Лабораторная Работа № 25 испытание объемного роторного насоса

Цель работы:

Усвоение методики проведения стендовых испытаний объемного роторного насоса и построение его характеристик.

В работе необходимо:

- определить параметры работающего насоса при постоянном числе оборотов n;

- построить характеристики насоса.

Основные теоретические положения

В объемных насосах подача жидкости происходит под действием перемещающегося рабочего органа, передавливающего жидкость из полости всасывания (низкого давления) в полость нагнетания (высокого давления), которые поочередно сообщаются с рабочей полостью. По конструкции эти насосы подразделяются на насосы с поступательным движением рабочего органа (поршневые, плунжерные), вращательным (шестеренчатые, коловратные, винтовые и др.) и их комбинацией.

Роторными называются объемные насосы с вращательным, возвратно- поступательным или комбинированным движением рабочих органов независимо от характера движения ведущего звена. В этих насосах, в отличие от лопастных, основным параметром является не производительность (расход) Q, а давление нагнетания. Именно в зависимости от него определяются все характеристики насоса.

Характеристики роторного насоса – это графические зависимости производительности Q , потребляемой мощности N_п и КПД от давления нагнетания р_н при постоянных значениях частоты вращения вала насоса – ротора n.

Известно, что частота вращения вала электродвигателя постоянного тока зависит от напряжения электропитания и нагрузки – момента на валу, которая, в свою очередь, определяется для электронасоса расходом и давлением нагнетания жидкости. Поэтому, регулируя напряжение и одновременно изменяя степень открытия дросселя на сливной линии, можно установить необходимые расход, давление и частоту вращения ротора насоса.

Мощность, потребляемая насосом, практически равна мощности на валу электродвигателя:

, кВт, (25.1)

где U, I – напряжение и сила тока питания электродвигателя насоса, определяемые по вольтметру и амперметру распределительного щита установки в вольтах и амперах соответственно;

η_дв – КПД электродвигателя, определяемый из графика η_дв= ƒ(IU/1000) (рис. 25.1).

Рис. 25.1

Фактическая объемная производительность Q_ф насоса – это объем W жидкости, в см³, подаваемый насосом в минуту t:

л/мин. (25.2)

Теоретическая объемная производительность Q_т насоса – произведение рабочего объема W_н насоса на частоту вращения вала насоса n в оборотах в минуту:

л/мин. (25.3)

где W_н – рабочий объем насоса или теоретический объем, вытесняемый рабочим органом насоса (без учета утечек) за один оборот ротора, см³/об.

Объемный КПД η_ – отношение фактической производительности насоса к теоретической. Он учитывает величину внешних и внутренних утечек в насосе:

(25.4)

Механический КПД _мех – отношение теоретического момента М_т на валу насоса к фактическому моменту М_ф – учитывает механические потери энергии на трение в подвижных соединениях насоса:

(25.5)

[N_п]= кВт; [р_н] = кгс/см².

В объемных насосах в отличие от лопастных (см. лабораторную работу № 14) гидравлический КПД η_г очень близок к единице ввиду малых скоростей движения жидкостей и малых величин гидропотерь в насосе.

Эффективный или общий КПД – отношение полезной (эффективной) мощности ко всей потребляемой – учитывает все потери энергии при работе насоса:

(25.6)

С ростом давления нагнетания при неизменной частоте вращения увеличиваются утечки, из-за чего падает производительность Q и объемный КПД η_ (рис. 25.2). В то же время улучшается смазка подшипников и уменьшаются механические потери на трение – растет механический КПД насоса η_мех. Эффективный КПД η_эф , определяемый произведением η_ · η_мех , с ростом давления нагнетания растет, достигая максимума при некотором р_н.

Потребляемая мощность N_н с ростом давления нагнетания увеличивается, так как рост р_н сказывается сильнее, чем уменьшение производительности за счет утечек.

В объемных насосах теоретический расход Q определяется только величиной рабочего объема W м³/об и числом n оборотов вала насоса в минуту, согласно равенству (25.3). Но с ростом давления нагнетания увеличиваются утечки, поэтому графическая зависимость расхода Q (подача насоса) от давления р_н имеет небольшой наклон к оси абсцисс (он тем больше, чем хуже уплотнения в насосе) – рис. 25.2.



Q, N

_мех

_эф

_

N_н

Q_ф

0,5

1,0

Р_н

n=const

Рис. 25.2

Объемные насосы, в основном, используются в силовом гидроприводе для создания высокого давление (от 100 атм до 700 атм ) и значительных рабочих усилий с целью привода в действие механизмов и агрегатов транспортных средств, дорожно-строительных машин и подъемного оборудования.

Описание экспериментальной установки

Стенд для проведения испытаний роторного насоса (рис.25. 3) состоит из бака 1 с рабочей жидкостью, снабженного мерным устройством 10 для измерения производительности насоса объемным способом, фильтра 2, манометра 8 на напорной линии, роторного насоса 3 с электродвигателем 4, регулируемого дросселя (вентиля) 9 и трубопроводов линии всасывания и нагнетания. Параллельно основной линии нагнетания имеется сливная с вентилем 11. К валу электродвигателя подключен тахометр 5, для измерения частоты вращения вала насоса. Питание электродвигателя производится через распределительный щит, который имеет регулятор напряжения (ЛАТР – лабораторный автотрансформатор) и оборудован амперметром 6 и вольтметром 7.

Рис. 25. 3

Порядок выполнения работы

1. На бланке вычертить схему установки (см. рис. 25. 3), записать расчетные формулы (25. 1) – (25. 6) и исходные величины: рабочий объем насоса W_н , объем мерного сосуда W, заданную частоту n вращения насоса и название рабочей жидкости.

2. Проверить готовность установки к работе: дроссель 9 напорного трубопровода должен быть закрыт, вентиль 11 сливной линии должен быть полностью открыт.

3. Включить электродвигатель с объемным насосом. Дросселем 9 установить давления нагнетания р_н = 1 ат (0, 981 · 10⁵ Па) на манометре 8, находящемся на напорной линии, закрыв вентиль 11.

4. Установить по тахометру заданное число оборотов n = n_дв двигателя, соединенного с валом насоса, изменяя напряжение U на распределительном щите.

5. Измерить по амперметру и вольтметру на распределительном щите соответственно силу постоянного тока I и напряжения U в цепи питания электродвигателя.

6. Измерить фактическую производительность насоса Q_ф объемным способом с помощью мерного устройства 10 и секундомера.

7. Все замеры, перечисленные в п. 4 – 6, произвести поочередно при давлении нагнетания р_н = 2 атм; 3 атм; 4 атм; 5 атм, которое устанавливается вентилем 11 на сливной линии при постоянной частоте n вращения вала насоса.

8. Полученные опытные данные занести в таблицу отчета, обработать и построить по ним характеристики роторного насоса, которые представляют собой зависимости Q_н = f(р_н); η_эф = f(р_н); Ν_п =f(р_н).

Контрольные вопросы

1. Принцип действия и типы объемных насосов; работа шестеренного насоса.

2. Зависимости для определения основных параметров роторных гидронасосов (Ν_эф, Ν_п, Q_ф, W_н).

3. Последовательность стендовых испытаний роторного насоса; методы определения мощности и расходов.

4. Определение механического, объемного и эффективного к.п.д. объемных насосов по результатам стендовых испытаний.

5. Характеристики объемного насоса, их вид и трактовка.

6. Принципиальные отличия лопастных и объемных насосов.

Рекомендуемая литература

[1, с. 299-306; 333-347].