινητήρα

Οι ηλεκτροκινητήρες που χρησιμοποιούνται στα δομικά μηχανήματα είναι εναλλασσομένου ρεύματος, τριφασικοί ή μονοφασικοί (για μικρά μηχανήματα και εργαλεία). Περαιτέρω οι ηλε-κτροκινητήρες διακρίνονται σε διπολικούς, τετραπολικούς, εξαπολικούς, κλπ αναλόγως του αριθμού των μαγνητικών πόλων τους,

Είναι Ν = Να * ni , όπου Να = η απορροφούμενη από το δίκτυο ισχύς και ni ο βαθμός από-δοσης του ηλεκτροκινητήρα.

Η απορροφούμενη από το δίκτυο ισχύς Να είναι Να = U*I*συν(φ), όπου U= η τάση λειτουρ-γίας του ηλεκτροκινητήρα (230 Volt για μονοφασικό κινητήρα, 400 Volt για τριφασικό κινητή-ρα στην Ευρώπη, Ι = η ονομαστική ένταση λειτουργίας του ηλεκτροκινητήρα και συν(φ) = ο συντελεστής ισχύος.

Επεξήγηση του συντελεστή ισχύος : Στο εναλλασσόμενο ρεύμα η τάση U και η ένταση Ι μετα-βάλλονται από –U έως 0 έως +U και από –I έως 0 έως +Ι, αλλά όταν εμφανίζεται το μέγιστο U δεν εμφανίζεται συγχρόνως το μέγιστο Ι και η διαφορά φάσης αυτή εκφράζεται με το συ-ντελεστή ισχύος συν(φ). Η ισχύς που μετατρέπεται σε έργο (ενεργός ισχύς) είναι Ν=U*I*συν(φ), ενώ η ισχύς Ν’=U*I*ημ(φ) ονομάζεται άεργος ισχύς.

Σχήμα 20: Διαφορά φάσης μεταξύ τάσης U και έντασης I στο ρεύμα ηλεκτροκινητήρα

Στάτορας

Κινητήριος αξων Ρότορας

U φ I * συν(φ)

I


Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος Ι που απορροφά ένας κινητήρας κατά την εκκίνηση του είναι σημαντικά αυξημένη σε σχέση με την ένταση κανονικής λειτουργίας του και αυτό λαμβά-νεται υπ’ όψη κατά τη σχεδίαση της ηλεκτρικής εγκατάστασης του ηλεκτροκινητήρα..

Η ισχύς Ν την οποία είναι δυνατό να αποδώσει ο ηλεκτροκινητήρας (ονομαστική ισχύς) ε-κλέγεται λίγο μεγαλύτερη από την απαιτούμενη για τη λειτουργία του δομικού μηχανήματος, ώστε να εργάζεται χωρίς υπερφόρτωση ο κινητήρας. Η αποδιδόμενη όμως ισχύς Ν’ από τον ηλεκτροκινητήρα είναι πάντοτε ίση με την απαιτούμενη.

Η ταχύτητα περιστροφής (n) του ηλεκτροκινητήρα εξαρτάται από τη συχνότητα του εναλ-λασσομένου ρεύματος και τον τύπο του ηλεκτροκινητήρα και είναι περίπου σταθερή (σε α-ντίθεση με τους κινητήρες εσωτερικής καύσης, σύμφωνα με τη σχέση:

n = 60 * f * ( 2 / P) * (1- π%) όπου:

n = ο αριθμός στροφών του ηλεκτροκινητήρα

f = η συχνότητα του εναλλασσομένου ρεύματος ( 50 HZ για την Ελλάδα)

p = ο αριθμός των μαγνητικών πόλων του ηλεκτροκινητήρα (για διπολικό κινητήρα p=2, για τετραπολικό κινητήρα p=4, κλπ)

π% = η ολίσθηση του ηλεκτροκινητήρα, που για τους σύγχρονους ηλεκτροκινητήρες είναι μηδέν (0) και για τους ασύγχρονους κυμαίνεται από 3 έως 7% και αυξάνει αντιστρόφως ανά-λογα με την διαφορά της ονομαστικής ισχύος του ηλεκτροκινητήρα και της απαιτούμενης για τη λειτουργία του δομικού μηχανήματος.

Η σωστή εκλογή του αριθμού στροφών του ηλεκτροκινητήρα έχει μεγάλη σημασία προκειμέ-νου να αποφεύγονται τα σύνθετα συστήματα μείωσης των στροφών και οι προκύπτουσες σημαντικές ενεργειακές απώλειες, στις περιπτώσεις κίνησης στα δομικά μηχανήματα.

Σχήμα 21: Εργοταξιακός ανελκυστήρας κινούμενος από ηλεκτροκινητήρα


Σχήμα 22: Πυργογερανοί κινούμενοι από ηλεκτροκινητήρες


3. ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΤΗΣ ΚΙΝΗΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Η κινητική ενέργεια από τον κινητήριο άξονα του κινητήρα μεταδίδεται στα άλλα κινούμενα μέρη του δομικού μηχανήματος, μέσω συστημάτων μετάδοσης κίνησης.

3.1 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ

Τα συστήματα μετάδοσης κίνησης των δομικών μηχανών διακρίνονται σε:

3.1.1 ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ

ΟΔΟΝΤΩΤΟΙ ΤΡΟΧΟΙ

Σχήμα 23: Οδοντωτοί τροχοί

Οι οδοντωτοί τροχοί έχουν δυνατότητα να μεταδίδουν την περιστροφική κίνηση από ένα άξονα σε ένα άλλο άξονα, που ευρίσκεται σε σχετικά μικρή απόσταση, και να μεταφέρουν μεγάλες δυνάμεις.

Το κιβώτιο ταχυτήτων, που παρεμβάλλεται μεταξύ του κινητήρα και των τροχών ενός δομι-κού μηχανήματος, αποτελείται από πολλούς αλληλο-εμπλεκόμενους οδοντωτούς τροχούς και επιτυγχάνει μεγάλη μείωση στροφών του κινητήρα και μεγάλη αύξηση της ροπής και των δυνάμεων.

Σχήμα 24: Κιβώτιο ταχυτήτων με οδοντωτούς τροχούς


ΙΜΑΝΤΕΣ ΚΑΙ ΑΛΥΣΙΔΕΣ

Σχήμα 25: Ιμάντες

Οι ιμάντες έχουν τη δυνατότητα να μεταδίδουν την περιστροφική κίνηση από ένα άξονα σε ένα άλλο που ευρίσκεται σε σχετικά μεγάλη απόσταση και τη δυνατότητα να απορροφούν τυχόν κραδασμούς μεταξύ των αξόνων, αλλά η μετάδοση της περιστροφικής κίνησης πα-ρουσιάζει το φαινόμενο της απώλειας στροφών (ολίσθηση) και οι μεταφερόμενες δυνάμεις είναι σχετικά μικρές. Για να μειωθούν τα αναφερόμενα μειονεκτήματα των ιμάντων έχουν αναπτυχθεί ειδικοί τύποι ιμάντων (επίπεδοι, τραπεζοειδείς, οδοντωτοί, κλπ).

Σχήμα 26: Αλυσίδα

Αντί ιμάντων χρησιμοποιούνται και αλυσίδες που επιτυγχάνουν τη μετάδοση περιστροφικής κίνησης από ένα άξονα σε ένα άλλο, που ευρίσκεται σε σχετικά μεγάλη απόσταση, δεν πα-ρουσιάζουν το φαινόμενο της ολίσθησης, έχουν τη δυνατότητα να μεταφέρουν μεγάλες δυ-νάμεις και να απορροφούν κραδασμούς μεταξύ των αξόνων, αλλά παρουσιάζουν αδυναμία να λειτουργήσουν σε υψηλό αριθμό στροφών.

ΑΞΟΝΕΣ

Σχήμα 27: Μετάδοση κίνησης με οδοντωτούς τροχούς και άξονες


ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ

ΟΔΟΝΤΩΤΟΙ ΤΡΟΧΟΙ ΚΑΙ ΙΜΑΝΤΕΣ

Σχήμα 28: Λειτουργία οδοντωτών τροχών και ιμάντων

Συμβολισμοί :

S = Απόσταση

t = Χρόνος (χρονική διάρκεια)

n= στροφές,

i = σχέση μετάδοσης στροφών (κλάσμα 1/x, με x= ακέραιος μεγαλύτερος ή ίσος του ένα)

Ρ = Δύναμη

U = ταχύτητα,

Ν= ισχύς,

Μt = Ροπή στρέψης

α) Αν U η ταχύτητα μετατόπισης του σημείου επαφής των οδοντωτών τροχών, κατά την μετάδοση των στροφών ( n ) από τον άξονα του ενός τροχού στον άξονα του άλλου τροχού ισχύει:

U = π*d1*n1 = π*d2*n2 n1/n2 = d2/d1 = i = 1/x όπου:

i = 1/x = σχέση μετάδοσης στροφών

β) Στην περίπτωση των ιμάντων, αν συμβολίσουμε με ( U1 ) και με ( U2 ) τις ταχύτητες των σημείων επαφής των τροχαλιών και του ιμάντα, λόγω της ολίσθησης (απώλεια στροφών) ισχύει:

U’1 = (1-σ) U’2, U’1 = π*d’1*n’1, U’2 = π*d’2*n’2 n’1 * (1-σ) / n’2 = d’2/d’1,

όπου:

σ= συντελεστής ολίσθησης (περίπου 4%)

γ) Κατά την μετάδοση της ισχύος ( N ) από τον άξονα του ενός τροχού στον άξονα του άλ-λου τροχού ισχύει:


Ν2 = η* Ν1 όπου : η = βαθμός απόδοσης <1.

