Лабораторна робота №5

Тема: Випробування об’ємних шестерневих гідромашин.

Мета: Вивчити методику випробовувань об’ємних шестерневих насосів на прикладі НШ-32У-3. За даними випробовувань побудувати робочі характеристики подачі Q_i, потужності N насоса в залежності від тиску Р.

1. Програма роботи

1.1. Вивчити призначення, будову та принцип дії об’ємних гідромашин.

1.2. Вивчити методику випробовувань насосів.

1.3. Вивчити будову і основні правила експлуатації лабораторної установки випробовувань об’ємних насосів.

1.4. Провести випробовування об’ємного шестерневого насосу НШ-32У-3.

1.5. Побудувати робочі характеристики випробуваного насосу.

1.6. Оформити звіт по роботі.

2. Вказівки по підготовці до роботи.

2.1. Позааудиторно вивчити методику визначення основних технічних показників об’ємних шестерневих насосів і порядок побудови їх робочих характеристик. Вивчити призначення і принципи дії об’ємних насосів.

2.2. В лабораторії кафедри вивчити конструкцію і порядок експлуатації лабораторної установки для випробувань насосів.

3. Оснащення робочого місця. Робоче місце забезпечується лабораторним стендом КИ-4815М, а також плакатами і необхідною літературою.

4. Теоретичні відомості.

Об’ємними називаються гідромашини (ГМ), в яких рідина переміщується шляхом періодичної зміни об’єму камери, яку вона зай­має, що періодично з’єднується з місцями входу і виходу рідини. Більшість об’ємних ГМ є обертовими й можуть бути використані як у режимі насоса (Н), так і в режимі гідродвигуна (гідромотора) (М).

Об’ємний насос – це ГМ, призначена для перетворення меха­нічної енергії руху на гідравлічну енергію потоку робочої рідини.

Об’ємний двигун – це ГМ, призначена для перетворення енергії потоку робочої рідини на енергію руху вихідної ланки.

Переміщення рідини в об’ємному насосі здійснюється шляхом витиснення її з робочої камери робочим органом. В якості робочих органів можуть бути поршні, плунжери, шестерні, гвинти, пластини і т. ін. За характером руху об’ємні гідромашини, в яких робочим органом є поршні, поділяються на зворотно-поступальні або обертально-поступальні.

Класифікація ГМ з урахуванням принципу витиснення рідини з робочих камер наведена на рис. 1.

Основні відмінності об’ємних насосів лопатевих полягають у наступному:

• подача об’ємного насоса здійснюється циклічно, а не рівномірним потоком, як у лопатевих насосах. Причому за кожен цикл робочого процесу подається порція, рівна робочому об’єму насоса;

• напірний трубопровід об’ємних насосів постійно відділений від усмоктувального відповідними пристроями;

• об’ємний насос має здатність самоусмоктування, тобто здатний створювати вакуум в усмоктувальній трубі;

• ідеальна подача не залежить від тиску, який створює насос;

• тиск, створюваний насосом, не залежить від швидкості руху робочого органа.

Середня подача за секунду об’ємних насосів визначається за формулою

, (1)

де – робочий об’єм насоса, тобто об’єм рідини, що витісняється робочим органом за один цикл (поворот вала кривошипа в пор­шневих і ротора в роторних насосах); _н – число робочих циклів за хвилину; – об’ємний ККД насоса.

Об’ємний ККД насоса дорівнює відношенню дійсної середньої подачі до ідеальної (теоретичної) середньої подачі:

, де , (2)

де – об’ємні втрати в насосі (Н).

Для гідромотора Q_т = Q_д - ∆Q , тоді .

В об’ємних насосах збільшенням кінетичної енергії звичайно зневажають, тому тиск насоса

, (3)

де і – відповідно тиск на виході і вході в насос.

Напір насоса

. (4)

Корисна потужність насоса

. (5)

Потужність насоса (споживана)

, (6)

де М_кр н – момент на валу насоса; – кутова швидкість вала насоса.

ККД насоса – це відношення корисної потужності до потужності, споживаної насосом:

. (7)

В об’ємних насосах, як і в лопатевих, розрізняють гідравлічний , об’ємний і механічний ККД.

Гідравлічний ККД враховує втрати енергії на подолання гідравлічних опорів у насосі:

, (8)

де р_ін – індикаторний тиск, створюваний у робочій камері насоса і відповідний теоретичному напору.

Об’ємний ККД враховує втрати, пов’язані з витоками рідини через зазори, і визначається залежністю (4.2).

Механічний ККД враховує втрати на тертя в механізмах насоса:

, (9)

де – індикаторна потужність, що надається рідині в робочій камері і відповідає гідравлічній потужності в лопатевих насосах, .

Якщо залежність (4.7) помножити й розділити на N_ін, одержимо:

. (10)

Тобто ККД насоса (загальний) дорівнює добутку часток ККД – гідравлічного, об’ємного й механічного. Така ж залежність зберігається і для гідродвигуна.

Об’ємні гідродвигуни можуть класифікуватися тими ж показниками, що й об’ємні насоси, але з урахуванням властивостей їхньої обертовості, під якими розуміється придатність гідромашини для роботи як у режимі насоса, так і в режимі гідромотора.

Об’ємна ГМ, призначена для роботи як у режимі насоса, так і в режимі гідромотора, називається насосом-мотором. Будь-яка об’ємна ГМ (насос чи гідромотор) працює на принципі витиснення рідини. Її робочий орган захоплює в прийомні порожнині машини деякий об’єм рідини, що потім переміщується з робочим органом машини до нагнітальної порожнини, де рідина витісняється під деяким тиском з робочого органа в цю порожнину.

При обертанні вала насоса об’єм камер останнього змінюється, причому при робочому циклі цей об’єм зменшується, і рідина, що його заповнює, витискається в нагнітальну порожнину.

Для гідродвигуна об’єм камер (камери) при робочому ході збільшується, і рідина, що надійшла до нього із зовнішнього джерела, заповнює ці камери.

Основні параметри гідродвигуна – робочий об’єм , витрата , перепад тиску , крутильний момент , потужність N, а також об’ємний і механічний ККД.

Робочий об’єм для гідромоторів поршневого типу буде дорівнювати

, (11)

де F – площа поршня, м²; S – хід поршня, м; і – число поршнів; Z – число циклів за один оберт.

Для гідроциліндрів , де S – хід поршня гідроциліндра; для гідромоторів зворотно-обертального типу , де S – хід пластини, обмірюваний по дузі, описаній її центром ваги.

Так само, як і роторний насос, гідромотор характеризується теоретичною витратою рідини за один оберт ротора:

. (12)

Перепад тиску на гідромоторі визначається різницею між тисками на вході й на виході:

. (13)

Корисна потужність гідромотора дорівнює добутку крутильного моменту на його валу на кутову швидкість вала:

. (14)

Потужність, споживана гідромотором,

. (15)

Відношення N_к/N визначає загальний ККД гідромотора, що дорівнює добутку трьох часток ККД, тобто

. (16)

Переписавши вираз (3.22) у вигляді

(17)

і замінивши = 2 , одержимо вираз для крутильного моменту на валу гідромотора:

. (18)

У системі СІ ; , де – кутова швид­кість, с^-1; – витрата, м³/с; – перепад тиску, МПа.