12. Основные характеристики объёмных насосов и гидромоторов

При вращении вала насоса объём его камер изменяется, причём при рабочем ходе (цикле) этот объём уменьшается и заполняющая его жидкость вытесняется. Для гидромотора объём камер при рабочем ходе увеличивается и жидкость, поступающая к нему от внешнего источника, заполняет эти камеры. Указанное изменение объёма камер насоса или мотора за один оборот характеризует их рабочие объёмы, а за единицу времени – теоретическую (расчётную) производительность (расход) насоса. Расчётную производительность часто также называют геометрической производительностью.

Расчётная производительность насоса – суммарное изменение объёма камер насоса в единицу времени или произведение рабочего объёма насоса на число оборотов вала в единицу времени. Под рабочим объёмом насоса (или гидромотора) понимают изменение объёма камер за один оборот. Следовательно, рабочий объём роторного насоса является его расчётной производительностью за один оборот вала.

Не следует отождествлять число оборотов вала насоса (гидромотора) с числом рабочих циклов, поскольку в насосах (гидромоторах) некоторых конструкций рабочие элементы совершают за один оборот вала несколько рабочих циклов нагнетаний и всасываний. Под рабочим циклом понимают разовое изменение объёма рабочих камер от максимального значения до минимального.

Так как объёмная производительность насоса находится при нормальных условиях работы в прямой зависимости от числа оборотов, то иногда удобно выражать производительность насоса через его рабочий объём. Исходя из этого, расчётную производительность объёмного насоса определяют по формуле:

, [м³/с] (2)

где q – рабочий объём насоса [м³]; w – рабочий объём одной камеры насоса [м³]; z – число камер; n – число оборотов вала насоса в секунду.

Фактическая производительность

Помимо расчетной (теоретической), различают фактическую (полезную) производительность насоса, под которой понимают подачу жидкости конкретным насосом при определённых значениях перепада давления Δр в камерах нагнетания и всасывания и вязкости жидкости, а также числе оборотов и при прочих параметрах, влияющих на объёмные потери жидкости в насосе. Величина этой производительности будет меньше расчётной на величину объёмных потерь жидкости ΔQ_Н, причём к последним относят не только ту жидкость, которая продавливается под действием перепада давления через зазоры ΔQ_Н^', но и все те объёмные потери (условные утечки) ΔQ_Н^", которые по тем или иным причинам уменьшают фактическую производительность насоса по сравнению с расчётной. Последние потери принято называть условными утечками или потерями на всасывании насоса. Основными причинами этих потерь являются недозаполнение рабочих камер насоса, а также деформации под давлением его камер и жидкости с находящимися в ней газами.

Основными причинами неполного заполнения жидкостью рабочих камер насоса при прохождении их через всасывающую зону являются сопротивление всасывающей линии (магистрали), а также наличие в жидкости воздуха. Сопротивление всасывающей линии в зависимости от величины абсолютного давления у входа в насос может привести к разрыву потока жидкости вследствие кавитации. Появление такого режима насоса особенно реально при понижении атмосферного давления, т.е. при высотных полётах ЛА, а также при высоких числах оборотов насоса.

Фактическую производительность насоса можно выразить уравнением:

Q_Н= Q_Т – ΔQ_Н , (3)

где Q_Т – расчётная (теоретическая) производительность; ΔQ_Н = ΔQ_Н^' + ΔQ_Н^" – утечки жидкости.

На рис.9 и 10 приведены принципиальные графики зависимости производительности насоса от числа оборотов n (рис.9) и от перепада давления Δp (рис.10) для случаев отсутствия условных утечек и такой жёсткости конструкции насоса, при которой зазоры при повышении давления не изменяются.

При повышении перепада давления фактическая производительность такого насоса Q_Н понижается практически линейно. В соответствии с этим линейной будет также зависимость от Δр от величины утечек ΔQ_Н^' , обусловленных перепадом давления. С другой стороны, т.к. величины зазоров практически не изменяются при изменении скорости, величина утечек жидкости через зазоры ΔQ_Н^' практически не зависит от числа оборотов насоса (рис.9). При числах оборотов, меньших n₀, насос не будет развивать требуемого перепада давления Δр.

Так как внутренние утечки увеличиваются с повышением перепада давления в системе, то насосы оцениваются с точки зрения производительности при заданном давлении.

Объёмные потери и объемный КПД насоса

Объёмные потери в насосе характеризуются объёмным КПД, который показывает, на сколько фактическая производительность Q_Н насоса отличается от теоретической и представляет собой отношение фактической производительности к теоретической:

. (4)

Теоретическую производительность определяют расчётным путём или измеряют путём медленного (n=20…30 об/мин) проворачивания насоса при нулевом перепаде давления жидкости между полостями входа и выхода (при нулевой разности уровней в заборном и сливном резервуарах).

На основании формул (3) и (4) можно записать:

. (5)

При расчётах гидросистем значение для поршневых агрегатов можно принимать для номинальных режимов 0,96…0,98.