gidrmet
.pdf
а) б) в)
Рис.5. Усмоктувальні насадки
Найменший опір потоку забезпечує коноїдальний насадок (див. рис.5,а), це досягається збільшенням площі всмоктування.
На практиці іноді застосовують більш прості в технологічному відношенні насадки за схемою, представленою на рис.5,б. Ці насадки являють собою відрізок труби, кінець якої скошений під кутом 0,52 -0,78 рад (30º - 45º). Вхід в усмоктувальну трубу, обладнаний прийомною сіткою, показаний на рис. 5,в. Місцеві втрати напору hмісц визначаються в частках питомої кінематичної енергії по формулі
|
|
V 2 |
|
hмісц |
місц |
|
(10) |
|
|||
|
|
2g' |
|
де V - середня швидкість рідини в трубопроводі, розташованому за насадком рекомендована швидкість потоку рідини для усмоктувальних трубопроводів - 0,5 -1,5 м/с;
місц - коефіцієнт місцевої втрати напору.
Вхідні (зливальні) насадки
По цих насадках рідина з гідросистеми надходить у бак. Рідину можна впускати в бак із простого насадка (рис.6,а) у вигляді короткого відрізка труби. Але з огляду на те, що потік має значний запас кінетичної енергії, по-перше, рідина в баці буде інтенсивно перемішуватися (що не дозволить механічним часткам вчасно осісти, а пухирцям газу - здійнятися до поверхні), буде підніматися осад з днища баку, а по-друге, буде мати місце виділення пухирців газу і вспінення рідини. Така конструкція може застосовуватись тоді, коли зливна магістраль підводиться до днища баку.
На рис.6,б та в показані схеми більш раціональних вхідних насадок, що застосовуються в гідробаках.
Насадок у вигляді порожнього циліндра із глухим дном (див. рис.6,б) на циліндричній поверхні якого є невеликі отвори, дозволяє зменшити перемішування рідини.
11
а) |
б) |
|
Рис.6. |
1 |
2 |
dy |
5 |
|
|||
н |
|
|
|
П |
|
|
|
|
3 |
|
4 |
|
|
в) |
|
Вхідні насадки |
|
|
|
Недоліком такого насадка являється те, що він не дозволяє вирішити питання піноутворення.
Одним з найбільш раціональних є насадок, схема якого показана на рис.6,в. Він запобігає вспінюванню робочої рідини та підніманню осаду їз днища баку. Рідина з гідросистеми через трубу 5, центральний отвір диска 1 і щілину, утворену дисками 1 і 4, попадає у бак.
Диски 1,4 з'єднуються болтами 3 за допомогою розпірних втулок 2, висота яких визначає величину зазору hн. Площа кільцевого зазору між двома дисками збільшується від центра до країв, що приводить до зменшення швидкості потоку, а це у свою чергу знижує його /потоку/ кінетичну енергію.
Радіус закруглення центрального отвору диска 1 приблизно дорівнює
половині внутрішнього діаметра труби: |
|
Rн ≈ 0,5 dy |
(11) |
а зазор між дисками 1 й 4 визначається залежністю |
|
hн=0,25Rн |
(12) |
Для забезпечення швидкості потоку на виході із зазору між дисками, рівної 0,03 м/с /експериментально встановлене значення мінімальної швидкості рідини, при якій візуально не спостерігається дрібних пухирців газу/, необхідно діаметр дисків Dн вибирати, виходячи з максимальної подачі насоса Qнmax по формулі:
DH |
10Qнmax |
абоDн |
85Qнmax |
(13) |
|
|
|||
|
hн |
dy |
|
|
Для зливальних трубопроводів рекомендована швидкість потоку рідини становить 2-3 м/с. Для довгих трубопроводів (L/d ≥100) ці дані знижуються на
30 - 50 %.
Фільтри для проходу повітря (сапуни)
Призначенні для проходження повітря у бак, або для виведення його з баку.
12
Це потрібно для забезпечення атмосферного тиску у середені баку. Найпростішим сапуном є дренажний отвір (трубопровід) діаметром 2-5 мм,
виконаний у верхній частині бака (рис.7,а).
На рис.7,б показана схема сапуна з фільтром, що не пропускає у бак механічних часток (пил)
На рис.7,в показана схема фільтра для проходу повітря з рідинним пиловловлювачем. Це більш досконалий спосіб запобігання від потрапляння пилу в бак. У порівнянні з іншими він забезпечує більш надійне і якісне очищення повітря.
|
|
Масло |
Фільтр |
а) |
б) |
в) |
|
Рис.7. Фільтри для проходу повітря
Виготовлення й випробовування баків
Баки виготовляють в основному звареними з тонколистової сталі (від 0,8 до 2.0 мм). При більших розмірах гідробака на стінках і днищі видавлюють жолобки для підвищення твердості /зрідка баки роблять литими з ребрами для підвищення тепловіддачі/.
