Характеристики объемных роторных насосов
Характеристикой насоса называют зависимость напора (или давления), создаваемого насосом, от его подачи (расхода) при постоянном числе оборотов.
Теоретическая подача объемного роторного насоса не зависит от давления (см. формулы (12.1), (12.9), (12.10), (12.12), (12.13)). Поэтому теоретическая характеристика объемного насоса – это прямая параллельная оси ординат (рис. 12.10).
Действительная характеристика объемного
насоса отличается от теоретической за
счет утечек перекачиваемой жидкости
через зазоры между подвижными и
неподвижными деталями. Жидкость
перетекает из области нагнетания в
область всасывания. Количество
перетекающей жидкости пропорционально
давлению
и
обратно пропорционально вязкости в
некоторой степени
|
(12.14) |
,где А – константа, зависящая от конструкции насоса и величины зазоров.
Действительная подача насоса меньше теоретической на величину утечки, следовательно
|
(12.15) |
,
где
объемный к.п.д.
насоса.
Используя формулу (12.15), достаточно
просто пересчитать характеристику
насоса с одних условий работы (
)
на другие (
).
Сначала пересчитываем начальные абсциссы характеристики (объемный расход пропорционален числу оборотов)
|
(12.16) |
.Затем определяет величину утечки при выбранном давлении
|
(12.17) |
.
По найденным значениям
и
строится характеристика насоса для
новых условий работы (см. рис. 12.10).
Рис. 12.10 |
Так как характеристика объемного ротора насоса обычно является очень крутой, то, уменьшение подачи насоса, например, вследствие увеличения сопротивления сети, вызывает весьма значительное повышение давления. Чтобы обезопасить насос и связанную с ним систему от чрезмерного повышения давления необходимо регулирующее устройство. Простейшее из таких устройств переливной (перепускной) клапан. Схема насоса с переливным клапаном и его характеристика показаны на рис. 12.11.
На участке
клапан закрыт, так как давление невелико.
Точка
это начало открытия
клапана. Усилие, создаваемое давлением
жидкости на торцевой поверхности
клапана, равно здесь усилию пружины
(
).
|
|
Рис. 12.11
На участке
подача жидкости в трубопровод равна
|
(12.18) |
.
Лекция 13
Гидродвигатели
Гидравлический двигатель – это машина, предназначенная для преобразования энергии гидравлического потока в механическую энергию.
По виду движения выходного звена гидродвигатели подразделяют на:
гидроцилиндры;
гидромоторы;
поворотные гидродвигатели.
Основными характеристиками гидродвигателей являются: выходное усилие или крутящий момент, выходная мощность и к.п.д.
Гидроцилиндр – это объемный гидродвигатель с поступательным движением выходного звена.
Гидроцилиндры подразделяют на поршневые, плунжерные телескопические. На рис. 13.1 представлены некоторые схемы гидроцилиндров:
а) – поршневой односторонний;
b) – плунжерный односторонний;
c) – телескопический;
d) – поршневой двухсторонний.
|
|
Рис. 13.1
Характеристиками гидроцилиндра являются:
скорость движения штока; усилие, развиваемое гидроцилиндром;
мощность.
Если для схемы d) обозначить:
действительная подача жидкости в гидроцилиндр;
внутренний диаметр гидроцилиндра;
диаметр штока;
давление в нагнетающей полости гидроцилиндра;
давление в полости слива гидроцилиндра,
то скорость движения штока определяется по формуле
|
(13.1) |
,а теоретическое усилие создаваемое на штоке можно найти по формуле
|
(13.2) |
.Теоретическая мощность гидроцилиндра равна
|
(13.3) |
.Выходная мощность гидроцилиндра за счет потерь на трение меньше, что определяет коэффициент полезного действия этого гидродвигателя
|
(13.4) |
.В зависимости от конструкции и качества изготовления к.п.д. гидроцилиндров имеет значение 0,85 … 0,95.
Гидромоторы – это объемные гидродвигатели с неограниченным вращательным движением выходного звена.
Гидромоторы в машиностроении – это, обычно, роторные насосы, использующие свойство обратимости, когда при подводе жидкости под давлением в полость нагнетания его ротор начинает вращаться.
