+ 2004-250 и выше до —60° С для летательных аппаратов со сверхзвуко­ выми скоростями).

Повышение маневренности летательных аппаратов вызвало необхо­ димость в высоких требованиях и к быстродействию гидросистемы. Од­ ним из условий, обеспечивающим быстродействие, является приемис­ тость насоса. Считается, что время достижения регулируемым насосом максимальной производительности от нулевого ее значения не должно быть больше 0,04 сек, а время снижения расхода от номинального зна­ чения до нулевого — не более 0,02 сек.

Одно из основных требований — минимальный вес и объем насо­ са — обусловило необходимость применения в нем высоких давлений и оборотов (современные насосы работают при давлениях, доходящих до 350—500 кГ/см2, на оборотах 5000 об/мин, а в отдельных случаях 12 000—18 000 об/мин). Производительность насосов колеблется в ши­ роких пределах (от 1 л/мин и менее для миниатюрных насосов до более 8700 л/мин для поршневых насосов, предназначенных для морских су­ дов или тяжелых промышленных установок). Мощность насосов, приме­ няемых в гидросистемах летательных аппаратов, не превышает 250 л. с.

ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ОБЪЕМНЫХ НАСОСОВ (ГИДРОМОТОРОВ)

При вращении вала насоса объем его камер изменяется, причем при рабочем ходе (цикле) этот объем уменьшается и заполняющая его жид­ кость вытесняется; для гидравлического мотора объем камер при рабо­ чем ходе увеличивается и жидкость, поступающая к нему от внешнего источника, заполняет эти камеры. Указанное изменение объема камер насоса или мотора за один оборот характеризует их рабочие объемы, а за единицу времени — теоретическую (расчетную) производительность (расход) насоса. Расчетную производительность часто также называют геометрической производительностью.

Расчетная производительность насоса — суммарное изменение объ­ ема камер насоса в единицу времени или произведение рабочего объема насоса на число оборотов вала в единицу времени, причем под рабочим объемом насоса (или гидромотора) понимают изменение объема камер насоса за один оборот. Следовательно, рабочий объем роторного насоса является его расчетной производительностью за один оборот вала.

Не следует отождествлять число оборотов вала насоса (гидромото­ ра) с числом рабочих циклов, поскольку в насосах (гидромоторах) неко­ торых конструкций рабочие элементы совершают за один оборот вала несколько рабочих циклов нагнетаний и всасываний. Под одним рабочим циклом понимают разовое изменение объема рабочих камер от макси­ мального значения до минимального.

Так как объемная производительность насоса находится при нор­ мальных условиях работы в прямой зависимости от числа оборотов, то иногда удобно выражать производительность насоса через его рабочий объем. Исходя из этого минутную расчетную производительность объем­ ного насоса определяют по формуле:

где q — рабочий объем насоса в см3;

w — рабочий объем одной камеры насоса в см3; z — число камер;

п — число оборотов вала насоса в минуту.

9 5

ФАКТИЧЕСКАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ НАСОСА

Помимо расчетной (теоретической), различают фактическую (по­ лезную) производительность насоса, под которой понимают подачу жид­ кости конкретным насосом при определенных значениях перепада давле­ ния Ар в камерах нагнетания и всасывания и вязкости жидкости, а так­ же числе оборотов и при прочих параметрах, влияющих на объемные потери жидкости в насосе. Величина этой производительности будет меньше расчетной на величину объемных потерь жидкости AQH, причем к последним относят не только ту жидкость, которая продавливается под действием перепада давления через зазоры AQ^,HO и все те объемные

потери (условные утечки) AQ" , которые по тем или иным причинам

уменьшают фактическую производительность насоса по сравнению с рас­ четной. Последние потери принято называть условными утечками или потерями на всасывании насоса. Основными причинами этих потерь яв­ ляются недозаполнение рабочих камер насоса, а также деформации под давлением его камер и жидкости с находящимися в ней газами.

