Питання для самоконтролю
1. Що називають гідродинамічною передачею?
2. Яке призначення гідродинамічних передач?
3. Принцип дії динамічних і об’ємних насосів.
4. Як поділяються гідродинамічні передачі?
5. Яка відмінність гідромуфти від гідротрансформатора?
6. Поясніть принцип роботи гідромуфти?
7. Поясніть принцип і особливість роботи гідротрансформатора?
8. Що називають коефіцієнтом швидкохідності?
9. Як регулюється режим роботи гідромуфти?
10. Дайте визначення: глибина регулювання по моменту?
11. Дайте визначення: глибина регулювання по швидкості?
12. Як будується зовнішня характеристика гідромуфти?
13. Основні характеристики гідротрансформатора.
Тема 3: Об’ємні насоси і гідродвигуни План
3.1. Загальні положення.
3.2. Поршневі насоси.
3.3. Роторні насоси.
3.4. Гідродвигуни.
Література
1. Концур І.Ф., Лівак І.Д. Гідромашини і компресори. Конспект лекцій. – Івано-Франківськ: Факел, 2004. – 133 с.
2. Романюк О.М., Вербицький Г.П., Колотило М.І., Колотило В.Д. Гідравлічні і аеродинамічні машини. Підручник. – Кіровоград: 1997. – 176 с.
3. Осипов П.Е. Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод. Учебное пособие для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Лесн. пром. 1981. – 424 с.
4. Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. – М.: Машиностроение, 1982.– 424 с.
3.1 Загальні положення
До об’ємних насосів відносяться: поршневі, плунжерні, діафрагмові, шестерінчасті, гвинтові та роторні. Найчастіше з них застосовуються поршневі та плунжерні зворотно-поступальні насоси (ЗПН). При зворотно-поступальному переміщенні поршня (плунжера) проходить циклічне наповнення, стиск і витіснення об’єму робочого середовища.
ЗПН класифікуються за наступними ознаками:
1) способом приводу: кривошипно-шатунні (ексцентрикові), прямої дії;
2) призначенням і родом перекачуваної рідини;
3) розміщенням геометричної осі робочого органу (поршня або плунжера): горизонтальні, вертикальні, кутові;
4) конструкцією робочого органу: поршневі – застосовують на низькі та середні тиски, плунжерні – на високі тиски;
5) числом поршнів (плунжерів): одно, дво, три та багатопоршневі (багатоплунжерні);
6) створюваним тиском: низького, середнього та високого тиску;
7) частотою ходів: тихохідні, середньої швидкості, швидкохідні;
8) дією: одно -, двосторонньої дії, диференційні.
Найважливішою ознакою ЗПН являється кратність дії (це кількість робочих камер). Використовується ЗПН максимально семикратної дії (в цих насосах графік миттєвих подач наближається вже до прямої лінії). Кратність дії можна збільшити за рахунок застосування насосів двосторонньої дії.
3.2 Поршневі насоси
3.2.1 Класифікація і принцип дії поршневих насосів
Поршневі насоси є об’ємними. Принцип дії поршневого насоса заснований на переміщенні рідини шляхом витіснення її з робочих камер виштовхувачами. До поршневим насосів відносяться і плунжерні насоси, різниця між ними полягає в конструкції виштовхувача і ущільнювальних пристроїв.
Виштовхувачі зазвичай мають вигляд поршня або плунжера.
Поршневі насоси прийнято класифікувати за кількістю циклів нагнітання і всмоктування, за кількістю поршнів або плунжерів, по пристрою поршня, по розташуванню циліндрів, за способом з’єднання поршня з двигуном.
За кількістю циклів нагнітання і всмоктування за подвійний хід розрізняють насоси: односторонньої, двосторонньої та диференціальної дії.
За кількістю поршнів або плунжерів насоси бувають: однопоршневі, двопоршневі, трипоршневі, багатопоршневі.
На рис. 3.1 зображена схема однопоршневого насоса односторонньої дії. Він має такі основні елементи: циліндр 3, поршень 2, шток 4 поршня, робочу камеру 1, всмоктувальну трубу Тв, нагнітальну трубу Тн, всмоктуючий клапан Кв, нагнітальний клапан Кн, приймальний патрубок з сіткою 8, кривошипно-шатунний механізм 5, з’єднаний з двигуном 6. Для контролю за роботою насоса на всмоктувальній трубі встановлений вакуумметр В, а на нагнітальній – манометр – М. Для покращення рівномірності подачі насос часто має повітряні ковпаки, що встановлюються на всмоктувальній і нагнітальній трубах (на рис. 3.1 повітряні ковпаки відсутні). Насос подає рідину в бак 7 з забірного колодязя 9.
