1.Насосы. Область применения насосов. Насос, устройство (гидравлическая машина, аппарат или прибор) для напорного перемещения (всасывания и нагнетания) главным образом капельной жидкости в результате сообщения ей внешней энергии (потенциальной и кинетической). Устройства для безнапорного перемещения жидкости насосами обычно не называют и относят к водоподъёмным машинам. Основной параметр Н. - количество жидкости, перемещаемое в единицу времени, т. Е. Осуществляемая объёмная подача Q. Для большинства Н. Важнейшими техническими параметрами также являются: развиваемое давление p или соответствующий ему напор H, потребляемая мощность N и кпд h.

Устройства для напорного перемещения жидкостей разделяют на виды и разновидности по различным признакам, например по принципу действия и конструкции. Такой признак положен в основу классификации, представленной в Государственном стандарте СССР (ГОСТ 17389-72). Насосы можно также условно разделить на 2 группы: насосы-машины, приводимые в действие от двигателей, и насосы-аппараты, которые действуют за счёт иных источников энергии и не имеют движущихся рабочих органов. Насосы-машины бывают лопастные (центробежные, осевые, вихревые), поршневые, роторные (шестерённые, коловратные, пластинчатые, винтовые и др.). К насосным аппаратам относятся струйные (жидкостно-жидкостные и газожидкостные), газлифты (в том числе эрлифты), вытеснители (в том числе паровые и газовые), гидравлические тараны, магнитогидродинамические насосы и др.

Особенности конструкции и принцип действия различных насосов определяют диапазоны подачи и напора, в пределах которых целесообразно применять насосы того или иного типа. Рассматривая области применения устройств для напорной подачи жидкостей, следует также иметь в виду, что ещё в 19 в., особенно в Великобритании, насосы использовались (до внедрения электропривода) как генераторы гидравлической энергии. Эта энергия от центральных энергетических установок (с поршневыми насосами и паровыми машинами) по специальным водопроводам высокого давления передавалась на промышленные предприятия к потребителям. С начала 20 в. Стали применять центробежные и роторные насосы в качестве генераторов гидравлической энергии в гидравлических передачах и системах гидропривода машин, в которых наряду с гидравлическими двигателями они являются основным элементом. 

2.Регулирование скорости гидропере-дач. Объемное регулирование. Способ объемного регулирования заключается в изменении скорости выходного звена гидродвигателя путем изменения рабочего объема гидромашин. Объемное регулирование является более совершенным и эффективным, но и более сложным по сравнению с дроссельным способом регулирования. При объемном регулировании используются насосы регулируемой производительности или, при ступенчатом регулировании, система нескольких насосов. При объемном регулировании скорости в гидроприводе применяют насос регулируемой производительности, а при дроссельном регулировании - насос постоянной производительности, как, например, шестеренчатый и лопастной. Под гидропередачей объемного регулирования понимают гидропередачу, в которой регулируемыми являются как насос, так и гидромотор.

3.Основное уравнение центробежного насоса. Движение в межлопастном пространстве можно представить как результат сложения:

1. движения переносного вместе с колесом и

2. относительного вдоль лопатки.

1 - вход на лопатку,

2 - выход с лопатки,

v-вектор абсолютной скорости u- вектор переносной скорости w - вектор относительной скорости бетта2- угол наклона лопатки.

Вычисляем теоретический напор насоса при бесконечном числе лопаток

Н т.Для этого используем закон сохранения энергии.

М- крутящий момент на валу насоса w - угловая скорость колеса

Крутящий момент на валу насоса равен секундному приращению момента количества движения жидкости в рабочем колесе.

Раскрывая значение крутящего момента в уравнении, описывающем закон сохранения энергии, получаем:

О тсюда теоретический напор насоса при бесконечном числе лопаток:

О бычно в центробежных насосах v=0.

Т аким образом, окончательно получаем зависимость, которая получила название:

основное уравнение центробежного насоса.