Количественное сравнение непосредственных утечек жидкости с условными (будем называть их объемными потерями из-за неполного заполнения рабочих камер насосов) показывает, что последние могут со­ ставить в некоторых случаях 75% всех утечек в насосе. Основными при­ чинами неполного заполнения жидкостью рабочих камер насоса при про­ хождении их через всасывающую зону являются сопротивление всасы­ вающей линии (магистрали), а также наличие в жидкости воздуха. Со­ противление всасывающей линии в зависимости от величины абсолютно­ го давления у входа в насос может привести к разрыву потока жидкости вследствие кавитации. Появление такого режима насоса особенно реаль­ но при понижении атмосферного давления, т. е. при высотных полетах самолета, а также при высоких числах оборотов насоса.

Для некоторых типов насосов, в частности, для шестеренных и ло­ пастных, к указанным сопротивлениям на входе добавляется сопротив­ ление, обусловленное центробежной силой жидкости при вращении ра­ бочих узлов насоса (см. стр. 43).

Фактическую производительность насоса QHможно выразить урав­ нением

AQH= AQH+AQ H— утечки жидкости (включая в условные утечки).

На рис. 40 приведены принципиальные графики зависимости произ­ водительности насоса от числа оборотов п (рис. 40, а) и от перепада давления Ар (рис. 40, б) для случаев отсутствия условных утечек и такой жесткости конструкции насоса, при которой зазоры при повышении дав­ ления не изменяются. При повышении перепада давления фактическая производительность такого насоса QHпонижается практически линейно. В соответствии с этим линейной будет также зависимость от Ар вели­ чины утечек жидкости AQ'H, обусловленных перепадом давления. С дру­ гой стороны, так как величины зазоров практически не изменяются при изменении скорости и, кроме того, скорость течения жидкости через за­ зоры (скорость утечек жидкости) значительно больше скоростей сколь­ зящих пар, образующих рабочие зазоры, величина утечек жидкости через зазоры AQ'H практически не зависит от числа оборотов насоса (рис. 40,а). При числах оборотов, меньших по, насос не будет развивать требуемого перепада давления Ар.

Так как внутренние утечки увеличиваются с повышением перепада

96

давления в системе, то насосы оцениваются с точки зрения производи­ тельности при заданном давлении.

Рис. 40. Графики производительности насоса в зависимости от числа оборотов (а) и давления (б))

ОБЪ ЕМ НЫ Й К. П.Д. НАСОСА

Объемные потери в насосе характеризуются объемным к. п. д., ко­ торый показывает, насколько фактическая производительность QH на­ соса отличается от теоретической QT и представляет собой отношение фактической производительности к теоретической

(ПО)

Теоретическую производительность определяют расчетным путем или измеряют путем медленного (я=20-^30 об/мин) проворачивания насоса при нулевом перепаде давления жидкости между полостями входа и выхода (при нулевой разности уровней жидкости в заборном и сливном резервуарах).

На основании формул (109) и (ПО) можем написать

( 111)

Объемные потери жидкости в насосе уменьшают в т]об. н раз его производительность.

При расчетах гидросистем значение т]об для поршневых агрегатов можно принимать для номинальных режимов равным 0,96-f-0,98.

Анализ приведенных формул и результатов опытов показывает:

1.Величина утечек жидкости через зазоры прямо пропорциональна величине перепада давления жидкости, в соответствии с чем зависи­ мость объемного к. п. д. насоса от перепада давления имеет линейный характер (см. рис. 41,а).

2.Поскольку теоретическая производительность насоса для случая бескавитационного режима всасывания прямо пропорциональна числу его оборотов [см. выражение (108)], а абсолютная величина утечек жидкости для принятых давлений и температуры будет зависеть при всех прочих одинаковых условиях лишь от перепада давления жидкости

ипрактически не будет зависеть от числа оборотов, объемный к. п.д. насоса с увеличением числа его оборотов в пределах, в которых соблю­

дается бескавитационный режим работы, повышается (см. рис. 41,6). Однако подобное повышение объемного к. п. д. и производительно­ сти насоса будет происходить лишь в определенном интервале оборо­

тов, в котором условные утечки (см. стр. 96), обусловленные недозаполнением рабочих камер насоса, отсутствуют или столь малы, что не могут существенно повлиять на производительность насоса. При более высоких числах оборотов условные утечки станут превалировать над основными, и поскольку с увеличением числа оборотов они возрастают, то к. п. д. при этом понижается (см. рис. 41,6). Понижение к. п. д., наблю­ даемое при повышении оборотов выше /г2, обусловлено объемными по-

Рис. 41. Графики зависимости объемного к. п. д. на­ соса от давления (а), числа оборотов (б) и темпе­ ратуры жидкости (в)

терями на всасывании (кавитацией). До чисел же оборотов п\ величина к. п.д. определяется утечками через зазор в результате перепада дав­ ления. Очевидно, оптимальным диапазоном чисел оборотов является диапазон от п\ до п2.

