Гидравлические насосы и их характеристики
Насосом называют гидравлическую машину, предназначенную для преобразования механической энергии в энергию потока жидкости.
По конструкции и принципу работы насосы подразделяют на насосы объемные и динамические.
В динамическом насосе жидкость в результате силового воздействия перемещается в рабочей камере, которая постоянно сообщается с входом и выходом. Наиболее известным динамическим насосом является центробежный насос, схема которого приведена на рис. 12.2.
Рис. 12.2 |
Основной рабочий орган центробежного
насоса – рабочее колесо 1. Вращаясь с
большим числом оборотов, рабочее колесо
сообщает жидкости, заполняющей объем
между лопатками, кинетическую энергию.
За счет торможения в расширяющихся
межлопаточных каналах и расширяющемся
канале спиральной камеры кинетическая
энергия преобразуется в энергию давления.
Давление жидкости на выходе из спиральной
камеры превышает давление жидкости на
входе в межлопаточные каналы (
).
Вход в насос и выход из спиральной камеры
сообщаются между собой постоянно.
В объемных насосах рабочая жидкость периодически подвергается механическому воздействию в изменяемом объеме, который попеременно сообщается с входом и выходом. Схема поршневого одноцилиндрового насоса показана на рис. 12.2
Рис.12.2 |
Поршень 1, приводимый в движение
кривошипно-шатунным механизмом 2,
совершает возвратно поступательное
движение в цилиндре. В головке цилиндра
установлены два клапана: всасывающий
3 и нагнетающий 4. При движении поршня
вправо (см. рисунок) жидкость из полости
цилиндра через нагнетающий клапан
вытесняется в напорную магистраль 5.
Клапан 4 открывается под воздействием
возрастающего давления жидкости в
цилиндре. Это же давление прижимает
всасывающий клапан 3 к седлу, перекрывая
слив жидкости во всасывающую магистраль
6. При изменении направления движения
поршня на противоположное (движение
влево) клапан 4 под действием пружины
закрывается, а клапан 3 открывается. Под
действием атмосферного давления жидкость
из расходного бака поступает в полость
цилиндра под поршень. Объем жидкости,
перемещаемой насосом за один ход поршня,
определяется его ходом в цилиндре
.
Основными параметрами, характеризующими работу насоса, являются:
производительность (объемная подача);
высота всасывания;
напор;
потребляемая мощность;
полезная мощность;
коэффициент полезного действия.
Объемная подача
– это объем жидкости,
подаваемый насосом в напорную магистраль
за единицу времени (
).
Теоретическая подача объемного насоса
в секунду определяется:
–
объемом рабочей камеры;
–числом
рабочих камер;–числом оборотов вала насоса в минуту;
|
(12.1) |
.Для поршневого насоса (рис.12.2) объем рабочей камеры определяется диаметром цилиндра и ходом поршня . Теоретическая подача всегда больше фактической на величину объемных потерь
|
(12.2) |
.
Напор – это
прирост удельной энергии, которую
приобретает в насосе единица веса
прокачиваемой жидкости. Если (
)
– параметры жидкости на входе в насос,
а (
)
– на выходе, то напор определяется по
формуле
|
(12.3) |
.Высота всасывания определяется как максимальная высота подъема жидкости по всасывающему трубопроводу, выраженная в метрах водяного столба, при которой давление на входе в насос превышает с некоторым запасом давление насыщенных паров жидкости при заданных условиях, что необходимо для обеспечения работы насоса без кавитации. Определяется высота всасывания по формуле
|
(12.4) |
,где
– давление на срезе всасывающей трубы;– давление на входе в насос;
– жидкости в сечении на входе в насос.
Теоретическое значение высоты всасывания не может превышать 10 м водяного столба.
Полезной мощностью насоса называют количество энергии, которое насос сообщает всему потоку прокачиваемой жидкости ежесекундно. По определению
|
(12.5) |
.Как и всякая машина, насос потребляет мощности больше, чем отдает. Отношение полезной мощности к потребляемой называют коэффициентом полезного действия насоса
|
(12.6) |
.Отсюда потребляемая мощность насоса равна
|
(12.7) |
.