4.Подача центробежного насоса. Теоретическая характеристика. Расход жидкости в напорной гидролинии принято называть подачей насоса.

5.Энергетическая и универсальная характеристики центробежных насосов. Главная и основная трудность в получении точных характеристик центробежных насосов расчѐтным путем заключается в том, что достаточно сложно на практике правильно оценить значения коэффициентов потерь

внутри насоса, которые существенно влияют на производительность и напор насоса (𝜂𝑟,𝜂л). Поэтому при выборе режимов работы насосов пользуются опытными характеристиками, которые получают при испытании насосов. Как правило, эти характеристики приводятся в паспортах насосов и

каталогах по насосам.

На рис. 6.9(а) приведены примерные графические зависимости напора Н, мощности 𝑁д и к.п.д. 𝜂н центробежного насоса от его производительности Q при постоянном числе оборотов n рабочего колеса, которые, как это было указано выше, получают экспериментальным путѐм. Зависимости 𝐻 = 𝑓(𝑄), 𝑁 д = 𝑓(𝑄) и 𝜂н = 𝑓(𝑄) называются энергетическими характеристиками центробежного насоса и вносят в паспорт насоса. Из приведѐнного рис. 6.9 видно, что максимальному значению к.п.д. насоса 𝜂н соответствует его расчѐтная производительность 𝑄р и расчѐтный напор 𝐻р. Точку Р характеристики 𝐻 = 𝑓(𝑄), соответствующую максимальному значению к.п.д. насоса, называют оптимальной режимной (рабочей)

точкой. С уменьшением подачи насоса напор возрастает и при Q=0, т.е.при закрытой задвижке на напорном трубопроводе, достигает максимального значения. При этом, расходуемая мощность будет минимальной

Для анализа работы центробежного насоса и выбора оптимального режима его работы при переменном числе оборотов 𝑛 ≠ 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 более целесообразно использовать его, так называемую универсальную

характеристику (рис.6.9б). Универсальные характеристики получают из обычных энергетических характеристик, но полученных при разных числах оборота двигателя. На рис.6.9б линия P-P соответствует максимальным значениям к.п.д. насоса при данных числах оборотов рабочего колеса. Универсальная характеристика позволяет наиболее полно провести анализ работы центробежного насоса и выбрать ее оптимальный режим.

6.Гидродинамические передачи. Гидротрансформаторы.

В настоящее время имеются два типа гидродинамических передач: гидромуфта и гидротрансформатор. Гидромуфта — самый простой элемент гидропривода. Ее отличительная особенность заключается в том, что крутящий момент на ведущем валу гидромуфты всегда равен моменту на выходном валу. Конструкция гидромуфты очень проста. Она состоит из насосного и турбинного колес примерно одинаковой конструкции, находящихся в заполненном маслом картере.

При вращении насосного колеса масло под воздействием центробежной силы начинает двигаться по направляющим лопаткам к периферии, приобретая при этом кинетическую энергию. Из насосного колеса оно попадает в турбинное колесо, где при соприкосновении с лопатками турбины отдает ему часть своей энергии, приводя его, тем самым, во вращение.

Принцип действия гидротрансформатора (трансформатора) такой же, как и гидромуфты. Те же самые относительное и переносное движения масла. Но для увеличения крутящего момента на выходном валу трансформатора введен дополнительный элемент — реакторное колесо (реактор, иногда статор). Реактор устанавливается между выходом из турбины и входом в насосное колесо, и предназначен для направления потока масла, выходящего из турбинного колеса, таким образом, чтобы его скорость совпадала с направлением вращения насосного колеса. В этом случае неизрасходованная в турбинном колесе энергия масла используется для дополнительного увеличения частоты вращения насосного колеса, что соответствующем образом увеличивает кинетическую энергию масла. Следствием этого является увеличение крутящего момента на валу турбинного колеса, по сравнению с моментом, подводимым к насосному колесу от двигателя. Следует отметить, что соотношение моментов на насосном и турбинном колесах определяется отношением угловых скоростей этих элементов. Максимальное увеличение крутящего момента происходит при полностью остановленной турбине. Такой режим работы трансформатора называется стоповым. Современные трансформаторы имеют коэффициент трансформации момента на стоповом режиме 2,0-2,5. Под термином «коэффициент трансформации» понимается отношение момента, развиваемого турбинным колесом, к моменту на насосном колесе.

