Лабораторна робота №1,2

ВИЗНАЧЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ОБ’ЄМНИХ ВТРАТ НАСОСА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ СТАТИЧНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАСОСНОЇ СТАНЦІЇ

Мета роботи – вивчити принцип дії насосів гідросистем, засвоїти методику визначення їх об’ємного ККД й дослідити залежність об’ємних втрат насоса від тиску на виході насоса, вивчити будову насосних станцій гідроприводів і визначити статичну характеристику типової насосної станції.

1.1 Короткі теоретичні відомості

Принцип дії насосів гідросистем. Насос перетворює підведену до його вхідної ланки (валу) механічну енергію в гідравлічну енергію потоку рідини.

В сучасній техніці використовуються динамічні і об’ємні насоси.

Робочим органом динамічного насоса, як правило, являється обертове робоче колесо, оздоблене лопастями. Єнергія від робочого колеса передається рідині за рахунок динамічної взаємодії лопастів робочого колеса з обтікаючою їх рідиною. Динамічні насоси широко застосовуються в системах водо- і теплопостачання, технологічних установках хімічної і нафтопереробної промисловості, побутовій техніці і інших пристроях, де не потрібні створення високих (>1 МПа) тисків.

В гідроприводах і системах гідроавтоматики частіше застосовуються об’ємні насоси.

Основний елемент конструкції об’ємного насоса – робоча камера. Робочий процес об’ємного насоса заснований на позмінному заповненні камери рідиною (при з’єднанні її з гідролінією нагнітання). Об’ємний насос, як правило, має кілька таких камер.

В залежності від конструкції деталей, утворюючих робочі камери, розрізняють пластинчасті, поршневі та шестерні насоси.

Розглянемо принцип дії об’ємного насоса на прикладі пластинчастого насоса, який широко застосовується у гідроприводах металоріжучих станків завдяки простоті надійності і малої шумності роботи.

Схема пластинчастого насоса показана на рис. 1.1. Основними деталями насоса являються ротор 1, пластини 2, статор 3, приводний вал 4. Пластини вставлені в спеціальні пази ротора з можливістю вільного переміщення в радіальному напрямку.

При запуску насоса під дією центробіжної сили пластини прижимаються до внутрішньої поверхні 5 статора (направляючої) і далі постійно контактують з напрямляючою за рахунок центробіжної сили і тиску нагнітання, останній підводиться під торці пластин по каналу 6. Таким чином, робочі камери насоса обмежені відповідними поверхнями статора, ротора, пластин і бокових дисків (на рис. 1.1 не показані).

Рисунок 1.1 – Схема пластинчастого насоса

Направляюча представляє собою замкнуту поверхню, створену чотирма ділянками з постійними радіусами R₁ і R₂ і чотирма перехідними ділянками, на яких робочі камери з’єднуються з порожнинами всмоктування (на рис. 1.1 заштриховані) і нагнітання (заштриховані крапками). При обертанні приводного вала і з’єднаного з ним ротора по направленню стрілки об’єм робочих камер змінюється (за рахунок того, що R₁ > R₂), і камери послідовно з’єднуються з порожнинами нагнітання і всмоктування, що забезпечує подачу рідини із бака в гідросистему.

---

Будова і принцип роботи об’ємних насосів інших типів розглянуті в [1-4].

До основних параметрів будь-якого типу насоса належать:

– головний параметр насоса – робочий об’єм q_н , який представляє собою сумарну зміну об’ємів робочих камер за один оберт приводного валу, тобто робочий об’єм насосу чисельно дорівнює об’єму нестискуваної рідини, що перекачується насосом за один оберт його приводного валу при відсутності витоків;

– робочий тиск р_p , тобто тиск, який забезпечує насос протягом тривалої роботи;

– максимальний тиск р_max , при якому допускається короткочасна робота насоса;

– ККД насоса _н

_н = _он · _гн · h_мн ,

де h_он – об’ємний ККД, який характеризує втрати енергії на витоки рідини; h_гн – гідравлічний ККД, який характеризує втрати енергії на на місцевих опорах, каналах і робочих вікнах насоса; h_мн – механічний ККД, який характеризує втрати енергії на механічне тертя між деталями в насосі;

– потужність на виході насоса

N_н = p_н · Q_н ;

– потужність на приводному валу насоса

.

Об’єм рідини, якій насос повинен нагнітати за одиницю часу при відсутності всіх витоків, називається теоретичною подачею (витратою, продуктивністю).

Теоретична подача

Q_т =q_н · n_н , (1.1)

де n_н – частота обертання приводного валу насоса.

Фактична подача насоса Q_ф завжди менше теоретичної подачі Q_т із-за об’ємних втрат Q_в :

Q_ф = Q_т – Q_в , (1.2)

де Q_в = Q_вит + Q_втр; Q_вит – витоки через зазори між деталями насосу; Q_втр – втрати на всмоктування, викликані неповним заповненням робочих камер рідиною, стискуванням рідини і знаходженням в рідині бульбашок нерозчиненого повітря.