Ο βαθμός απόδοσης ορίζει την απώλεια ισχύος που λαμβάνει πάντοτε χώρα, σαν θερμότη-τα, κατά την μετάδοση της ισχύος από τον ένα τροχό στον άλλο, ή από ένα σύστημα σε ένα άλλο.

δ) Κατά την μετάδοση της ροπής στρέψης ( Μt ) από τον άξονα του ενός τροχού στον άξονα του άλλου τροχού ισχύει:

N = W/t = P*S/t = P*U όπου

Μt = P*d/2 = P*[U/(π*n)]/2 = (1 / 2π) * P*U / n = = (1 / 2π) * N / n = C * N/n

Μt1= C * N1/n1 και Μt2= C * N2/n2

Mt2/Mt1 = N2/N1 * n1/n2 = η * n1/n2 = η * d2/d1

Από τις παραπάνω σχέσεις αποδεικνύεται ότι αλλάζοντας τις διαμέτρους των οδοντωτών τροχών (ή τις διαμέτρους των τροχαλιών των ιμάντων), μεταβάλλουμε τις ροπές στρέψης (Mt1 & Mt2) και αντιστρόφως ανάλογα τις στροφές (n1 & n2) των αντίστοιχων αξόνων.

Από τη σχέση Mt = P*d/2, αποδεικνύεται ότι η αλλαγή της ροπής στρέψης ( Mt ) συνεπάγε-

ται αλλαγή και της δύναμης ( P ). Με τον τρόπο αυτό , δηλαδή αλλαγής των διαμέτρων

των οδοντωτών τροχών κατά τη μετάδοση κίνησης, επιτυγχάνουμε την αύξηση της

ροπής στρέψης και συνεπώς την ανάπτυξη των απαιτούμενων μεγάλων δυνάμεων

για την κίνηση και τη λειτουργία των δομικών μηχανών.

Σχήμα 29: Μετάδοση κίνησης μέσω άξονα

Οι άξονες κατά την μετάδοση της κίνησης καταπονούνται σε στρέψη λόγω των P1 & P2.

(βλέπε σχήμα 29). Για να μην αστοχήσει (σπάσει) ο άξονας πρέπει να ισχύει

τt επιτρ. >= Mt / Wt όπου :

Wt = ροπή αντίστασης σε στρέψη του άξονα

Mt = μεταφερόμενη ροπή στρέψης = P1 * D1/2 = P2 * D2/2

τt επιτρ. = επιτρεπόμενη τάση στρέψης του υλικού του άξονα


Σχήμα 30: Ολόσωμος άξονας

Για ολόσωμο άξονα ισχύει Wt = 0,2 d3

Μονάδες μέτρησης

Ισχύς Ν : Kpm/sec, PS= 75 Kpm/sec, HP = 76,04 Kpm/sec, ΚW = 102 Kpm/s, PS = 0,7355 KW

Ροπή στρέψης Mt : Kpm

Στροφές n : RPM (Rounds Per Minute = στροφές ανά λεπτό)

Ταχύτητα U : m/sec, Km/h = 1/3,6 m/sec

Βασικές σχέσεις μεταξύ N, Mt, n και U

N (PS) = P (Kp) * U (m/sec) / 75

U (m/sec) = π * d (m) * n (RPM) / 60

Mt (Kpm) = 716,2 * N (PS) / n (RPM)

3.1.2 ΥΔΡΑΥΛΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ

Στα δομικά μηχανήματα όλο και περισσότερο βρίσκουν εφαρμογή τα συστήματα μετάδοσης κίνησης, στα οποία η κίνηση από τον άξονα του κινητήρα μεταδίδεται στους κινητήριους τροχούς ή σε άλλα κινούμενα τμήματα του δομικού μηχανήματος, μέσω υδραυλικών ( υδρο-δυναμικών ή υδροστατικών) συστημάτων.

Στα σύγχρονα δομικά μηχανήματα τα υδραυλικά συστήματα συνδυάζονται όλο και περισσό-τερο με ηλεκτρονικά συστήματα αυτοματισμού για τον έλεγχο των χαρακτηριστικών της κί-νησης μέσω αυτών.

ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ – ΥΔΡΑΥΛΙΚΟΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ ΡΟΠΗΣ

Τα υδροδυναμικά συστήματα έχουν τα πλεονεκτήματα της καλλίτερης προσαρμογής των χαρακτηριστικών μετάδοσης κίνησης στις συνθήκες της λειτουργίας του δομικού μηχανήμα-τος και έχουν μικρότερο όγκο σε σχέση με τα μηχανικά συστήματα, αλλά παρουσιάζουν μειωμένο βαθμό απόδοσης όταν χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές με μεγάλες διακυμάνσεις του αριθμού των στροφών και για το λόγο αυτό χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με τα μη-χανικά συστήματα μετάδοσης κίνησης.

To πλέον χρησιμοποιούμενο υδροδυναμικό σύστημα μετάδοσης κίνησης είναι ο υδραυλικός μετατροπέας ροπής στρέψης. Ο υδραυλικός μετατροπέας ροπής αποτελείται από δύο στροβίλους μέσα σε ένα κιβώτιο που περιέχει λάδι. Ο ένας στρόβιλος συνδέεται με τον κινη-τήριο άξονα (κινητήριος) και ο άλλος με τον κινούμενο (κινούμενος). Ο κινητήριος με την πε-ριστροφή του αναγκάζει το εντός του κιβωτίου λάδι να κινηθεί και να κτυπήσει με ορμή τα πτερύγια του κινούμενου στροβίλου αναγκάζοντας τον να κινηθεί. Συνήθως υπάρχει ενδιά-μεσα και ένας τρίτος δακτύλιος που ονομάζεται στάτορας, ο οποίος έχει σκοπό να διατηρεί στο λάδι την βέλτιστη γωνία πρόσκρουσης στον κινούμενο στρόβιλο.


Σχήμα 31: Υδραυλικός υδροδυναμικός μετατροπέας ροπής στρέψης

ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Τα υδροστατικά συστήματα έχουν τη δυνατότητα να αναπτύσσουν πολύ μεγάλες δυνάμεις, ώστε να ικανοποιούν τις απαιτήσεις ανάπτυξης μεγάλων δυνάμεων κατά τη λειτουργία του δομικού μηχανήματος, αλλά δεν μπορούν να αναπτύξουν μεγάλες ταχύτητες κίνησης των αναπτυσσομένων δυνάμεων.

Λειτουργούν με βάση την αρχή του Pascal «Η πίεση που εξασκείται στην επιφάνεια ενός υγρού μεταδίδεται αναλλοίωτη σε όλες τις επιφάνειες που βρίσκονται σε επαφή με το υγρό»

Σχήμα 32: Σχηματική διάταξη υδραυλικού συστήματος πολλαπλασιασμού δυνάμεως

Οι μαθηματικές σχέσεις είναι:

p1 =F1 / (π *d12/4) , p2 = F2 / (π *d2

2/4) = p1 , p1 = p2 F2/F1 = (d1/d2)

2,

V1 = D1 * (π *d1

2/4) = V2 = D2 * (π *d2

2/4), V1 = V2 D1/D2 = (d1/d2)

2 =

F2/F1

δηλαδή η αύξηση της δύναμης είναι ανάλογη του τετραγώνου του αντίστροφου λόγου των διαμέτρων των εμβόλων και αντιστρόφως ανάλογη της διαδρομής των εμβόλων.


Επειδή στην περίπτωση που απαιτείται μεγάλη αύξηση των δυνάμεων, η μετατόπιση D1 είναι πολύ μεγάλη σε σχέση με την μετατόπιση D2, δεν είναι δυνατή η εφαρμογή αυτής της απλής διάταξης στις δομικές μηχανές, στις οποίες χρησιμοποιούνται πιο σύνθετα συστήμα-τα, όπως αυτό που παρουσιάζεται στο σχήμα 44, που όμως λειτουργούν με την ίδια αρχή.

Στο σχήμα 33 παρουσιάζεται ένα υδραυλικό σύστημα με οδοντωτή αντλία, που μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια του κινητήρα (ο κινητήρας χρησιμοποιείται για την κίνηση της αντλίας) σε υδραυλική ενέργεια του υγρού, μέσω της αντλίας, που στη συνέχεια μετατρέπεται πάλι σε κινητική ενέργεια του εμβόλου για τη μετακίνηση του βάρους. Η Δικλείς ελέγχου χρησιμοποι-είται για τον έλεγχο του συστήματος (ανοικτή = το λάδι επιστρέφει στη δεξαμενή, κλειστή = το λάδι κινεί το έμβολο) και η βαλβίδα ανακουφίσεως χρησιμοποιείται σαν ασφάλεια, ανοίγει όταν υπάρχει μεγάλη αντίσταση στο εμβολο οπότε αναπτύσσεται επικίνδυνα μεγάλη πίεση και επιτρέπει την επιστροφή του ελαίου στη δεξαμενή.

Τα απαραίτητα στοιχεία του συστήματος είναι κινητήρας, αντλία, κύλινδρος με έμβολο, σω-ληνώσεις, όργανα διανομής και ελέγχου.