Возможность возникновения кавитации можно уменьшить рацио­ нальным выбором режимов работы гидравлической системы и пра­ вильным конструктивным выполнением ее агрегатов, однако полностью исключить эту возможность можно лишь применением дополнительных устройств, как-то вспомогательных насосов подкачки, а также повыше­ нием давления во всасывающей линии насоса путем подачи в жидкост­ ный бачок газа под давлением или применением иных средств. В част­ ности, повышение давления во всасывающей линии насоса зачастую до­ стигается путем применения специального эжектора, устанавливаемого на сливной линии системы (рис. 42), с помощью которого можно повы­ сить статическое давление на входе в насос, используя скоростной напор жидкости, выходящей из сопла 2 эжектора. Сливная магистраль 1 гид­ росистемы в этом случае соединяется с эжекторным устройством 2, с помощью которого во всасывающий канал насоса может дополнитель­ но поступить под избыточным давлением некоторое количество жидко­ сти через канал 3, соединенный с бачком.

3. Минимальное значение числа оборотов насоса определяется его герметичностью (утечками жидкости), а максимальное — надежностью заполнения рабочих камер жидкостью. При уменьшении числа оборотов его расчетная производительность уменьшается, в то время как утечки сохраняются при всех прочих равных условиях практически постоян­ ными; в результате при известных числах оборотов полезная производи­ тельность и объемный к. п. д. насоса могут снизиться до нуля.

9 8

4. Величина утечек жидкости через зазоры AQ'Hобратно пропорцио­ нальна ее вязкости, в соответствии с чем объемный к. п. д. насоса (и мо­ тора) с повышением вязкости жидкости увеличивается. Однако повыше­ ние вязкости жидкости сказывается положительно на объемном к. п.д. лишь до тех пор, пока отрицательное влияние этого фактора на заполнение насоса не превысит положительный эффект от уменьшения утечек через зазоры, обусловленные перепадом давления. Таким обра­ зом, объемный к. п. д. насоса будет наибольшим при такой вязкости жид­ кости, при которой суммарные объемные потери вследствие ее утечек через зазоры и неполного заполнения рабочих камер насоса будут мини­ мальными.

В соответствии с этим величина утечек жидкости через зазоры зави­

температур жидкости от imtil до tmSiX объемный к. п. д. сохраняется в приемлемых значениях; при повышении температуры выше £тах он уменьшается вследствие утечек жидкости через зазоры, а при понижении температуры ниже ^min — вследствие повышения сопротивления всасы­ вающей линии (из-за недозаполнения насоса жидкостью).

5. Объемный к. п.д. насоса, как правило, при всех прочих равных условиях будет тем больше, чем меньше доля зазоров, приходящихся на единицу расчетной производительности насоса. Исходя из этого объем­ ный к. п. д. насоса большой производительности обычно выше объемного к. п. д. насоса малой производительности. Очевидно, что по этой же причине число оборотов насоса желательно выбирать максимальным, однакс таким, при котором обеспечивается бескавитационный режим всасывания.

Поскольку в насосах регулируемой производительности (см. стр. 110) периметр (фронт) зазоров при регулировании не изменяется, утечки жидкости через зазоры практически сохраняются при различных рабочих объемах q насоса постоянными. Теоретический же расход QT изменяется при этом пропорционально рабочему объему q, ввиду чего

от упругости рабочей среды (жидкости), а также жесткости и конструк­ тивных особенностей насоса, в частности, от величины вредного его пространства. Очевидно, что если пренебречь сжимаемостью рабочей