Вказані об’ємні втрати у насосі характеризуються його об’ємним ККД, який представляє собою відношення фактичної подачі насоса до теоретичної:

_он = Q_ф/Q_т (1.3)

або з врахуванням (1.1)

_он = Q_ф /(q_н · n_н) . (1.4)

Величина _он в залежності від типу і розміру насоса може знаходитись в межах 0,7...0,98.

Об’ємні втрати в насосі залежать від режимів його роботи (частоти обертання приводного валу, тиску на виході насосу).

Будова типової насосної станцій. Насосна станція гідропривода представляє собою агрегат, конструктивно об’єднуючий об’ємний насос, приводний електродвигун, апаратуру що керує роботою гідросистеми (клапани, розподільники), і пристрої, що забезпечують необхідну якість робочої рідини (фільтри, теплообмінники).

Розглянемо конструктивну схему (рис. 1.2) насосної станції Г48-21, що широко використовується у гідроприводах металоріжучих верстатів. Основним елементом станції являється насосна установка, що складається із асинхронного електродвигуна 4 і нерегульованого насоса 2. Насосна установка змонтована на кришці 3 бака 1 з робочою рідиною (мінеральним маслом).

Для підтримки температури масла в необхідних межах (5010⁰С) насосна станція оздоблена системою повітряного охолодження. Ця система включає в себе вентилятор 5, встановлений на валу електродвигуна 4, і теплообмінник 6, встановлений на стінці бака 1.

---

Рисунок 1.2 – Конструктивна схема насосної станції типу Г48-21

Гідравлічна схема насосної станції Г48-21 показана на рис. 1.3. Масло, нагнітаєме насосом 6, потрапляє у гідросистему через фільтр грубої очистки 5. Масло що зливається із гідросистеми, і масло, що пройшло через запобіжний клапан 4, потрапляє через підпірний клапан 2 до радіаторів повітряного теплообміну 1. Частина масла зливається в бак через фільтр тонкої очистки 3.

Рисунок 1.3 – Гідравлічна схема насосної станції типу Г48-21

Основними параметрами, що характеризують роботу насосної станції, являються тиск на виході насосу р_н і витрата рідини, що подається у гідросистему Q_ф. Для розуміння принципу роботи насосної станції і гідропривода у цілому важливо встановити взаємозв’язок цих двох параметрів. Ця залежність, що представляє собою функцію виду

Q_ф=(р_н), (1.5)

називається статичною характеристикою насосної станції.

Графік такої характеристики показаний на рис. 1.4.

Рисунок 1.4 – Статична характеристика насосної станції

Вид залежності (1.5) визначається характеристиками двох основних агрегатів насосної станції:

насоса Q_н=(р_н) (1.6)

і запобіжного клапана Q_к=(р_н). (1.7)

Графік залежності (1.5) у діапазоні допустимих тисків на виході насоса (0 < р_н ≤ р_нmax) близький до прямої лінії, яка має невеликий нахил відносно вісі р_н, викликаний об’ємними втратами Q_в. Якщо р_н < р_нmax, об’ємні втрати помітно збілтшуються і відчутно знижується ресурс роботи насоса, тому робота на таких тисках недопустима.

Графік характеристики (1.6) складається з двох відрізків прямих. Такий вид характеристики зумовлений тим, що в діапазоні тисків 0< р_н < р_к (р_к – тиск відкриття запобіжного клапану) клапан закритий, в зв’язку з чим на цій ділянці Q_к = 0.

Якщо тиск р_н перебільшить значення р_к, то клапан відкриється і частина потоку масла буде зливатись через клапан в бак. При цьому виконується умова

р_н ≈ р_к = const.

Очевидно, що статична характеристика насосної станції являється спільною характеристикою насоса і клапана, тобто

Q_ф = Q_н – Q_k = (р_н).

Ця характеристика складається із двох прямолінійних ділянок, які називаються режимом постійної відповідно витрати (ПВ) і тиску (ПТ) (див. рис. 3.3). У режимі ПВ запобіжний клапан і вся подача потрапляє у гідросистему. При цьому Q_ф = Q_н ≈ const. У режимі ПТ запобіжний клапан відкритий і підтримує на виході насоса приблизно постійний тиск (р_н=const).

Режим роботи насосної станції вибирається в залежноті від призначення і конструкції гідропривода.

В цій лабораторній роботі пропонується експериментально визначити і проаналізувати статичну характеристику насосної станції Г48-21, виявити залежності величини об’ємних втрат і об’ємного ККД від тиску на виході насосу.

---

1.2 Стенд для проведення досліджень

Експериментальні дослідження характеристик об’ємних втрат насосу виконуються на спеціальному стенді, гідравлічна схема якого показана на рис. 1.5.

Стенд складається із насосної станції 1, що включає в себе асинхронний електродвигун 2, досліджуваний насос 4, запобіжний клапан 9, бак 10 з робочою рідиною, а також регулюємий дросель 6, гідромотор 7 і тахометр 8. Приводний вал насосу 4 з допомогою муфти 3 прикріплений до валу електродвигуна 2. Гідромотор 7 в комплекті з тахометром 8 використовується в якості датчика фактичної подачі насоса Q_ф .