Σχήμα 33: Σχηματική διάταξη υδραυλικού συστήματος με κύλινδρο και οδοντωτή αντλία

Στο σχήμα 34 απεικονίζεται σε τομή μία αντλία οδοντωτών τροχών (το λάδι εγκλωβίζεται μεταξύ των κενών των οδόντων και του κελύφους της αντλίας και οδηγείται από την είσοδο στην έξοδο) και στο σχήμα 35 μία εμβολοφόρος αντλία αξονικών εμβόλων με τεθλασμένο άξονα (λόγω της γωνίας του άξονα, καθώς αυτός περιστρέφεται τα έμβολα εκτελούν παλιν-δρομική κίνηση εντός των κυλίνδρων που έχει το σώμα της αντλίας).

Σχήμα 34: Υδραυλική αντλία Σχήμα 35: Εμβολοφόρος αντλία αξονικών εμβόλων οδοντωτών τροχών με τεθλασμένο άξονα


Σχήμα 36: Υδραυλικό υδροστατικό σύστημα

Σχήμα 37: Υδραυλικός κύλινδρος (χρησιμοποιείται για την κίνηση των εργαλείων των δομικών μηχανών)

3.1.3 ΣΥΜΠΛΕΚΤΗΣ

Σχήμα 38: Συμπλέκτης ξηρού τύπου, Α – σύμπλεξη, Β- Αποσύμπλεξη

Είναι ο πρώτος μηχανισμός του συστήµατος µετάδοσης κίνησης και βρίσκεται αμέσως μετά τον κινητήρα, δηλαδή μεσολαβεί μεταξύ σφονδύλου και κιβωτίου ταχυτήτων. Σκοπός του είναι να συνδέει (βλέπε σχήμα 38. Α – σύμπλεξη μέσω τριβής) και να αποσυνδέει (Β- απο-σύμπλεξη) τον στροφαλοφόρο άξονα (μέσω του σφονδύλου) και τον πρωτεύοντα άξονα του κιβωτίου ταχυτήτων. Ο συµπλέκτης χρησιµεύει για τη µετάδοση της ροπής στρέψεως του κινητήρα στο σύστηµα µετάδοσης της κίνησης και για την προσωρινή αποσύνδέση του κινη-τήρα και οµαλή εκκίνηση

Συμπλέκτες υπάρχουν μηχανικοί και υδραυλικοί καθώς και συνδυασμοί των δύο τύπων

(Α) (Β)

ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΚΙΒΩΤΙΟ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ


4. ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΕΞΕΛΙΞΕΙΣ ΣΤΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΩΝ ΔΟΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΩΝ

Τα δομικά μηχανήματα εξελίσσονται συνεχώς με σκοπό να ικανοποιούν τις ανάγκες μείωσης του κόστους με ταυτόχρονη αύξηση της ποιότητας, της παραγωγής, της ασφάλειας και της υγείας. Προς το σκοπό αυτό τα σύγχρονα δομικά μηχανήματα εξοπλίζονται με ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου της λειτουργίας των, που επιτυγχάνουν:

Ειδοποίηση όταν υπάρχει ανάγκη συντήρησης και ηλεκτρονική διάγνωση βλαβών

Ταχύτητα εργασίας και ακρίβεια διαστάσεων του τελικού προϊόντος (π.χ. κλίσεις οδο-στρώματος)

Προειδοποίηση του χειριστή ή και σταμάτημα της εργασίας σε περίπτωση επικίνδυνων καταστάσεων (π.χ. όταν το μηχάνημα έχει μεγάλη κλίση και κίνδυνο ανατροπής), κλπ

Σχήμα 39: Έλεγχος κατά τη συντήρηση δομικού μηχανήματος

Σχήμα 40: Σύστημα ηλεκτρονικού ελέγχου λειτουργίας δομικού μηχανήματος

Τελευταία τάση είναι να εξοπλίζονται τα δομικά μηχανήματα με συστήματα GPS (global positioning system) και Laser που αντικαθιστούν την χάραξη του τοπογράφου μηχανικού και οδηγούν τα μηχανήματα με ακρίβεια στην εκτέλεση των εργασιών εκσκαφής, οδοστρω-σίας, κλπ.


Σχήμα 41: Σύστημα GPS ηλεκτρονικού ελέγχου λειτουργίας ερπυστριοφόρου προωθητή

Τέλος πρέπει να αναφερθεί ότι όλα τα σύγχρονα δομικά μηχανήματα είναι εξοπλισμένα με θαλάμους χειρισμού που παρέχουν μεγάλη ορατότητα, ηχομόνωση, μείωση κραδασμών, κλιματισμό και εύχρηστα χειριστήρια, που διευκολύνουν την εργασία του χειριστή και αυξά-νουν την παραγωγικότητα.

5. Η ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΤΩΝ ΔΟΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΩΝ

Τα δομικά μηχανήματα εργάζονται σε δυσμενείς συνθήκες εργασίας και έχουν ανάγκη συ-

ντήρησης. Η συντήρηση των διακρίνεται σε καθημερινό έλεγχο από το χειριστή, σε τακτική

/ περιοδική συντήρηση σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή και σε έκτακτη συντή-

ρηση σε περίπτωση απρόβλεπτων βλαβών.

Η συντήρηση είναι δυνατό να γίνεται είτε από τον χειριστή του μηχανήματος (καθημερινή συντήρηση, αλλαγή λαδιών, κλπ), είτε από εργοταξιακό συνεργείο σε περίπτωση μεγάλων έργων με πολλά μηχανήματα, είτε από εξωτερικό συνεργείο σε περίπτωση μικρών έργων με μικρό αριθμό μηχανημάτων, είτε από συνεργεία των οίκων κατασκευής (ή των εξουσιοδοτη-μένων προμηθευτών) σε περιπτώσεις μεγάλων βλαβών και ανακατασκευών. Στα πλαίσια αυτά ορισμένοι κατασκευαστές προσφέρουν συμβόλαια συντήρησης, με τα οποία εξασφαλί-ζεται η διατήρηση του δομικού μηχανήματος σε καλή κατάσταση και η ταχεία επισκευή του σε περίπτωση βλάβης.

Σχήμα 42: Ελεγχος στάθμης ελαίου δομικού μηχανήματος


Σχήμα 43: Αλλαγή ελαίου δομικού μηχανήματος

Σχήμα 44: Ανταλλακτικά για τη συντήρηση δομικών μηχανημάτων

6. ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ

Η λειτουργία, ο χειρισμός και η συντήρηση των δομικών μηχανημάτων ρυθμίζονται από τη νομοθεσία. Ενδεικτικά αναφέρεται:

Π.Δ.31/1990 «Επίβλεψη της λειτουργίας, χειρισμός και συντήρηση μηχανημάτων εκτέλεσης τεχνικών έργων που τροπ. από το Π.Δ.499/1991 (ΦΕȀ 11/Α/5-2-1990) (ΦΕΚ 180/Α/1991)

Π.Δ. 1073/1981 - Περί μέτρων ασφαλείας κατά την εκτέλεσιν εργασιών εις εργοτάξια οικοδο-μών και πάσης φύσεως έργων αρμοδιότητος Πολιτικού Μηχανικού (ΦΕΚ 260 Α/1981)

ΠΡΟΣΟΧΗ: Όλα τα Μηχανήματα Εργων (ΜΕ) πρέπει να είναι εφοδιασμένα με άδεια

λειτουργίας και πινακίδα ΜΕ, να συνοδεύονται από βιβλίο συντήρησης και να χειρί-

ζονται μόνο από αδειούχους χειριστές.


7. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΟ ΕΡΓΟΤΑΞΙΟ

Στις εργασίες κατασκευής των τεχνικών έργων απαραίτητη είναι η ύπαρξη ηλεκτρικής ενέρ-γειας για την κίνηση των ηλεκτροκινητήρων των μηχανημάτων, των ηλεκτρικών εργαλείων (δράπανα, κλπ), τον φωτισμό του εργοταξίου, κλπ. Η ηλεκτρική ενέργεια συνήθως παρέχε-ται από το δίκτυο της πόλεως, μέσω αίτησης στην επιχείρηση ηλεκτρισμού (ΔΕΗ) για την εγκατάσταση εργοταξιακής παροχής ηλεκτρικού ρεύματος. Όταν λόγω συνθηκών (π.χ. απο-μεμακρυσμένο εργοτάξιο) δεν είναι δυνατή η σύνδεση με το δίκτυο της πόλεως τότε γίνεται παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στο εργοτάξιο.

Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας γίνεται με τα ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη. Αυτά αποτελού-νται από ένα κινητήρα εσωτερικής καύσης που κινεί μία ηλεκτρογεννήτρια.

Σχήμα 45: Μεγάλο ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος

Σχήμα 45: Μικρό φορητό ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος

H ισχύς του εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος που παράγει η γεννήτρια είναι :

Ν= 1,73 * U * I * συν (φ) σε KW και η συχνότητα f = p * n / (2 * 60) σε Ηz όπου :

U= η τάση παράγει η γεννήτρια (230 Volt για μονοφασική λειτουργία, 400 Volt για τριφασι-κή λειτουργία στην Ευρώπη)

I = η ονομαστική ένταση λειτουργίας

συν(φ) = ο συντελεστής ισχύος (συνήθως λαμβάνεται 0,85)

Κιν

ητή

ρα

ς ε

σω

τερ

ική

ς κ

αύσ

ης

Ηλεκ

τρο

γεν

νήτρ

ια


p = ο αριθμός μαγνητικών πόλων

n = ο αριθμός στροφών της γεννήτριας

στην Ευρώπη η συχνότητα λειτουργίας είναι πάντοτε f = 50 Hz

Για τον υπολογισμό της απαιτούμενης ισχύος του ηλεκτροπαραγωγού ζεύγους αθροίζουμε την ισχύ όλων των μηχανημάτων του εργοταξίου που κινούνται με ηλεκτροκινητήρα (σε KW, 1 PS = 0,735 KW ) και την πολλαπλασιάζουμε επί ένα μειωτικό συντελεστή ώστε να λάβου-με υπ΄ όψη τον ετεροχρονισμό λειτουργίας (όλα δεν λειτουργούν συγχρόνως), επίσης α-θροίζουμε την ισχύ εκκίνησης ( η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος είναι 3 έως 7 φορές αυ-ξημένη κατά την εκκίνηση έναντι της έντασης κανονικής λειτουργίας) των μηχανημάτων που ενδέχεται να εκκινήσουν συγχρόνως και από τα δύο μεγέθη επιλέγουμε το μεγαλύτερο, προσθέτουμε την ισχύ των φώτων (σε KW) και αυξάνουμε το άθροισμα 10% για ασφάλεια.

ΕΡΓΟΤΑΞΙΑΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΚΑΙ ΚΑΛΩΔΙΑ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΜΗΧ/ΤΩΝ

Η διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας στο εργοτάξιο γίνεται μέσω του εργοταξιακού ηλεκτρικού πίνακα, που περιέχει: α) το γενικό διακόπτη, β) τις γενικές ασφάλειες, γ) τις ασφάλειες ηλε-κτρικού ρεύματος, που προστατεύουν τα καλώδια από την διέλευση μέσω αυτών ηλεκτρικού ρεύματος μεγαλύτερης έντασης από την επιτρεπόμενη για τον τύπο του καλωδίου, δ) τον αυτόματο προστασίας έναντι ηλεκτροπληξίας, ε) τη γείωση, δηλαδή τη σύνδεση με το ηλε-κτρόδιο γείωσης, ή το τρίγωνο γείωσης ή τη θεμελιακή γείωση και στ) τους ρευματοδότες.

Σχήμα 47: Εργοταξιακός πίνακας

Η ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρεται στις θέσεις κατανάλωσης στο εργοτάξιο (μηχανήματα, ηλεκτρικά εργαλεία, φώτα,, κλπ) μέσω καλωδίων που ενώνονται στους ρευματοδότες.

Τα καλώδια που χρησιμοποιούνται στο εργοτάξιο δεν πρέπει να διέρχονται από θέσεις διέ-λευσης οχηµάτων ή πεζών. Όπου είναι αναπόφευκτη η τοποθέτηση σε τέτοιες θέσεις και γενικά όπου είναι αναγκαίο, πρέπει να λαμβάνονται μέτρα προστασίας για την αποφυγή της µηχανικής βλάβης από τη διέλευση οχημάτων ή πεζών καθώς και από την κίνηση των μη-χανημάτων του εργοταξίου.


Τα εύκαµπτα καλώδια είναι ΝΥΜHY (Η05VV-F) με τρείς αγωγούς (φάση, ουδέτερος και γεί-ωση) για μονοφασικούς κινητήρες και φωτισμό και πέντε αγωγούς (τρείς φάσεις, ουδέτερος και γείωση) για τριφασικούς κινητήρες. Ιδιαίτερα καλώδια πρέπει να χρησιμοποιούνται όταν υπάρχουν αυξημένες απαιτήσεις ως προς την αντοχή στη φθορά και στην είσοδο νερού. Τα καλώδια στο εργοτάξιο δεν πρέπει να έχουν μεγάλο μήκος (όπου υπάρχουν μεγάλες απο-στάσεις πρέπει να προτιμάται η εγκατάσταση περισσότερων εργοταξιακών υπο-πινάκων, που τροφοδοτούνται από τον κύριο πίνακα), δεν πρέπει να είναι πρόχειρα τοποθετημένα και γενικότερα πρέπει να λαμβάνονται όλα τα μέτρα ώστε να προλαμβάνονται ατυχήματα από το ηλεκτρικό ρεύμα.

Πίνακας 1: Ονομαστική διατομή αγωγού, μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση, διάμετρος

καλωδίου και ασφάλεια προστασίας του αγωγού στον ηλεκτρικό πίνακα

Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος σε Ampere (A) μπορεί να υπολογίζεται από τον τύπο :

Για φωτισμό : Ι = P / V = P / 230

Για μονοφασικό κινητήρα : Ι = P / (V * συνφ) = P / (230 * 0,8)

Για τριφασικό κινητήρα : Ι = P / (3 * V * συνφ) = P / (1,732 * 400 * 0,8)

Οπου Ρ = η απορροφούμενη ισχύς σε KW, V= η τάση του ηλεκτρικού ρεύματος (230 V) και λαμβάνεται ελλείψει ακριβέστερων στοιχείων συνφ=0,8

Η ηλεκτρική εγκατάσταση στο εργοτάξιο πρέπει να μελετάται από ηλεκτρολόγο μη-

χανικό, να εκτελείται, να συντηρείται και να επιδιορθώνεται από αδειούχο εγκατα-

στάτη ηλεκτρολόγο και να συμμορφώνεται με τα προβλεπόμενα στους κανονισμούς

( Υ.Α Φ.7.5/1816/88 «Αντικατάσταση του ΚΕΗΕ με το πρότυπο ΕΛΟΤ HD 384 και άλ-

λες σχετικές διατάξεις» Πρότυπο ΕΛΟΤ HD 384, παράγραφος 704 – Εργοτάξια).

8. ΠΑΡΟΧΗ ΠΕΠΙΕΣΜΕΝΟΥ ΑΕΡΑ

Ορισμένα εργαλεία, που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή των τεχνικών έργων, όπως πνευματικά κομπρεσέρ, αερόσφυρες, πνευματικοί δονητές μάζας σκυροδέματος, φυσητή-ρες, κλπ, απαιτούν την παροχή πεπεισμένου αέρα στο εργοτάξιο. Ο πεπιεσμένος αέρα πα-ράγεται από βενζινοκίνητους ή πετρελαιοκίνητους αεροσυμπιεστές.

Ενας αεροσυμπιεστής αποτελείται από τον ηλεκτροκινητήρα, τη μονάδα παραγωγής πεπει-σμένου αέρα, το αεροφυλάκιο και τα βοηθητικά όργανα όπως φίλτρα για τον καθαρισμό του αέρα, ασφαλιστική βαλβίδα, μανόμετρο, κλπ


Σχήμα 48: Αερόσφυρα Σχήμα 49: Μικρός αεροσυμπιεστής

Ο αεροσυμπιεστής εκλέγεται με βάση τη μέγιστη πίεση λειτουργίας του P (σε bar, 1bar = 1,02 Kp/cm2 = 0.987 atm), την παροχή αέρα Q (σε Lt/min), το μέγεθος του αεριοφυλακίου (σε Lt), τις απαιτήσεις για καθαρότητα – ποιότητα του αέρα και την στάθμη θορύβου.

(Σχετικά βλέπε Υπουργική Απόφαση Υ.Α./οικ/ 69001/1921/88 «Έγκριση τύπου ΕΟΚ για την οριακή τιμή στάθμης θορύβου μηχανημάτων και συσκευών εργοταξίου και ειδικότερα των μηχανοκίνητων αεροσυμπιεστών, των πυργογερανών, των ηλεκτροπαραγωγών ζευγών συ-γκόλλησης, των ηλεκτροπαραγωγών ζευγών ισχύος και των φορητών συσκευών θραύσης σκυροδέματος και αεροσφυρών» ΦΕΚ 751/Β/18-10-88)

Η μέγιστη πίεση υπολογίζεται με βάση τη μέγιστη πίεση των εργαλείων του εργοταξίου αυ-ξημένη κατά ένα ποσοστό για να ληφθούν υπ’ όψη οι απώλειες στη γραμμή μεταφοράς (για μικρές αποστάσεις θεωρούνται αμελητέες)

Η απαιτούμενη παροχής, ευρίσκεται αθροίζοντας τις ξεχωριστές μέγιστες απαιτήσεις των εργαλείων του εργοταξίου και πολλαπλασιάζοντας επί ένα μειωτικό συντελεστή( ώστε να ληφθεί υπ’ όψη ο ετεροχρονισμός)

H ισχύς που καταναλώνει ο αεροσυμπιεστής για πίεση εισόδου p = 1 atm = 1,01 bar (ατμο-σφαιρική πίεση), πίεση εξόδου P (bar) και παροχή αέρα Q (m3/sec) και συντελεστή απόδο-σης η υπολογίζεται :

Ν = 1/η * 101 * Q * loge[ (P+1,01)/1,01)] (ΚW)

Ο συντελεστής η προτείνεται να λαμβάνεται από 0,5 για μικρούς αεροσυμπιεστές έως 0,7 για μεγάλους αεροσυμπιεστές.

Μονάδα παραγωγής συμπιεσμένου αέρα

Αεριοφυλάκιο


9. ΑΝΤΛΙΕΣ

Οι αντλίες, σε συνεργασία με τις σωληνώσεις, χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά υγρών από μία θέση σε μία άλλη θέση.

