3.16.3 Способы гашения и примеры использования гидравлического удара

Разработка способов гашения гидравлического удара основана на теоретических закономерностях явления. Впервые Н.Е. Жуковский предложил способы устранения или незначительного уменьшения гидравлического удара.

Так, в водопроводной сети стали использоваться всевозможные вентили вместо «пробковых» кранов. За счет более медленного пере­крытия трубопровода значительно снижается эффект гидравли­ческого удара.

В системах, где это сделать невозможно, сооружаются специаль­ные открытые емкости, так называемые уравнительные резервуары.

При возникновении гидравлического удара вода из водовода через отверстие в диафрагме поступает в полость резервуара и тем самым снижает уровень давления в ударной волне.

В водоводах устанавливают специальные клапаны или предо-хранительные диафрагмы. По длине водовода монтируются воздуш­ные колпаки, которые амортизируют повышение давления.

На насосных станциях в начале напорных трубопроводов уста­навливаются противоударные аппараты. При остановке насоса часть воды выливается через клапан без повышения давления, после чего клапаны закрываются.

Имеются случаи применения разрушительной силы гидравли­ческого удара в некоторых устройствах, например, для подъема воды с помощью гидравлического тарана (рисунок 3.39).

Рисунок 3.39 – Подъем воды с помощью гидравлического тарана

Гидравлический таран работает автоматически при подаче воды расходом Q из резервуара А. Причем большая часть воды Q – q будет сливаться наружу, а меньшая часть q – в резервуар В.

КПД гидравлического тарана определяется как отношение по­лез­ной мощности к затраченной:

.

КПД зависит от отношения . Так, при изменении от 2 до 10  изменяется от 0,9 до 0,5.

Гидравлические тараны, выпускаемые промышленностью, могут поднимать воду на высоту до 60 м с расходом 20-22 л/мин.

Они просты в эксплуатации и могут беспрерывно работать дли­тельное время, снабжая водой небольшие поселки и предприятия.

Тема 4 Гидромашины

4.1 Общие сведения и классификация

Из существующих различных видов вспомогательных силовых систем мобильных машин и технологического оборудования наибольшее распространение получили электрические и объемные гидросистемы. В современной технике в основном используются гидросистемы двух типов: для подачи жидкости (системы водоснабжения и водяного теплоснабжения станций, системы жидкостного охлаждения и смазывания различных машин и др.); гидравлические приводы. Основными элементами гидросистем являются гидромашины.

Гидромашина – это устройство, создающее или использующее поток жидкой среды. По назначению гидравлические машины делятся на насосы и гидродвигатели.

Насосом называют гидравлическую машину, преобразующую приложенную к входному звену (валу) внешнюю механическую энергию в гидравлическую энергию потока жидкости.

Гидродвигатель – машина, предназначенная для преобразования энергии потока рабочей среды в энергию движения выходного звена.

Общий анализ условий работы гидромашин показывает, что в них должен осуществляться обмен энергией между жидкостью и каким либо движущимся рабочим органом, к которому подводится энергия. Видов, типов и конструкций гидромашин существует огромное количество, но все они могут быть разделены по принципу действия на два вида: объёмные и динамические.

Объёмные гидромашины (к которым относятся поршневые, шестерённые, радиально- и аксиально-поршневые и т.д.) работают за счёт изменения объёма рабочих камер, периодически соединяющихся с входным и выходным патрубками.

Рабочая камера гидромашины – это ограниченное изолированное пространство, образованное деталями насоса с переменным при работе насоса объемом и попеременно сообщающееся с всасывающими и нагнетательным каналами.

Детали, образующие полости изменяемого объема и отделяющие входную полость от выходной, являются основными деталями объемной гидромашины. Форма вытеснителей и способ замыкания вытесняемого объема конструктивный тип гидромашины.

Рабочим органом, совершающим работу является вытеснитель – поршень (плунжер), пластины, зубчатое колесо, диафрагма и т. д.

Простейшая схема объёмной поршневой гидромашины представлена на рисунок 4.1. Если эта гидромашина работает в качестве насоса, то принцип работы следующий: при приложении внешнего усилия к штоку и поршню 1 и движении его вправо объем рабочей камеры 2 увеличивается что ведет к уменьшению давления в ней ниже атмосферного значения, следовательно, происходит всасывание жидкости через клапан 3 и заполнение рабочей камеры 2. Клапан 4 в это время закрывается. При движении поршня влево объем рабочей камеры уменьшается, давление в ней возрастет, клапан 3 закрывается, а 4 открывается и происходит нагнетание (вытеснение) жидкости под давлением выше атмосферного.

Рисунок 4.1 – Простейшая схема объемной гидромашины

Если эта гидромашина работает в качестве гидродвигателя, то принцип работы следующий: жидкость под давлением подается через клапан 3 в рабочую камеру 2. Клапан 4 закрыт. Под действием давления жидкости поршень 1 движется вправо, преодолевая приложенную нагрузку. Затем прекращается подача жидкости, клапан 3 закрывается, клапан 4 открывается и поршень движется влево под действием внешней нагрузки, вытесняя жидкость из рабочей камеры 2.

На том принципе основано действие всех конструктивных разновидностей объемных гидромашин.

В динамических гидромашинах жидкость движется под силовым воздействием в камере, имеющей постоянное сообщение с входным и выходным патрубками.

В зависимости от характера сил действующих на рабочую жидкость, динамические насосы подразделяют на лопастные, электромагнитные и насосы трения.

В лопастных насосах жидкая среда перемещается путем обтекания лопастей. К таким насосам относятся центробежные и осевые насосы.

В электромагнитных насосах жидкость перемещается под воздействием электромагнитных сил.

В насосах трения жидкость перемещается под воздействием сил трения. К ним относятся, например, вихревые, вибрационные и струйные насосы.

Рабочим органом лопастной машины является вращающийся ротор, состоящий из рабочего колеса и вала. Рабочим колесом называется система лопастей, закрепленная на валу машины (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 – Схема центробежного насоса

Центробежный насос (рисунок 4.2) состоит из рабочего колеса 1 с криволинейными лопастями, насаженного на вал 2, и камеры 3, в которой располагается рабочее колесо. По входному патрубку 4 жидкость подается к центральной части рабочего колеса и выбрасывается из него в спиральную отвод 3, переходящий в короткий диффузор – напорный патрубок 5. Назначением рабочего колеса является передача жидкости энергии от двигателя. Рабочее колесо центробежного насоса состоит из ведущего а и ведомого (обода) б дисков, между которыми находятся лопатки в, изогнутые, как правило, в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Ведущим диском рабочее колесо крепится на валу. В центробежном насосе на жидкость, заполняющую каналы между лопастями колеса и вращающуюся вместе с ним, действует центробежная сила и отбрасывает её от центра колеса на периферию, создавая повышенное давление на периферии и разрежение в центре. Поэтому постоянно происходит всасывание жидкости в подводящее отверстие.

Динамическое воздействие лопастей на поток приводит к тому, что давление в напорном патрубке будет больше, чем давление во всасывающем патрубке, т.е. создается напор (давление), зависящий от частоты вращения колеса. Привод насоса осуществляется непосредственно от вала электродвигателя.

Применение лопастных машин в качестве элементов гидросистем мобильной техники, в частности автотракторной, ограничено. Несколько шире лопастные насосы используются как дополнительное оборудование для специальных автомобилей и тракторных агрегатов: на пожарных и поливочных автомобилях, в дождевальных установках, агрегатируемых с тракторами и т.п.

Совсем не применяются в мобильной технике как самостоятельный элемент гидротурбины (гидравлические двигатели динамического действия).