Гідросхема стенду працює при нормально закритому запобіжному клапані, тобто якщо тиск на виході насосу р_н не перевищує максимально допустимого, весь потік рідини від насосу подається на регульований дросель і далі на гідромотор. Тиск на виході насосу р_н встановлюється за допомогою регульованого дроселя 6.

Рисунок 1.5 – Гідравлічна схема стенда для проведення досліджень

Фактична подача насосу визначається по частоті обертання вала гідромотора:

Q_ф = q_м ∙ n_м , (1.8)

де q_м – робочий об’єм гідромотора; n_м – частота обертання вала гідромотора.

1.3 Пристрої і обладнання

1. Насосна станція, оснащена шестерним насосом НШ-32 з робочим об’ємом q_н = 32 см³/об і асинхронним електродвигуном з частотою обертання n = 1490 об/хв.

2. Регульований дросель ПГ-77.

3. Витратомір (аксіально-поршневий гідродвигун Г15-24Н з робочим об’ємом q_м = 77 см³/об).

4. Манометр (клас точності 1,0).

5. Тахометр.

6. Рукава високого тиску.

1.4 Методика виконання роботи

Експериментальну частину роботи пропонується виконати у такій послідовності.

1. Скомутировати гідроапарати згідно принципової гідравлічної схеми (див рис. 1.2).

2. Повністю відкрити запобіжний клапан насосної станції, для чого його регульований гвинт повернути у крайнє положення проти часової стрілки.

3. Виключити насосну станцію. Перевірити герметичність з’єднань.

4. Регульований дросель повністю закрити, повернувши його лімб у крайнє положення проти часової стрілки.

5. Настроїти тиск відкриття запобіжного клапана р_к насосної станції (значення дає викладач) для чого, плавно повертаючи регульований гвинт запобіжного клапана по часовій стрілці, установити по манометру необхідний тиск відкриття.

6. Регульований дросель повністю відкрити. Виміряти тиск на виході насоса р_н і частоту обертання вала гідродвигуна n_м. Отримані результати записати в табл. 1.1.

7. Зменшуючи робочий отвір дроселя, виміряти значення n_м при кількох значеннях р_н в діапазоні від встановленого в п.6 до тиску відкриття запобіжного клапана. Результати вимірів занести в табл. 1.1.

8. Виключити насосну станцію.

Таблиця 1.1 – Результати вимірів і розрахунків

рн	атм
	МПа	16	20	24	28	32	38	42	44	48	52	66
nм	об/хв.	610	610	605	600	600	600	600	600	599	615	550
	об/с
Qф	л/хв.	46,97	46,97	46,58	46,2	46,2	46,2	46,2	46,2	46,12	47,35	42,35
	м3/с
Qв	л/хв.	0,71	0,71	1,09	1,48	1,48	1,48	1,48	1,48	1,56	0,33	5,33
	м3/с
он		0,98	0,98	0,97	0,96	0,96	0,96	0,96	0,96	0,97	0,99	0,88

---

9. Визначити фактичну подачу насоса (1.8), об’ємний ККД (1.4) і об’ємні втрати по залежності

Q_в = q_н n_н – Q_ф,

одержаної із (1.1) і (1.2). Результати розрахунків занести в табл. 1.1.

10. По даним табл. 1.1 побудувати характеристику насосної станції у вигляді графіка функції

Q_ф=(р_н),

а також графіки залежностей величини об’ємних втрат і об’ємного ККД насоса від тиску на виході насоса

Q_в=(р_н); _он=(р_н).

11. Проаналізувати отримані результати і оформити висновки.

1.5 Зміст звіту

У звіті повинні бути приведені дата виконання роботи, тема і мета роботи, короткі теоретичні відомості, схема стенду для проведення досліджень, перелік застосованих приладів і обладнання, результати досліджень у вигляді таблиці, графіків і висновків.

1.6 Запитання для самопідготовки

1. Область застосування, принцип дії і будова об’ємних насосів (пластинчатих, шестерних), їх відмінності від динамічних (центробіжних) насосів.

2. Основні параметри об’ємних насосів і формули для їх розрахунку.

3. Мета, зміст і послідовність проведення експерименту, що виконується у даній роботі; схема стенду для проведення досліджень.

4. Характер і фізичний зміст графіків залежностей

Q_ф=(р_н); Q_в=(р_н); _он=(р_н).

5. Будова і принцип дії насосних станцій гідроприводів.

6. Гідравлічна схема насосної станції Г48-21.

7. Графік статичної характеристики насосної станції. Характер залежностей

Q_k=(р_н); Q_н=(р_н).

8. Мета, зміст, послідовність проведення експерименту, схема стенда для проведення досліджень.

---

Смотрите также файлы

• Лаби гидравлика.doc

• Лабораторна робота1.docx

• Posibnuk_PVZDM_litya.doc

• Posibnuk_PVZDM_chtamp.doc

• ONDR-konsp.doc