Διακρίνονται δύο βασικά είδη αντλιών:

α) Εμβολοφόρες αντλίες

β) Φυγόκεντρες αντλίες

9.1 ΕΜΒΟΛΟΦΟΡΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ

Σχήμα 50: Σχηματική διάταξη λειτουργίας εμβολοφόρου αντλίας

Στο σχήμα 50 παρουσιάζεται μια εμβολοφόρος αντλία που χρησιμοποιείται για την άντληση υγρού από ανοικτή δεξαμενή. Η κίνηση του εμβόλου προς τα δεξιά (βλέπε σχήμα) δημιουρ-γεί κενό που εξαναγκάζει το υγρό που ευρίσκεται εντός του σωλήνα αναρρόφησης να εισέλ-θει μέσω της βαλβίδας αναρρόφησης και να γεμίσει τον κύλινδρο, ωθούμενο από την ατμο-σφαιρική πίεση που εξασκείται στην επιφάνεια του υγρού. Στη συνέχεια το έμβολο κινείται αριστερά και ωθεί το υγρό στη σωλήνα κατάθλιψης (κλείνει η βαλβίδα αναρρόφησης και α-νοίγει η βαλβίδα κατάθλιψης) δημιουργώντας έτσι κίνηση και μεταφορά του υγρού μέσω της σωλήνωσης.

Ισχύει: p1 = p + (h * πD2/4 * ρ) / (πD

2/4) = h * ρ = p2 όπου:

p1 = η πίεση που δημιουργείται στη βάση της σωλήνας κατάθλιψης

p2 = ατμοσφαιρική πίεση (1,033 Kp/cm2)

h = το ύψος της στήλης του υγρού μέχρι το έμβολο

D= η διάμετρος της σωλήνας αναρρόφησης

ρ= το ειδικό βάρος του υγρού (για νερό ρ = 1000 Kp/m3)


Οταν η πίεση που δημιουργείται από το βάρος της στήλης του υγρού στον σωλήνα στην επιφάνεια του υγρού εξισωθεί με την ατμοσφαιρική πίεση, τότε θα σταματήσει η άνοδος του υγρού στο σωλήνα. Από την παραπάνω εξίσωση θέτοντας p2 = 1,033 Kp/cm

2 = 10330

Kp/m2

και ρ = 1000 Kp/m3, προκύπτει h = 10,33 m. Πρακτικά, λόγω της ύπαρξης του αέρα

στο σωλήνα αναρρόφησης κατά την έναρξη λειτουργίας της αντλίας, το δυνάμενο να πραγ-ματοποιηθεί ύψος αναρρόφησης είναι συνήθως 4 εως 8 μέτρα.

Οι εμβολοφόρες αντλίες έχουν την ικανότητα να δημιουργούν μεγάλη αύξηση της πίεσης του υγρού, αλλά επιτυγχάνουν μικρή παροχή υγρού (όγκος διακινούμενου υγρού στην μονάδα του χρόνου) και γι’ αυτό χρησιμοποιούνται κυρίως ως εξαρτήματα των συστημάτων κίνησης των εργαλείων στις δομικές μηχανές (βλέπε κεφ. 3.2.1), ενώ για τη μεταφορά μεγάλων πο-σοτήτων υγρών (αποστραγγίσεις, παροχή νερού, μεταφορά λυμάτων, κλπ) χρησιμοποιού-νται οι φυγόκεντρες αντλίες.

9.2 ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ

Οι φυγόκεντρες αντλίες λειτουργούν με βάση την αρχή «Οταν ένα σώμα περιστρέφεται γύρω από ένα κέντρο, αναπτύσσεται δύναμη (η ονομαζόμενη φυγόκεντρος δύναμη) επί του σώμα-τος, που τείνει να απομακρύνει το σώμα από το κέντρο. Η φυγόκεντρος δύναμη είναι ανάλο-γη της μάζας του σώματος και του τετραγώνου της ταχύτητας του και αντιστρόφως ανάλογη της απόστασης του από το κέντρο».

Σχήμα 51: Φυγόκεντρη αντλία

Το υγρό εισέρχεται στον τροχό (πτερωτή) της φυγόκεντρης αντλίας από το κέντρο (είσοδος) κατά την αξονική διεύθυνση και αναγκάζεται σε περιστροφή, λόγω της οποίας επιταχύνεται προς την περιφέρεια (έξοδος), λόγω της φυγόκεντρης δύναμης που αναπτύσσεται σε αυτό. Ετσι στην είσοδο της αντλίας δημιουργείται υποπίεση, που είναι απαραίτητη για την αναρ-ρόφηση, στην δε έξοδο δια του σπειροειδούς θαλάμου μεταβλητής διατομής η αυξημένη ταχύτητα του υγρού, μειώνεται και μετατρέπεται σε αύξηση της πίεσης του.

Λόγω του τρόπου λειτουργίας της φυγόκεντρης αντλίας, για να είναι δυνατή η άντληση, πρέ-πει η αντλία και η σωλήνωση αναρρόφησης να είναι γεµάτες µε υγρό. Για το λόγο αυτό είτε τοποθετείται η αντλία σε θέση όπου το γεωµετρικό ύψος αναρρόφησης είναι αρνητικό (χα-μηλότερα από το Ζe, βλέπε σχήμα 52), είτε τοποθετούμε μία βαλβίδα αντεπιστροφής στην είσοδο της σωλήνας αναρρόφησης , έτσι ώστε όταν σταµατά η αντλία να µην εκκενώνεται η σωλήνα αναρρόφησης. Σε περίπτωση που η αντλία παραµείνει εκτός λειτουργίας για µεγάλο χρονικό διάστηµα, είναι πιθανό, λόγω διαρροών στη βαλβίδα αντεπιστροφής, η αντλία και η σωλήνα αναρρόφησης να αδειάσουν, οπότε για να είναι δυνατή η άντληση πρέπει να πλη-ρωθούν με υγρό από κάποια εξωτερική πηγή.


Το υγρό που κινείται στην πτερωτή της αντλίας, με βάση την εξίσωση Bernoulli (βλέπε πα-ρακάτω) εμφανίζει μείωση της στατικής του πίεσης λόγω της αύξησης της ταχύτητας του. Όταν σε µία περιοχή της αντλίας η στατική πίεση τείνει να γίνει µικρότερη από την πίεση ατµοποίησης του υγρού, τότε αυτό ατµοποιείται. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται σπηλαίωση και πρέπει να αποφεύγεται διότι καταστρέφει την αντλία.

Το καθαρό θετικό ύψος ΗΗ αναρρόφησης αντλίας, είναι χαρακτηριστικό της κατασκευής της κάθε αντλίας και εκφράζει πόσο πρέπει το συνολικό μανομετρικό ύψος πίεσης (στατικό και δυναμικό) στην είσοδο της αντλίας να είναι μεγαλύτερο από την πίεση ατμοποίησης του υ-γρού PD / γ που διακινείται μέσω της αντλίας.

Σχήμα 52: Καθαρό θετικό Hs ύψος αναρρόφησης αντλίας

Αναλόγως της κατασκευής και της περιοχής λειτουργίας οι φυγόκεντρες αντλίες διακρίνονται:

Μονοβάθμια φυγόκεντρη αντλία απλής αναρρόφησης

Πολυβάθμια φυγόκεντρη αντλία

Αυτοαναρροφητική αντλία

Υποβρύχια αντλία

Αντλία ακαθάρτων υδάτων

Σχήμα 53: Τύποι φυγοκέντρων αντλιών

Απλή μονοβάθμια φυγόκεντρη αντλία

Πολυβάθμια αντλία

Αντλία λυμάτων

Υποβρύχια αντλία


ΚΑΜΠΥΛΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΗΣ ΑΝΤΛΙΑΣ

Ισχύει Ν = F * s / t = F * U = (F / E) * (U * E) = p * Q

Δηλαδή για σταθερή ισχύ Ν της αντλίας, αν αυξήσω την πίεση p του υγρού θα μειωθεί η παροχή του υγρού Q και αντίστροφα.

Στην πράξη η παραπάνω σχέση εκφράζεται με την :

Ν = p * Q / η = γ * Η * Q / (75 * η ) όπου :

N = η απορροφουμένη από την αντλία ισχύς σε PS

γ = το ειδικό βάρος του υγρού (για ύδωρ γ= 1000 Kp / m3 )

Η = p / γ = το μανομετρικό ύψος = η διαφορά πίεσης μεταξύ δύο σημείων (κυρίως μεταξύ εισόδου και εξόδου της αντλίας ή της σωλήνωσης) εκπεφρασμένη σε μέτρα (m) στήλης υ-γρού.

Q = η παροχή της αντλίας σε m3 / sec

η = ο βαθμός απόδοσης της αντλίας, που κυμαίνεται από 0 για τις ακραίες θέσεις Q=0 και

H=0 μέχρι ένα ηmax = μέγιστος βαθμός απόδοσης.

75 = συντελεστής για τη μετατροπή των μονάδων, ώστε η ισχύς να προκύπτει σε PS

Η παραπάνω εξίσωση δίδει την καμπύλη Η = f (Q) - καμπύλη μανομετρικού ύψους συ-

ναρτήσει της παροχής μιάς αντλίας. Οι δύο καμπύλες Η = f (Q) και η = f (Q) - καμπύλη

βαθμού απόδοσης συναρτήσει της παροχής, καλούνται χαρακτηριστικές καμπύλες

της αντλίας και δίδονται από τους κατασκευαστές των αντλιών.

Σχήμα 54: Χαρακτηριστικές καμπύλες φυγόκεντρης αντλίας

Στην περίπτωση εκλογής κινητήρα για την κίνηση της αντλίας, αυτός εκλέγεται με αυξημένη ισχύ (κατά 40% για μικρές ισχύς, έως κατά 10% για μεγάλες ισχύς) ώστε να εργάζεται χωρίς υπερφόρτωση.


