Файл: Гидравлика.doc

Необходимым («потребным») напором H_потр установки называют энергию, которую необходимо сообщить единице веса жидкости для ее перемещения из приемного резервуара в напорный по трубопроводу установки при заданном расходе:

, (18)

где h_н – геометрическая высота нагнетания, м; h_в – геометрическая высота всасывания, м; (p₂ – p₁) – разность давлений в напорном и приемном резервуарах, Па; ∑ h_п = h_п.в + h_п.н – сумма потерь напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах, м; H_ст – статический напор установки, м.

При установившемся режиме работы устройства развиваемый насосом напор равен потребному напору установки:

. (19)

Следует отличать необходимый («потребный») напор насоса от напора насоса. Необходимый напор определяется самой насосной установкой (высотой подъема жидкости, давлениями в напорном и приемном резервуарах, гидравлическими потерями во всасывающем и нагнетательном трубопроводах). Напор насоса чаще всего определяется прочностью его корпуса, частотой вращения.

Режим работы насоса (подбор насоса) определяют совмещением на одном и том же графике в одинаковых масштабах рабочей характеристики насоса с характеристикой насосной установки. Последняя представляет собой параболу (при турбулентном режиме течения), смещенную вдоль оси напоров на числовое значение H_ст. Насос в этой установке работает в таком режиме, при котором необходимый напор равен напору насоса. Точку пересечения указанных двух характеристик называют рабочей точкой. Если рабочая точка отвечает оптимальному режиму работы насоса, то насос считается подобранным правильно. Однако требуемую подачу насоса можно изменять. Для этого необходимо изменить либо характеристику насоса (путем изменения частоты вращения насоса), либо характеристику насосной установки (дросселированием). Наиболее экономичный метод регулирования подачи и напора – изменение частоты вращения. Он, в основном, осуществляется применением электродвигателей постоянного тока или специальных передач.

Из-за чрезмерного падения давления на всасывающей стороне насоса может возникнуть кавитация (пустотообразование), вследствие которой резко падает КПД насоса, снижается его подача и напор. Кроме того, появляется сильная вибрация и толчки, сопровождаемые характерным шумом. Для избежания кавитации насос необходимо установить таким образом, чтобы давление жидкости в нем было больше давления насыщенного пара жидкости при данной температуре. Это обеспечивается ограничением высоты всасывания насоса. Допустимую высоту всасывания определяют следующим соотношением:

, (20)

где p_п – давление насыщенного пара, Па; h_п.в – потеря напора во всасывающем трубопроводе при полной подаче, м; σ – коэффициент кавитации; Н – полный напор насоса, м.

Коэффициент кавитации часто определяют по формуле С. С. Руд­нева, предложенной на основании обобщения опытных данных:

, (21)

где Н – полный напор насоса, м; n – частота вращения рабочего колеса, мин^–1; Q – подача насоса, м³/с; С – коэффициент, характеризующий конструкцию насоса.

Допустимая высота всасывания в насосах чаще всего определяется по допустимой вакуумметрической высоте всасывания, которая обозначается на характеристиках всех типов насосов как функция расхода. Необходимо помнить, что при изменении частоты вращения изменяется и допустимая вакуумметрическая высота всасывания.

3. Объемные насосы и гидроприводы

3.1. Объемные насосы. Общие положения

Объемные насосы, принцип действия, общие свойства и классификация, применение в гидроприводах.

Методические указания. В объемном насосе подвижные рабочие органы – вытеснители (поршень, плунжер, пластина, зуб шестерни, винтовая поверхность) замыкают определенную порцию жидкости в рабочей камере и вытесняют ее сначала в камеру нагнетания, а затем – в напорный трубопровод. В объемном насосе вытеснители сообщают жидкости главным образом потенциальную энергию давления. Объемные насосы разделяют на две группы: поршневые (клапанные) и роторные (бесклапанные). Такое разграничение произведено по признакам (свойствам) обратимости (первые – необратимые, вторые – обратимые), быстроходности (первые – тихоходные, низкооборотные, вторые – высокооборотные), равномерности подачи (первые отличаются большой неравномерностью, вторые обеспечивают более равномерную подачу) и характеру перекачиваемых жидкостей (первые способны перекачивать любые жидкости, вторые – лишь неагрессивные, чистые отфильтрованные и смазывающие жидкости).

Подача объемного насоса пропорциональна его размерам и скорости движения вытеснителей жидкости. Напор объемных насосов почти не связан ни с подачей, ни со скоростью движения вытеснителей жидкости. Необходимое давление в системе определяется полезной внешней нагрузкой (усилием, прилагаемым к вытеснителю) и гидравлическим сопротивлением системы. Наибольшее возможное давление, развиваемое насосом, ограничивается мощностью двигателя и механической прочностью корпуса и деталей насоса. Чем больше напор объемных насосов, тем больше утечка жидкости через уплотнения, тем ниже объемный КПД. Напор, при котором объемный КПД снижается до экономически допустимого предела, может считаться максимально допустимым.