7.Закон пропорциональности центробежных насосов При необходимости существенного изменения производительности центробежного насоса идут на изменение скорости вращения рабочего колеса путем замены электродвигателя или передачи (редуктора). При этом изменяется не только производительность насоса, но и его напор, а также потребляемая мощность.

1.Производительность центробежного насоса прямопропорциональна частоте вращения.

2.Напор, развиваемый насосом, примерно прямо пропорционален квадрату частоты вращения.

3.Мощность на валу насоса пропорциональна кубу частоты вращения.

8Роторные насосы.

Роторные насосы, так же как и поршневые, относятся к на­сосам объемного действия, работающим по принципу вытеснения жидкости. По характеру движения рабочих органов (вытесните­лей) роторные насосы подразделяются на вращательные и вращательно-поступательные: к насосам вращательного движения относятся зубчатые (шестеренные, коловратные) и винтовые; к насосам вращательно-поступательного движения - пластинчатые (шиберные) и поршеньковые (радиальные и аксиальные).

Роторные насосы обычно состоят из трех основных частей: статора (неподвижного корпуса), ротора, жестко связанного с валом, и вытеснителя (одного или нескольких). В некоторых кон­струкциях ротор одновременно является и вытеснителем. Рабочий процесс роторных насосов имеет следующие особен­ности. При вращении ротора рабочие камеры перемещаются, из­меняют свой объем и, отсекая жидкость от полости всасывания, перемещают ее в полость нагнетания. При таком принципе работы не нужны всасывающие и нагнетательные клапаны, и рабочий процесс делится на три этапа: заполнение рабочих камер жид­костью; замыкание рабочих камер и их перенос; вытеснение жид­кости из рабочих камер.

Специфика рабочего процесса роторных насосов определяет их особые свойства:

1) большая быстроходность: частота вращения достигает 5103 мин-1;

2) равномерность подачи, возможность ее регулирования и реверсирования;

3) обратимость, т. е. способность работать в качестве гидро­двигателя;

4) способность создавать высокие давления при достаточно высоких КПД;

5) малые масса и объем, приходящиеся на единицу мощности;

6) большая надежность в работе;

7) способность работать только на чистых, не агрессивных жидкостях (не содержащих абразивных и других частиц), обла­дающих смазывающими свойствами, что обусловлено малыми зазорами вращающихся трущихся деталей, обработанных с вы­сокой точностью. Если первые шесть свойств являются - преимуществом ротор­ных насосов, то последнее - их недостатком, так как ограничивает область применения насосов.

Подача роторных насосов определяется размерами рабочего пространства и частотой вращения ротора, а также прочностью элементов насоса. Если задвижка на напорной линии случайно оказывается закрытой, то давление может возрасти  выше допустимого, что вызовет поломку или повреждение насоса. Поэтому необходима предохранительная аппаратура, защищающая насосы от перегрузки, а прочность элементов насоса должна иметь до­статочный запас (с учетом сопротивления напорной линии).

Роторные насосы находят самое широкое применение в тех­нике, особенно в тех случаях, когда при сравнительно небольшой подаче необходимо обеспечить высокое давление. Они успешно применяются в гидропередачах, в автоматических устройствах и системах регулирования, в топливных системах газотурбинных и ракетных двигателей, в гидравлических прессах, в смазочных си­стемах двигателей для перекачивания вязких жидкостей, в неф­тяном, коксохимическом и других производствах.