9.3 ΜΑΝΟΜΕΤΡΙΚΟ ΥΨΟΣ ΣΩΛΗΝΩΣΕΩΣ

Με βάση την εξίσωση ενέργειας – Bernoulli (p/γ + ½ U2 / g + z = σταθερό), έχω:

Σχήμα 55: Σχηματικό διάγραμμα μεταφοράς υγρού με αντλία

Οπου:

Ησωλ = Το μανομετρικό ύψος της σωληνώσεως, που πρέπει να καλύψει η αντλία

Ζa , Ζe = τα υψόμετρα εισόδου και εξόδου της σωλήνωσης

pa , pe = η πίεση του υγρού στην είσοδο και έξοδο της σωλήνωσης

Ua , Ue = η ταχύτητα του υγρού στην είσοδο και έξοδο της σωλήνωσης

g = η επιτάχυνση της βαρύτητας ( 9,81 km/sec)

Hv = Το μανομετρικό ύψος απωλειών της σωλήνωσης. Είναι Hv = Hv’ + Hv ’’ όπου :

Hv’ = hν * L = ύψος απωλειών των ευθύγραμμων τμημάτων της σωλήνωσης

Hv ’’ = Σ (κ * U2/ 2g) = ύψος απωλειών εξαρτημάτων (δικλείδες, ταυ, κλπ) και καμπύ-

λων τμημάτων της σωλήνωσης

hν = ύψος απωλειών (λόγω τριβής) ευθύγραμμων τμημάτων της σωλήνωσης ανά μο-νάδα μήκους. Εξαρτάται από τη διάμετρο d και το υλικό κατασκευής της σωλή-νωσης

L = μήκος σωλήνωσης

κ = σταθερά εξαρτώμενη από το εξάρτημα (δικλείδα, ταυ, κλπ) της σωλήνωσης

U = ταχύτητα του υγρού στη σωλήνα ( U = 4 *Q / π *d2 )

Τα (hν) και (κ) δίδονται σε πίνακες από τους κατασκευαστές της σωλήνας και των εξαρτη-μάτων αντίστοιχα.

Ο πίνακας 2 δίδει το hv στην περίπτωση ύδατος σε γαλβανισμένους χαλυβδοσωλήνες

Ο πίνακας 3 δίδει το κ στην περίπτωση ύδατος σε γαλβανισμένους χαλυβδοσωλήνες


Πίνακας 2: Ενδεικτικό ύψος απωλειών hν (mm στήλης ύδατος) ανά m μήκους σωληνώσεως, ΤΟΤΕΕ 2411/86


Πίνακας 3: Ενδεικτικές τιμές κ εξαρτημάτων σωληνώσεως, ΤΟΤΕΕ 2411/86

9.4 ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΑΝΤΛΙΑΣ ΚΑΙ ΣΩΛΗΝΩΣΗΣ

Στην περίπτωση που είναι γνωστή η διάμετρος της σωλήνας και το υλικό κατασκευής της, το μήκος της σωλήνωσης, τα υψόμετρα εισόδου και εξόδου και οι χαρακτηριστικές καμπύλες της αντλίας, τότε το σημείο λειτουργίας ( μανομετρικό ύψος Η και παροχή Q ) του συστήμα-


τος αντλία – σωλήνωση ευρίσκεται κατασκευάζοντας τις καμπύλες ΗΑ = f (QΑ) της αντλίας και Ησωλ = f (Qσωλ) της σωλήνωσης.

Το σημείο λειτουργίας είναι το σημείο τομής των καμπυλών αυτών (βλέπε σχήμα 56).

Στην περίπτωση που είναι γνωστά το απαιτούμενο μανομετρικό ύψος (Η) και η παροχή του υγρού (Q), τότε από τους καταλόγους των κατασκευαστών εκλέγεται μία αντλία που πα-ρουσιάζει τα δεδομένα (H, Q) σε κάποιο σημείο της καμπύλης της ΗΑ = f (QΑ).

Στην περίπτωση που προέχει η εξοικονόμηση ενέργειας και υπάρχουν πολλές αντλίες που παρουσιάζουν τα δεδομένα (H, Q) σε κάποιο σημείο της καμπύλης τους ΗΑ = f (QΑ), τότε εκλέγεται εκείνη η αντλία που συγχρόνως για αυτό το σημείο παρουσιάζει τον καλλίτερο βαθμό απόδοσης (βλέπε σχήμα 54 ).

Σχήμα 56: Συνεργασία αντλίας και σωλήνωσης

ΗΗ + 0,5 < (pe + pb - pD ) / γ – Ηs - Hvs + U2/2g όπου :

ΗΗ = το καθαρό θετικό ύψος αναρρόφησης

pD = η πίεση ατμοποίησης του υγρού

pb = η ατμοσφαιρική πίεση

Ηvs = Οι απώλειες στη σωλήνωση μέχρι το στόμιο εισαγωγής της αντλίας

Ηs = Το σχετικό υψόμετρο της αντλίας

U = η ταχύτητα του υγρού, συνήθως o όρος (U2/2g) έχει πολύ μικρή τιμή και παρα-

λείπεται.


9.5 ΥΠΟΒΑΘΜΙΣΗ ΥΔΡΟΦΟΡΟΥ ΟΡΙΖΟΝΤΑ ΜΕ ΑΝΤΛΙΑ

Σε περίπτωση που υπάρχει υδροφόρος ορίζοντας υψηλότερα από το τελικό βάθος εκσκα-φής, χρησιμοποιούνται αντλίες για να υποβιβασθεί η στάθμη του νερού και να εκτελεσθούν οι εργασίες εκσκαφής και οι μετέπειτα εργασίες σκυροδέτησης θεμελίων, κλπ.

Οι αντλίες τοποθετούνται ή εκτός της περιμέτρου της εκσκαφής σε κατασκευαζόμενα φρέατα ή εντός της εκσκαφής σε κατασκευαζόμενες λεκάνες αποστράγγισης. Είναι δυνατό να τοπο-θετηθεί μία ή περισσότερες αντλίες, σε ικανές αποστάσεις μεταξύ τους. Η ικανότητα παρο-χής Q και μανομετρικού ύψους H των αντλιών εξαρτάται από τη διαπερατότητα των εδαφι-κών στρωμάτων στην περιοχή του έργου. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίδεται από το μη-χανικό διότι ο υποβιβασμός του υδροφόρου ορίζοντα οδηγεί συχνά σε καθιζήσεις και εδαφι-κές παραμορφώσεις στην ευρύτερη περιοχή.

Σχήμα 57: Ταπείνωση της στάθμης του υδροφόρου ορίζοντα με άντληση

9.6 ΠΙΕΣΤΙΚΟ ΣΥΓΚΡΟΤΗΜΑ ΠΑΡΟΧΗΣ ΝΕΡΟΥ

Σε αρκετές περιπτώσεις, που σχετίζονται με τη χρήση νερού, όπως όταν η πίεση του κοινό-χρηστου δικτύου της πόλεως είναι μικρότερη από την απαιτούμενη (π.χ. υψηλά κτίρια, κλπ) ή όταν η παροχή νερού χρήσης προέρχεται από γεώτρηση, κλπ, συνδυάζεται η αντλία με πιεστικό δοχείο. Το πιεστικό δοχείο είναι ένα κλειστό δοχείο με δύο τμήματα, που το ένα περιέχει νερό και το άλλο αέρα κατά τρόπο που να περιορίζεται ο όγκος του και να αυξάνει η πίεσή του όσο ανεβαίνει η στάθμη του νερού μέσα στο πρώτο τμήμα. Η αντλία λειτουργεί και στέλνει νερό στο πιεστικό δοχείο μέχρι η πίεση του αέρα σε αυτό να αυξηθεί στη μέγιστη τιμή που έχει ορισθεί και μετά σταματά τη λειτουργία της. Όταν ανοίξει μία κατανάλωση νε-ρού, το νερό από το πιεστικό δοχείο διοχετεύεται σε αυτήν την κατανάλωση λόγω της πίεσης που υπάρχει στο πιεστικό δοχείο. Οσο το νερό καταναλώνεται κατεβαίνει η στάθμη του στο πιεστικό δοχείο και για το λόγο αυτό μειώνεται η πίεση του αέρα στο δεύτερο τμήμα. Όταν η πίεση αέρα στο πιεστικό δοχείο φθάσει στην ελάχιστη τιμή που έχει ορισθεί, ξεκινά μέσω αυτοματισμού η αντλία και στέλνει νέο νερό στο πιεστικό δοχείο μέχρι η πίεση του αέρα σε αυτό να αυξηθεί στη μέγιστη τιμή που έχει ορισθεί και ο κύκλος επαναλαμβάνεται.

Αντλία

Έδαφος

Στάθμη υδροφόρου ορίζοντα πριν την αποστράγγιση

Στάθμη υδροφόρου ορίζοντα μετά την αποστράγγιση


Σχήμα 58: Μικρό φορητό πιεστικό συγκρότημα

10. ΣΥΡΜΑΤΟΣΧΟΙΝΑ

Τα συρματόσχοινα χρησιμοποιούνται ευρύτατα και αποτελούν το κύριο στοιχείο έλξης ή α-νύψωσης σε πολλά δομικά μηχανήματα, όπως οι δομικοί γερανοί, τα βαρούλκα, οι εκσκα-φείς με συρόμενο κάδο, κλπ. Επίσης τα συρματόσχοινα χρησιμοποιούνται σαν δομικό υλικό σε κατασκευές όπως οι προεντεταμένες κατασκευές, οι κρεμαστές γέφυρες, κλπ.