При русі поршня насоса зліва направо в циліндрі утворюється розрідження, завдяки якому рідина під дією різниці тисків на поверхні забірного колодязя і в циліндрі насоса піднімається по всмоктувальній трубі, відкриває всмоктуючий клапан і поступає в насос, заповнюючи простір. При зворотному русі поршня тиск в циліндрі зростає, завдяки чому всмоктуючий клапан закривається, а нагнітальний відкривається і рідина витісняється в нагнітальну трубу. Таким чином, за один оборот валу двигуна (подвійний хід поршня в насосі відбувається один раз всмоктування і один раз нагнітання.
Рисунок 3.1 – Схема однопоршевого насоса односторонньої дії
Недоліком поршневого насоса односторонньої дії є його нерівномірна робота. При всмоктуванні рідина в мережу не надходить і двигун працює майже без навантаження.
Така нерівномірність у роботі насоса призводить до його передчасного зносу.
Однопоршневий насос двостороннього дії (рис. 3.2, а) має дві робочі камери А і В, два всмоктуючих Кв і два нагнітальних Кн клапана. При русі поршня зліва направо рідина під дією утворюється розрідження надходить в камеру А. В цей же час з камери В рідина витісняється в нагнітальну трубу Тн. При зворотному ході поршня в камері В відбуватиметься всмоктування, а в камері А – нагнітання.
У насосі двосторонньої дії за один оборот валу двигуна відбувається два рази всмоктування й два рази нагнітання. Це значною мірою підвищує рівномірність роботи насоса і двигуна.
Трипоршневий насос являє собою поєднання трьох насосів однобічної дії, що приводяться в рух від загального колінчастого валу (рис. 3.2, б), кривошипи якого зміщені відносно один одного на 120°.
Двопоршневий насос має два насоси двосторонньої дії, які приводяться в рух від одного колінчастого вала з кривошипами, розташованими під кутом 180° один до одного. Насоси три поршневі і багатопоршневі мають значно більшу рівномірністю роботи, ніж насоси однопоршневі одностороннього та двостороннього дії. Потужність двигуна в них використовується більш ефективно, і подача рідини здійснюється майже безперервним потоком. Недоліком багатопоршневих насосів є їх громіздкість.
Рисунок 3.2 – Типи поршневих насосів
Диференціальний плунжерний насос ( рис. 3.2, в) на відміну від насоса поршневого односторонньої дії має допоміжну камеру В, з’єднану з робочою камерою А трубою К. При русі плунжера справа наліво в камері А відбувається нагнітання. Частина витісненої з камери А рідини надходить через нагнітальний клапан Кн і трубу К в камеру В, заповнюючи її, а частина, що залишилася рідини надходить у нагнітальну трубу Тн. При зворотному ході плунжера рідина з камери В витіснятиметься в нагнітальну трубу, а в камері А в цей час відбуватиметься всмоктування через всмоктувальну трубу Тв і клапан Кв. Таким чином, за один оберт валу двигуна в насосі відбувається один раз всмоктування і два рази нагнітання, що значно покращує рівномірність подачі диференціального насоса в порівнянні з насосом односторонньої дії.
По пристрою поршня насоси підрозділяють на власне поршневі і плунжерні . Власне поршневі насоси мають дисковий поршень (рис. 3.3, а), що стикається зі стінками циліндра через ущільнюючі пристрої (поршневі кільця, манжети). Плунжерні насоси мають замість поршня плунжер (рис. 3.3, б), який рухається в ущільнюючих сальниках, не торкаючись внутрішніх стінок циліндра.
Переваги плунжерних насосів перед поршневими полягають у наступному:
- по-перше, вони не потребують циліндра з добре обробленою внутрішньою поверхнею, так як герметичність в них забезпечується сальниками;
- по-друге, при виявленні витоку або слабкій компресії ці насоси не потрібно зупиняти на тривалий час, так як несправність в них може бути усунена на ходу або при короткочасній зупинці насоса шляхом підтяжки або набивання сальників;
- по-третє, з огляду на те що плунжер не стикається зі стінками циліндра, в плунжерних насосах не відбувається такого (швидкого зносу циліндра, як в поршневих.
Рисунок 3.3 – Дисковий поршень та плунжер
Недоліком плунжерних насосів в порівнянні з поршневими є їх громіздкість.
По розташуванню циліндрів поршневі насоси підрозділяють на горизонтальні, в яких поршні здійснюють зворотно-поступальний рух у горизонтальній площині і вертикальні, поршні яких здійснюють рух у вертикальній площині.
За способом з’єднання поршня з двигуном розрізняють насоси приводні і прямодіючі. У приводних насосах поршень з’єднаний з двигуном за допомогою кривошипно-шатунного механізму або іншої передачі. Поршень прямодіючого насоса приводиться в рух безпосередньо від штока двигуна (парової машини). Насос і парова машина являють собою в цьому випадку один загальний агрегат.
Крім приводних і прямодіючих насосів, знаходять застосування також поршневі насоси з ручним приводом.