Гидромоторы, как и насосы, подразделяются на регулируемые и нерегулируемые. Если ротор может вращаться только в одну сторону – гидромотор называют нереверсивным, если в обе – реверсивным.
Схема усилий, поясняющая создание вращающего момента на валу гидромотора, показана на рис. 13.2.
Рис. 13.2 |
В полости нагнетания давление выше, чем
в полости слива. Потому усилия
и
со стороны полости нагнетания больше,
нежели со стороны полости слива, что и
создает вращающий момент на валу ротора
за счет разности усилий
(слева и справа от вертикальной плоскости
симметрии на рисунке).
За один оборот ротора подаваемая в
гидромотор жидкость совершает работу
,
а работа вращающего момента на валу
гидромотора
.
Если пренебречь потерями,
,
тогда
|
(13.5) |
,где
рабочий объем гидромотора; давление в нагнетающей полости гидромотора;
давление в полости слива гидромотора.
Формула (13.5) не учитывает потери на перетекание жидкости и механические потери на трение. С учетом этих потерь мощность на выходном валу гидромотора можно найти по формуле
|
(13.5) |
,где
число оборотов ротора гидромотора в минуту;
к.п.д. гидромотора.
Если воспользоваться действительной
подачей жидкости в гидромотор
,
то легко получить следующие формулы
|
(13.5) |
Поворотные гидродвигатели – это объемные гидродвигатели с ограниченным углом поворота выходного звена.
Есть две принципиально разные схемы.
Гидродвигатели с преобразованием поступательного движении во вращательное. Наиболее распространены плунжерные поворотные гидродвигатели, в которых движение поршня преобразуется в поворотное движение выходного звена с помощью зубчатой передачи (рис.13. 3). Основой такого гидродвигателя является гидроцилиндр, поэтому методика его расчета аналогична методике расчета поршневых гидроцилиндров.
Если шестерня поворотного двигателя
имеет
зубьев модуля
,
а рабочий ход плунжера
,
угол порота выходного вала равен
|
(13.6) |
.Крутящий момент на выходном валу легко найдем, используя принцип возможных перемещений
|
(13.7) |
.
Так как
,
,
из ( ) легко находим
|
(13.8) |
.Угловая скорость вращения ротора и мощность на выходном валу определяются формулами ( ), ( )
|
(13.9)
(13.10) |
;
.
Гидродвигатели без преобразования характера движения. К таким двигателям относятся шиберные поворотные гидролвигатели (рис. 13. 4). Угловая скорость и крутящий момент на валу шиберного гидродвигателя без учета потерь определяют по формулам
|
(13.11) |
где
ширина рабочей камеры (размер перпендикулярный плоскости рисунка);
давление в рабочей камере; расход рабочей жидкости, подводимой к гидродвигателю.
|
Рис. 13.3
|
Рис. 13.4
Применение шиберных поворотных гидродвигателей ограничивается трудностью обеспечения надежной герметизации рабочей камеры при высоком давлении.
Лекция 14
Гидроаппаратура
Гидроаппаратом называют устройство, предназначенное для изменения или поддержания заданного постоянного значения давления, расхода жидкости, либо для изменения направления потока.
Наиболее часто встречаются три типа гидроаппаратов:
гидрораспределители;
клапаны;
дроссели.
Основным элементом всех гидроаппаратов является запорный регулирующий элемент – подвижная деталь или группа деталей, при перемещении которой частично или полностью перекрываются рабочие проходные сечения гидроаппарата.
В зависимости от конструкции ЗРО ГА бывают: золотниковые, крановые, клапанные.
Если гидроаппарат изменяет параметры потока путем частичного открытия или закрытия проходного сечения, то он является регулирующим. Если гидроаппарат изменяет направление движения потока путем полного открытия или закрытия проходного сечения, то он является направляющим.
Гидроаппараты в которых степень открытия или закрытия может быть изменена в процессе работы воздействием из вне, называются регулируемыми. Если изменить регулируемые параметры можно только в нерабочем состоянии, то гидроаппараты называют настраиваемыми.
По принципу действия гидроаппараты делятся на гидроклапаны и гидроаппараты неклапанного действия. В гидроклапаны являются аппаратами прямого действия, а его, а гидроаппараты неклапанного действия – это аппараты непрямого действия.