Ενα συρματόσχοινο αποτελείται από πολλά συρματίδια τα οποία τυλίγονται ελικοειδώς γύ-ρω από ένα κεντρικό συρματίδιο και σχηματίζουν τον κλώνο. Πολλοί κλώνοι τυλίγονται ελι-κοειδώς γύρω από ένα πυρήνα και σχηματίζουν το συρματόσχοινο. Ανάλογα με τη φορά τύλιξης τα συρματόσχοινα διακρίνονται σε δεξιόστροφα και αριστερόστροφα.

Τα συρματίδια των συρματοσχοίνων είναι γαλβανισμένα για την προστασία από την οξείδω-ση. Για πρόσθετη προστασία τα συρματόσχοινα επαλείφονται με ελαιώδη παρασκευάσματα.

Σχήμα 59: Τύποι συρματόσχοινων

Εχουν δημιουργηθεί πολλοί τύποι συρματόσχοινων με διαφορετικές ιδιότητες και η επιλογή του πλέον κατάλληλου εξαρτάται από τη χρήση για την οποία προορίζεται.

Για την επιλογή του συρματόσχοινου εφαρμογή έχουν τα ισχύοντα Ελληνικά και Ευρωπαϊκά Πρότυπα (ΕΛΟΤ 887, ΕΛΟΤ 891, ΕΛΟΤ ΕΝ 10264, ΕΛΟΤ ΕΝ 12195, ΕΛΟΤ ΕΝ 12385, ΕΛΟΤ ΕΝ 12397, ΕΛΟΤ ΕΝ 12408, ΕΛΟΤ ΕΝ 12927, ΕΛΟΤ ΕΝ 12930, ΕΛΟΤ ΕΝ 13107, κλπ, βλέπε site www.elot.gr) και αντίστοιχοι πρότυποι πίνακες και πίνακες κατασκευαστών, που δίδουν το φορτίο θραύσεως και τους συντελεστές ασφαλείας.


Σφιγκτήρας Ροδάντζα Γαντζος Κλειδί

Σχήμα 60: Εξαρτήματα συρματόσχοινων

Τα συρματόσχοινα πρέπει, αναλόγως της χρήσης τους, να ελέγχονται σε τακτά χρονικά δια-στήματα για τυχόν φθορές. Τα συρματόσχοινα που χρησιμοποιούνται σε ανυψωτικά μηχα-νήματα πρέπει να ελέγχονται καθημερινά. Το συρµατόσχοινο που έχει ανοιγµένα σύρµατα σε ποσοστό µεγαλύτερο του 5% σε µήκος ελέγχου δεκαπλάσιο της διαµέτρου των πρέπει να αντικαθίσταται.

Ο υπολογισμός των συρματόσχοινων βασίζεται στην εύρεση :

1) Του φορτίου θραύσης Pθρ = Ρ * ν όπου:

Ρ = φορτίο συρματόσχοινου

ν = συντελεστής ασφαλείας (βλέπε πίνακα 4)

Τα συρματόσχοινα έχουν τυποποιηθεί από τους διάφορους κατασκευαστές των, που δίνουν τα χαρακτηριστικά τους και το φορτίο θραύσης σε πίνακες (βλέπε πίνακα 5)

2) Της απαιτούμενης διαμέτρου D του τυμπάνου ή της τροχαλίας περιέλιξης του συρματο-σχοίνου, βάσει της διαμέτρου d του συρματόσχοινου, ώστε η καταπόνηση του συρμα-τοσχοίνου λόγω περιέλιξης του στο τύμπανο να είναι στα επιτρεπόμενα όρια.

Dτυμπ. > d * (Dτυμπ/ d) όπου

(Dτυμπ/ d) δίδεται από πίνακες των κατασκευαστών (βλέπε πίνακα 4)

Ενδεικτικοί συντελεστές ασφαλείας ν συρματοσχοίνων

D/d ν

Γερανοί φορτίων 20 - 22 6 – 7

Ανελκυστήρες προσωπικού (μετά τυμπάνου) 35 12 - 16

Ανελκυστήρες φορτίων (μετά τυμπάνου) 35 8 - 12

Ανελκυστήρες προσωπικού (μετά δίσκου τριβής) 40 16 - 24

Ανελκυστήρες φορτίων (μετά δίσκου τριβής) 40 11 - 16

Πίνακας 4: Ενδεικτικοί συντελεστές ασφαλείας συρματοσχοίνων


Πίνακας 5: Ενδεικτικός πίνακας με φορτία θραύσης συρματόσχοινων


11 ΥΠΟΔΕΙΓΜΑΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

11.1 ΥΠΟΔΕΙΓΜΑΤΙΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1 - ΚΙΝΗΣΗ ΔΟΜΙΚΟΥ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΟΣ

Δίνεται η χαρακτηριστική καμπύλη ισχύος – στροφών Ν = f (n) του πετρελαιοκινητήρα ενός ερπυστριοφόρου προωθητή, το βάρος G του ερπυστριοφόρου προωθητή, οι σχέσεις μετά-δοσης του κιβωτίου ταχυτήτων i(I), i(II), i(III), του διαφορικού i(π), και της τελικής κίνησης i(T), η διάμετρος του κινητηρίου τυμπάνου D, η αντίσταση κύλισης w(r), η κλίση του επιπέ-δου εργασίας δ(%) και ο μηχανικός βαθμός η(μ) του συστήματος μετάδοσης της κίνησης από τον πετρελαιοκινητήρα στο τύμπανο κινήσεως D.

Δίνονται οι τιμές:

Διάμετρος κινητηρίου τυμπάνου D = 1,3 m

Σχέσεις μειώσεως κιβωτίου ταχυτήτων: i (I) = 1:25, i (II) = 1:17, i(III) = 1:12

Σχέση μειώσεως διαφορικού i (π) = 1:6

Σχέση μειώσεως τελικής κινήσεως i (T) = 1: 2,5

Μηχανικός βαθμός αποδόσεως n (μ) = 0,80

Αντίσταση κυλίσεως wr = 50 Kp /Mp

Βάρος μηχανήματος B = 48Mp

Ζητούνται:

1. Να βρεθεί γραφικά το σημείο Β επί της χαρακτηριστικής καμπύλης Ν = f(n) της κινητηρί-ου μηχανής όπου εμφανίζεται η μέγιστη ροπή στρέψεως και να χαραχθεί η καμπύλη M(t) = f (n).

2. Η χάραξη των τριών χαρακτηριστικών καμπυλών P = f (U) κίνησης του μηχανήματος βάσει των δεδομένων σχέσεων μετάδοσης κίνησης του κιβωτίου ταχυτήτων, του διαφο-ρικού και της τελικής κίνησης, από τις οποίες προκύπτει η συνολική μεγίστη δύναμη έλ-ξης R που διαθέτει το μηχάνημα και η αντίστοιχη ταχύτητα κίνησης για καθεμία από τις σχέσεις i (I), i (II), i (III).

Σημείωση:

Οι ζητούμενες καμπύλες να περιέχουν τουλάχιστον τα εξής σημεία λειτουργίας:

Σημείο Α: λειτουργία με τον ελάχιστο επιτρεπόμενο αριθμό στροφών (RPM) της κινητηρίου μηχανής (1200 στρ/λ)

Σημείο Β: λειτουργία σε RPM όπου εμφανίζεται η μέγιστη ροπή στρέψης της κινητηρίου μη-χανής.

Σημείο Γ: λειτουργία σε RPM όπου εμφανίζεται η μεγίστη ισχύ της κινητηρίου μηχανής.




Λύση:

1) Εύρεση σημείου με Mt = max

Mt = 716, 2 * N/n Mt = max όταν Ν/n = max όταν εφα = max

Φέρνω την εφαπτομένη από την αρχή των αξόνων στην καμπύλη N = f(n)

Στην άσκηση βρίσκεται Ν = 53 PS, n = 2100 RPM

Τα τρία χαρακτηριστικά σημεία του κινητήρα:

Α : RPM min 1200 RPM = n 23 PS = N

B : Mt max 2100 RPM = n 53 PS = N

Γ : Νmax 3500 RPM = n 68 PS = N

2) Εύρεση συνολικής μεγίστης δύναμης έλξης R που διαθέτει το μηχάνημα και της αντίστοι-χης ταχύτητα κίνησης για καθεμία από τις σχέσεις i (I), i (II), i (III).

Θεωρείται η σχέση μετάδοσης κίνησης στο κιβώτιο ταχυτήτων ι(Ι) = 1:25.

Επίλυση για το χαρακτηριστικό σημείο λειτουργίας του κινητήρα Α, όπου

n = 1200 RPM, N = 23PS.

