13. Кпд нерегулируемого гидропривода

КПД нерегулируемого гидропривода определяется потерями энергии в насосе, гидромоторе, а также в соединяющих их трубопроводах и гидроаппаратах, через которые движется жидкость из насоса к гидродвигателю и обратно, т.е.

.

Р ассмотрим КПД гидропривода и основные кинематические соотношения. Величины, относящиеся к насосу, обозначим индексом «н», к гидродвигателю (гидромотору) – индексом «м».

При закрытых предохранительных клапанах, а также при отсутствии циркуляции жидкости в целях охлаждения подача насоса равна расходу жидкости через гидромотор, т.е.

Q_Н=Q_М=Q,

где Q_Н=q_Н·n_Н·η_ОБ.Н.

В гидроприводе поступательного движения скорость поршня гидродвигателя (гидроцилиндра):

.

В гидроприводе вращательного движения частота вращения вала гидромотора:

,

где η_ОБ – объёмный КПД гидропривода:

η_ОБ=η_ОБ.Н·η_ОБ.М.

В обоих случаях утечки в насосе и гидродвигателе снижают скорость движения выходного звена, т.е. вызывают потери мощности.

Полезная мощность гидропривода поступательного движения:

Ν_М=P_М·V_П,

гидропривода вращательного движения:

Ν_М=M_ЭФ·ω_М,

где Р_М – нагрузка (сила вдоль штока); М_ЭФ – момент на валу гидромотора.

Эту же мощность можно выразить через перепад давления в гидродвигателе р_М, расход Q_М и КПД гидродвигателя η_М:

Ν_М=Q_М·р_М·η_М,

где η_М=η_ОБ.М·η_МЕХ.М,

Полезная мощность насоса, выраженная через подачу Q_Н и давление насоса р_Н:

N_Н =Q_Н·р_Н,

а потребляемая мощность насоса:

.

Получим КПД гидропривода для поступательного движения выходного звена:

,

и для вращательного движения:

.

Так как Q_Н=Q_М, то

η_ГП=η_Н·η_М·η_ТР, (9)

где η_ТР – гидравлический КПД гидропривода, равный и учитывающий суммарные гидравлические потери давления в трубопроводах.

Перепад давления на гидромоторе меньше давления насоса на величину этих потерь, т.е.

р_Н - р_М = Σр_ТР.

Формулу (9) можно представить в виде:

η_ГП=η_ОБ·η_МЕХ·η_ТР,

где η_ОБ и η_МЕХ – объёмный и механический КПД гидропривода.

КПД нерегулируемого гидропривода также как и КПД объёмных гидромашин, зависит от давления в системе, которое определяется нагрузкой на выходном звене, частоты вращения роторов (скорости поршня), вязкости жидкости. КПД гидропривода (рис.17) круто падает при уменьшении мощности (давления) и постепенно уменьшается при отклонении от оптимальной мощности в сторону её увеличения.

2.5. КАВИТАЦИЯ В НАСОСАХ

Я вление кавитации заключается в образовании в жидкости местных областей, в которых происходит выделение (вскипание) парогазовых пузырьков – каверн с последующим их разрушением (в результате конденсации паров и смыкания пузырьков), сопровождающимися высокочастотными гидравлическими микроударами и высокими забросами давления.

Кавитация может возникнуть в трубопроводах, в насосах, а также во всех устройствах, где поток жидкости подвергается поворотам, сужениям с последующим расширением (в кранах, клапанах, вентилях, диафрагмах) и прочими деформациями.

Кавитация нарушает нормальный режим работы гидросистемы, а в отдельных случаях оказывает разрушающее действие на её агрегаты. Особенно отрицательное действие оказывает кавитация на насосы, в которых она возникает тогда, когда жидкость при ходе всасывания отрывается по тем или иным причинам от поверхности рабочего элемента насоса (поршня, лопасти, зубьев или прочих вытеснителей). Возможность такого отрыва зависит от величины давления жидкости на входе в насос и её вязкости, а также от числа оборотов насоса и конструктивных его особенностей. В частности, такое явление наступит, если давление на входе во всасывающую камеру насоса окажется недостаточным для того, чтобы обеспечить неразрывность потока жидкости в процессе её движения, задаваемой изменением скорости движения (ускорением) всасывающего элемента насоса. Предельно допустимым числом оборотов насоса является такое число, при котором абсолютное давление жидкости на входе в насос будет способно преодолеть без разрыва потока, сумму потерь в нём.

С появлением кавитации производительность насоса понижается, возникает характерный шум, происходит эмульсирование жидкости, а также наблюдаются резкие частотные колебания давления в нагнетательной линии и ударные нагрузки на детали насоса, которые могут вызвать выход насоса из строя. В зонах кавитации происходит разрушение (эрозия) деталей гидроагрегата с образованием на их поверхностях характерных повреждений (в виде раковин).

Основным способом борьбы с кавитацией является максимальное снижение в зонах возможной кавитации разряжения, которое может быть достигнуто за счёт повышения окружающего давления. В частности, одним из способов является повышение уровня давления в гидросистеме и, в особенности, в её ненапорных магистралях за счет постановки на выходе подпорных клапанов.

Основным способом в борьбе с кавитацией, применительно к насосам, является создание на всасывании (на входе в насос) такого давления, которое было бы способно преодолеть без разрыва потока жидкости как гидравлические потери во всасывающей линии, так и инерцию массы столба жидкости.

В общем случае бескавитационную работу насоса можно описать следующим уравнением:

,

где - давление в жидкостном баке; - разность между уровнем жидкости в баке и входным штуцером насоса; - сумма потерь во всасывающей магистрали; - потери напора, обусловленные указанным выше ускорением жидкости в каналах насоса и подводящем трубопроводе; - скорость жидкости во входной полости насоса; - плотность жидкости; - ускорение свободного падения; - критическое давление, при котором наступает активное выделение из жидкости воздуха. Это давление зависит от вязкости жидкости и её температуры, а также насыщенности её воздухом (практически может быть принято равным 350…400 мм.рт.ст.).

Для уменьшения потерь давления во всасывающем трубопроводе насос необходимо устанавливать как можно ближе к резервуару и, по возможности, ниже уровня жидкости в нём, а также уменьшать количество местных гидравлических сопротивлений на пути течения жидкости от резервуара к насосу. Часто насосы погружают в масло, благодаря чему устраняется возможность подсоса воздуха через неплотности в соединениях его деталей. Однако при этом усложняется наблюдение за насосом и затрудняется его демонтаж.

Очевидно, что обеспечить указанное выше условие бескавитационной работы не всегда представляется возможным и, в особенности, при высотных полётах самолёта, при которых давление в баке без искусственных средств повышения его может значительно понизиться. Для обеспечения бескавитационных условий работы насосов применяют различные конструктивные усовершенствования. В частности, для повышения давления на всасывании применяют дополнительные насосы подкачки или наддув воздухом (газом) баков с рабочей жидкостью.

Кавитационный запас насоса – величина, определяемая зависимостью:

,

где - кавитационный запас; - давление на входе в насос; - плотность жидкой среды; - скорость жидкой среды