3.2. Поршневые и плунжерные насосы

Устройство, области применения поршневых и плунжерных насосов. Индикаторная диаграмма. КПД поршневых насосов. Графики подачи и способы ее выравнивания. Диафрагменные насосы.

Методические указания. Возвратно-поступательное движение поршня осуществляется при помощи кривошипно-шатунного механизма. Скорость поршня и подача насоса при этом получаются неравномерными: ход нагнетания чередуется с ходом всасывания, причем скорость поршня по длине его пути непрерывно меняется. Работу поршневого насоса можно весьма наглядно проследить по индикаторной диаграмме, т. е. по графическому изображению изменения давления в цилиндре насоса перед поршнем. Из этой диаграммы можно выяснить влияние воздушных колпаков на процессы всасывания и нагнетания, а также зависимость мгновенного максимума давления и минимума давления, обусловливающих в первом случае прочность насоса, во втором – возможность появления кавитации, от числа ходов в минуту. По индикаторной диаграмме можно судить об исправной работе всасывающего и нагнетательного клапанов насоса и выявить различные неисправности его работы.

3.3. Роторные насосы

Классификация роторных насосов, общие свойства и области применения. Устройство и особенности роторных насосов различных типов: роторно-поршневых, пластинчатых (шиберных), винтовых, шестеренных. Определение рабочих объемов. Подача и ее равномерность. Характеристики насосов. Регулирование подачи. Работа насоса на трубопровод.

Методические указания. Более равномерную подачу жидкости (в отличие от одноцилиндровых поршневых насосов) можно получить применением многоцилиндровых роторно-поршневых машин, объединенных в общий блок. Вытеснение жидкости в таких насосах производится последовательно каждым поршнем. Цилиндры этих насосов могут быть расположены радиально и аксиально по отношению к оси блока. Они существенно отличаются от поршневых насосов (бесклапанность, обратимость, высокооборотность, большая равномерность подачи, возможность ее регулирования). Все это обусловило широкое применение роторно-поршневых насосов в объемных гидроприводах.

3.4. Объемный гидропривод. Основные понятия

Принцип действия объемного гидропривода. Основные понятия. Классификация объемных гидроприводов по характеру движения выходного звена и другим признакам. Элементы гидропривода (гидродвигатели и гидроаппаратура, фильтры, гидроаккумуляторы, гидролинии). Рабочие жидкости, применяемые в гидроприводах.

Методические указания. Гидравлический привод состоит из источника энергии рабочей жидкости (насоса), получающего механическую энергию от ведущего звена (например, от электродвигателя), и потребителя энергии жидкости (гидродвигателя), передающего механическую энергию исполнительному органу. Насос и гидродвигатель соединяют два основных трубопровода, по одному из которых рабочая жидкость перемещается от насоса к двигателю, а по другому возвращается из гидродвигателя к насосу. На обоих трубопроводах монтируются управляющие и регулирующие гидроаппараты определенного назначения.

Объемные гидроприводы обладают высоким быстродействием, незначительными размерами и небольшой массой. Высокий модуль упругости рабочей жидкости и герметичность гидроаппаратов обеспечивают механическую жесткость связи между ведущим и ведомым звеньями. Исключение поломок в машинах и механизмах с объемным гидроприводом обеспечивается предохранительными клапанами.

3.5. Гидродвигатели

Силовые гидроцилиндры, их назначение и устройство. Расчет гидроцилиндров. Поворотные гидродвигатели. Роторные гидродвигатели – гидромоторы. Обратимость роторных насосов и гидромоторов. Гидромоторы роторно-поршневых, пластинчатых, шестереночных и винтовых типов. Расчет крутящего момента и мощности на валу гидромотора. Регулирование рабочего момента. Высокомоментные гидромоторы.

Методические указания. Под объемным гидродвигателем понимают гидромашину, предназначенную для преобразования энергии потока масла в энергию движения выходного звена гидропривода. Рабочий процесс этой гидромашины основан на попеременном заполнении рабочей камеры маслом и вытеснении его из рабочей камеры.

Гидродвигатели, как и насосы, в зависимости оттого, какую энергию потока жидкости (потенциальную или кинетическую) они преобразуют в механическую работу выходного звена, подразделяют на объемные и лопастные (динамические). Объемные гидродвигатели разделяют на гидродвигатели с ограниченным ходом (двигающиеся возвратно-поступательным или возвратно-поворотным движением) и с неограниченным ходом (вращающиеся). Первые называют гидроцилиндрами, а вторые – гидромоторами.