Μετάδοση κίνησης

nκιβ/ηκιν = iI , nπ/ nκιβ = iπ, nτελ/nπ = iτ

nτελ = nkiν * iI * iπ* iτ=1200* 1/25 *1/6 * 1/2,5 = 3,2 RPM

Αρα U = π*D*n/60 = 3,14 * 1,3 * 3,2 /60 = 0,218 m/sec = 0,78 Km/h

NT = Nκιν *ηi = 23 * 0,8 = 18,4 PS

NT = P* V/75 => P = 75*NΤ/U = 75 * 18,4/0,218 = 6330 Kp

Επίλυση για το χαρακτηριστικό σημείο λειτουργίας του κινητήρα B, όπου n = 2100 RPM, N=53PS

nT = 2100 * 1/25 * 1/6 * 1/2,5 = 5,6 RPM

U = π*1,3*5,6/60 = 0,38 m/sec = 1,37 Km/h

P = 75*NT/U = 75*(0,8*53)/0,38 = 8300 Kp

Επίλυση για το χαρακτηριστικό σημείο λειτουργίας του κινητήρα Γ, όπου n = 3500 RPM, N=68PS

nT = 3500 * 1/25 *1/6 *1/2,5 = 9,33 RPM

U = π*1,3*9,33/60 =0,63 m/sec = 2,28 Km/h

P = 75NT/U = 75* (0,8*68)/0,63 = 6480 Kp

B Μέθοδος (εναλλακτική)

Μtκιν = 716,2* Ν/η = 716,2 * 23/1200 = 13,72 Kpm

MtT = n *1/ioλ * Μtκιν = 0,8 1/25*1/6*1/2,5 * 13,72 = 4118 Κpm

P = 2*MtT/D = 2 * 4118/1,3 = 6330 Kp


1) Θεωρείται η σχέση μετάδοσης κίνησης στο κιβώτιο ταχυτήτων i (II) = 1/17

Επίλυση για το χαρακτηριστικό σημείο λειτουργίας του κινητήρα Α, οπου

n = 1200 RPM, N=23PS

ηΤ =1200*1/17*1/6*1/2,5 =4,706 RPM

U = π * 1,3*4,706/60 = 0,32 m/sec = 1,15 Km/h

P = 75*(0,8*23) = 4312 Kp

Επίλυση για το χαρακτηριστικό σημείο λειτουργίας του κινητήρα Β, οπου

n = 2100, N=53PS

ηΤ = 2100* 1/17 *1/6 *1/2,5 = 8,24 RPM

U = π*1,3*8,24/60 = 0,56 m/sec = 2,01 Km/h

P = 75 *(0,8*53) = 5678 Kp

Επίλυση για το χαρακτηριστικό σημείο λειτουργίας του κινητήρα Γ, όπου

n=3500 RPM, N=68PS

ηΤ = 3500 *1/17 1/6 1/2,5 = 13,73 RPM

U = π * 1,3 * 13,73/60 = 0,934 m/sec = 3,36 Km/h

P = 75 *(0.8*68) = 4368 Kp

Ομοίως για την σχέση μετάδοσης i (III) = 1/12 ευρίσκονται:

Α: U = 1,63 Km/h P = 3046 Kp

B: U = 2,86 Km/h P = 4002 Kp

Γ: U = 4,76 Km/h P = 3085 Kp

Καμπύλες διαθέσιμης δύναμης έλξης R και ταχύτητας κίνησης σε οριζόντιο επίπεδο


11.2 ΥΠΟΔΕΙΓΜΑΤΙΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 2 – ΑΝΥΨΩΤΙΚΟΣ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ

Σε εργοτάξιο υπάρχει ανυψωτικό βαρούλκο φορτίων που αποτελείται από ασύγχρονο τε-τραπολικό ηλεκτροκινητήρα ισχύος 5 KW (6,8 HP) με ολίσθηση 4%, μειωτή στροφών με σχέση μείωσης i = 1/150 και βαθμό απόδοσης ημ = 0,80 και τύμπανο περιέλιξης με διάμε-τρο dΤ = 0,50 m και βαθμό απόδοσης ητ = 0,98, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Ζητείται να υπολογισθούν

α) το μέγιστο βάρος που μπορεί να ανυψώσει ο μηχανισμός

β) η ταχύτητα ανύψωσης

γ) τα χαρακτηριστικά του συρματόσχοινου

Λύση

α) Είναι στροφές ηλεκτροκινητήρα n = 60 * f / [P * (1- π%)] = 60 * 50 / 2 * 0,96 = 1440 rpm

άρα στροφές τυμπάνου = nT = 1440 * 1/150 = 9,6 rpm και

U = π *dT * nT/60 = 3,14 * 0,50 * 9,6 / 60 = 0,25 m/sec

β) Η ισχύς που φθάνει στο τύμπανο είναι Ντ = 6,8 * 0,8 * 0,98 = 5,33 ΗΡ

Είναι N = P * U / 75 συνεπώς P = 75 * Nτ / U = 75 * 5,33 / 0,25 = 1599 Κp

γ) Χαρακτηριστικά συρματοσχοίνου

Ισχύει Pθρ = Pmax * v = 1599 * 6 = 9.594 Kp

Από τον πίνακα επιλέγεται συρματόσχοινο διαμέτρου 11mm * 160 Kp/mm2 κατά DIN3053 με φορτίο θραύσεως 10.200 Κp

11.3 ΥΠΟΔΕΙΓΜΑΤΙΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3 – ΑΝΤΛΙΑ

Η Δημόσια Επιχείρηση Ηλεκτρισμού (ΔΕΗ) προγραμματίζει την εγκατάσταση στη θέση Φι-λώτα της περιοχής Αμυνταίου ενός εργοταξίου για την κατασκευή δύο θερμοηλεκτρικών μο-νάδων. Για τις ανάγκες του εργοταξίου (συγκροτήματα πλύσεως αδρανών υλικών, παραγω-γής σκυροδέματος, υδρεύσεως) απαιτείται παροχή νερού 100 m3/h το ελάχιστο. Μετά από έρευνα της περιοχής παίρνεται η απόφαση να αντληθεί το νερό από την λίμνη Βεγορίτιδα, που βρίσκεται σε απόσταση (οριζόντια) 4 χιλιομέτρων από την περιοχή του εργοταξίου και σε υψόμετρο αναφοράς 0 μέτρα. Το υψόμετρο του εργοταξίου είναι αντιστοίχως 90 μέτρα. Η περιοχή κοντά στην όχθη της λίμνης είναι βαλτώδης και ακατάλληλη για θεμελίωση


αντλιοστασίοu και εγκατάσταση αντλητικού συγκροτήματος μέχρι αποστάσεως Ls από την όχθη (οριζόντια απόσταση).

Το μέγιστο επιτρεπόμενο ύψος αντλήσεως της αντλίας είναι Hs = 7 m.

Δίνεται η καμπύλη Η = f (Ο) της αντλίας. Η κλίση από τη λίμνη μέχρι το εργοτάξιο είναι ενιαία και χωρίς τοπικές απώλειες.

Ζητούνται:

α) Η διάμετρος της σωληνώσεως μεταφοράς έτσι ώστε η αντλία να λειτουργεί στο βέλτιστο βαθμό αποδόσεως και οι αντίστοιχες τιμές παροχής και μανομετρικού ύψους.

β) Να σχεδιαστεί η καμπύλη μανομετρικού ύψους σωληνώσεως.

γ) Η ισχύς του ηλεκτροκινητήρος.

δ) Η ελάχιστη δυνατή απόσταση από τη λίμνη για την εγκατάσταση του αντλιοστασίου

Λύση

1. Υπολογισμός διαμέτρου σωλήνωσης μεταφοράς.

από το διάγραμμα Η = f (Q) της αντλίας έχω

ηmax = 0,8 υπό QΑ = 115 m3/h και ΗΑ = 170 m

Εχω HA = HΣ = Za – Ze + (pa – pe) / γ + (va2 – ve

2 ) / 2g + Hv = Za – Ze + Hv διότι

pa = pe και va = ve, άρα

170 = 90 – 0 + Hv και συνεπώς Hv = 80 m και hv = 80 / 4000 /100 = 2 m / 100 m

Από το νομογράφημα απωλειών σωλήνωσης για Q = 115 m3 /h και hv = 2 m/ 100 m

Έχω D = 150 mm


2. Σχεδιασμός καμπύλης σωλήνωσης

Εχω HΣ = Za – Ze + Hv = Za – Ze + L / 100 * hv, άρα

HΣ = 90 + 4000 / 100 * hv, όπου hv = f (Q) για D = 150 mm

Για Q = 0 m3/h hv = 0 m/100m HΣ = 90 m

Για Q = 50 m3/h hv = 0,45 m/100m HΣ = 108 m

Για Q = 100 m3/h hv = 1,5 m/100m HΣ = 150 m

Για Q = 115 m3/h hv = 0 m/100m HΣ = 90 m

Για Q = 0 m3/h hv = 2 m/100m HΣ = 170 m

Bάσει αυτών χαράζω την καμπύλη Η = f (Q)

3. Ισχύς Ηλεκτροκινητήρα

Ισχύς αντλίας ΝA = γ* HA * QA / 75 / η = 1000 * 170 * (115 / 3600) / 75 / 0,8 = 90,5 PS

Ο Ηλεκτροκινητήρας λαμβάνεται αυξημένος κατά 10%

Αρα Νκιν = 1,10 * 90,5 = 100 PS

4. Ελάχιστη απόσταση εγκατάστασης αντλιοστασίου

Είναι Ls / Zs = La / Za συνεπώς Zs = 90 / 4000 * Ls

Εχω HΣ αναρ = 7 m ή HΣ αναρ = Za – Zs + Ls / 100 * hv, 7 = 90 / 4000 * Ls + Ls * 2 / 100

Άρα Ls = 164,7 m

12. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1. Βιβλία: Στοιχεία Μηχανολογίας Πολιτικού Μηχανικού – Χ. Ι. Εφραιμίδης

2. Περιοδικά: Construction Europe – Khl Group, www.construction-europe.com

3. Plant & Works Engineering – Khl Group, www.pwemag.co.uk

4. Ιστοσελίδες en.wikipedia.org

Ιστοσελίδες κατασκευαστών δομικών μηχανών, συρματοσχοίνων, αντλιών.

Ls

Zs

Za = 90

La = 4000

http://www.construction-europe.com/

http://www.pwemag.co.uk/

Documents

Σημ_Μηχανολογίας_2013