Вопрос 39

ОБЪЕМНЫЕ НАГНЕТАТЕЛИ.ПРИНЦИП

ринцип работы объемного гидропривода основан на законе Паскаля, по которому всякое изменение давления в какой-либо точке покоящейся жидкости, не нарушающее ее равновесия, передается в остальные ее точки без изменения (рис.1.2).

Насосом 1 рабочая жидкость подается в напорную гидролинию 3 и далее через распределитель 5 к гидродвигателю 2. При одном положении гидрораспределителя совершается рабочий ход гидродвигателя, а при другом положении - холостой. Из гидродвигателя жидкость через распределитель поступает в сливную гидролинию и далее или в гидробак 9, или во всасывающую гидролинию насоса (в гидроприводах с замкнутой схемой циркуляции рабочей жидкости, см. рис.1.2, а). В резервуаре жидкость охлаждается и снова поступает в гидросистему. Надежная работа гидропривода возможна только при соответствующей очистке рабочей жидкости фильтрами 8.

Регулирование скорости движения выходного звена гидродвигателя может быть дроссельным или объемным. При дроссельном регулировании в гидросистеме устанавливаются нерегулируемые насосы, а изменение скорости движения выходного звена достигается изменением расхода рабочей жидкости через дроссель 6. При объемном регулировании скорость движения выходного звена гидродвигателя изменяется подачей регулируемого насоса либо за счет применения регулируемого гидромотора.

Защита гидросистемы от чрезмерного повышения давления обеспечивается предохранительным 4а или переливным 4б клапанами, которые настраиваются на максимально допустимое давление. Если нагрузка на гидродвигатель возрастает сверх установленной, то весь поток рабочей жидкости будет идти через предохранительный или переливной клапаны, минуя гидродвигатель. Контроль за давлением на отдельных участках гидросистемы осуществляется по манометрам 11.

Работа гидроагрегатов сопровождается утечками рабочей жидкости. В гидросистемах с замкнутой циркуляцией утечки компенсируются специальным подпитывающим насосом 1а (рис.1.2, а).

40_41__ Рабочий процесс лопастного насоса

В рабочем колесе энергия передается жидкости путем динамического воздействия лопаток на поток. Момент сил относительно оси противодействует вращению рабочего колеса, поэтому лопатки профилируют, учитывая величину подачи, частоту вращения, направление движения жидкости.

Преодолевая момент, рабочее колесо совершает работу.  Основная часть, подведенная к колесу энергии,  передается жидкости, некоторая часть теряется на преодоление механических и гидравлических сопротивлений.

Если неподвижную систему координат связать с корпусом насоса, а подвижную систему координат с  рабочим колесом, то траектория абсолютного движения частиц будет складываться из вращения (переносного движения) рабочего колеса и относительного движения в подвижной системе по лопаткам.

Абсолютная скорость равна векторной сумме переносной скорости - скорости вращения U рабочего колеса и относительной скорости W  (по лопатке)  в данной точке.  На рис. 15.2 изображены траектории частиц на входе и на выходе  в насос в относительном движении – АВ, траектории переносного движения совпадают с окружностями на данном радиусах колеса, например на радиусах R1 и  R2.  Траектории частиц в абсолютном движении от входа в насос до выхода – АС. Движение подвижной системы –относительное, в подвижной – переносное.

Параллелограммы скоростей для входа в рабочее колесо и выхода из него:

                 (15.5’)

где i = 1,2.

Отложив относительную скорость W₂ с переносной U₂, получим абсолютную скорость V₂ на выходе из рабочего колеса.

 

Из параллелограммов скоростей, изображенных на рис. 15.2, видно, что момент скорости частицы  жидкости на выходе из рабочего колеса больше, чем на входе:

 

V₂Cosα₂R₂ >  V₁Cosα₁R₁

Следовательно, при прохождении через колесо момент количества движения увеличивается. Возрастание момента количества движения вызвано моментом сил, с которыми рабочее колесо действует на находящуюся в нем жидкость.

Для установившегося движения жидкости разность моментов количества движения жидкости, выходящей из канала и входящей в него за единицу времени, равна моменту внешних сил, с которыми рабочее колесо действует на  жидкость. Поэтому момент сил, с которыми рабочее колесо действует на жидкость, равен:

М = Qρ(V₂Cosα₂R₂ - V₁Cosα₁R₁),  где Q - расход жидкости через рабочее колесо.

Умножим обе части этого уравнения на угловую скорость рабочего колеса ω.

М ω= Qρ(V₂Cosα₂R₂ω - V₁Cosα₁R₁ω),

Произведение Мω называется гидравлической мощностью, или работой которую производит рабочее колесо в единицу времени,  воздействуя на находящуюся в нем жидкость.

Из уравнения Бернулли известно, что удельная энергия, передаваемая единице веса жидкости,  называется напором. Когда нами изучалось уравнение Бернулли, источником энергии для движения жидкости была разность напоров.

 В данном случае энергия передается жидкости рабочим колесом насоса.

 Теоретическим напором рабочего колеса - Н_Т  называется  удельная энергия, передаваемая единице веса жидкости рабочим колесом насоса.

N = Мω = H_Т*Qρg

Учитывая, что u₁=R₁ω  — переносная (окружная) скорость рабочего колеса на входе и   u₂  =   R₂ ω — скорость рабочего колеса на выходе и что проекции векторов абсолютных скоростей на направление переносной скорости (перпендикулярной к радиусам R1 и R2)   равны  V_u2 = V₂Cosα₂     и V_u1 = V₁Cosα₁,  где  V_u2 и V_u1 , получим теоретический напор  в виде

 H_Т*Qρg =  Qρ(V₂Cosα₂R₂ω - V₁Cosα₁R₁ω),

                              (15.6)

Напор насоса  меньше теоретического напора поскольку в нем взяты реальные значения скоростей и давлений.

Лопастные насосы бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми. В одноступенчатых насосах жидкость проходит через рабочее колесо однократно (см. рис. 14.1). Напор таких насосов при заданной частоте вращения ограничен. Для повышения напора применяют многоступенчатые насосы, у которых имеется несколько последовательно соединенных рабочих колес, закрепленных на одном валу. Напор насоса повышается пропорционально числу колес.

Лопастной насос может работать при разных режимах, т. е. при разных подачах и частотах вращения.

Прикрывая задвижку, установленную на напорном трубопроводе насоса, уменьшают подачу. При этом также изменяется напор, развиваемый насосом. Для правильной эксплуатации насоса необходимо знать, как изменяется напор, КПД и мощность, потребляемая насосом, при изменении его подачи, т. е. знать характеристику насоса, под которой понимается зависимость  напора, мощности и КПД насоса от его подачи при постоянной частоте вращения