Штуцер, фланці, пробки й інші елементи паяють мідним припоєм. Герметичність бака перевіряють надлишковим тиском до 0,05 Мпа /0,5 кгс/см2/.
Після зборки гідробака його зовнішня поверхня покривається ґрунтовкою № 138 /ДЕРЖСТАНДАРТ 4056-48 / і фарбується нітроглифталевою емаллю /ДЕРЖСТАНДАРТ 6631-53/ не менш, ніж у два шари. Внутрішня порожнина гідробака перед установкою фільтра продувається стисненим повітрям.
Для трубопроводів в основному застосовуються сталеві безшовні труби /ДЕРЖСТАНДАРТ 8734-75/ і рукава високого тиску з металевими оплетками /ДЕРЖСТАНДАРТ6266-73/. Застосовують також мідні труби /ДЕРЖСТАНДАРТ 617-72/ і латунні
Ремонт баків
Найчастіше зустрічаються дефекти масляного бака - це тріщини в місці приварювання штуцера усмоктувального трубопроводу чи кронштейна кріплення. Зустрічаються також тріщини або пробоїни стінок.
Для усунення першого дефекту необхідно: - злити масло з бака;
- промити бак гарячим трипроцентним розчином каустичної соди; - заповнювати бак інертним газом або водою;
13
- за допомогою газового зварювання заварити тріщини.
Дефекти на стінках бака усувають за допомогою латок з листової сталі або склопластику й епоксидної клейової суміші. Після накладення латки бак сушать 3 години при температурі 80-100°С або протягом 24 годин при температурі
18-20°С.
Питання для самоконтролю
1.Призначення баків гідросистем.
2.Позначення баків на гідравлічних схемах.
3.Різновиди гідробаків, накреслити схеми, дати характеристики.
4.Основні вимоги, пропоновані в конструкції гідробака. Конструктивна схема гідробака.
5.Усмоктувальні насадки, схеми, переваги, недоліки.
6.Вхідні насадки, різновиди, розрахунок.
7.Фільтри для проходу повітря призначення, різновиди.
8.Матеріали застосовувані для виготовлення баків, забезпечення його герметичності, фарбування та випробування.
9.Ремонт гідравлічних баків.
14
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2
ШЕСТЕРЕННІ ГІДРОНАСОСИ
Мета роботи : вивчити призначення, будову, принцип роботи, переваги та недоліки шестерених гідронасосів.
Загальні відомості про роторні гідромашини
Під роторними гідромашинами розуміють об'ємні роторні насоси і гідромотори. У роторних гідромашинах рухливі елементи, що утворюють робочі камери, здійснюють обертальний чи обертальний і зворотно-поступальний рухи.
Роторні насоси призначені для створення потоку робочої рідини шляхом перетворення механічної енергії в гідравлічну. Роторні гідромашини мають три основні робочих елемента: ротор, статор і замикач (виштовхувач). Ротор насоса обертається синхронно з валом двигуна, ведучого двигуна. Замикачі роблять строго циклічний рух, період якого пропорційний частоті обертання ротора. Робочий цикл складається з наступних процесів: у насосах - усмоктування і витиснення (нагнітання), у гідромоторах - нагнітання і витиснення.Роторні гідромашини підрозділяють по наступним ознаках: по можливості регулювання робочого обсягу - на регульовані і нерегульовані; по напрямку потоку робочої рідини - з постійним і реверсивним потоком; по числу робочих циклів, чинених за один оборот вала, - одне-, двухта багаторазової дії; по конструкції - шестеренні, пластинчасті і поршневі (радіально-поршневі й аксиально-поршневі). Роторні гідромашини (крім машин із клапанним розподілом) можуть бути оборотними об'ємними гідромашинами, це значить, що вони можуть працювати як у режимі насоса, так і в режимі гідромотора.
Основні параметри роторних насосів і гідромоторів
Під робочим об’ємом V0 гідромашини розуміють об’єм рідини що витісняється за один оборот, цикл чи хід. Чим більше робочий об’єм тим більший об’єм робочої рідини витісняє насос за один оборот вала. Одиниця робочого обсягу в СИ м3. Ряди номінальних робочих об’ємів насосів і гідромоторів регламентовані ДСТ 13824—80.
Під номінальним тиском рном гідромашини розуміють найбільший тиск, при якому гідромашина повинна працювати протягом установленого терміну служби зі збереженням параметрів у межах установлених норм. Номінальні тиски встановлює ДСТ 12445—80.
Частотою обертання n називають величину, рівну числу повних оборотів за
одиницю часу. Частоту обертання визначають по формулі |
|
n=1/ , |
(14) |
де - час, протягом якого відбувається один повний оберт.
Одиниця частоти обертання в СИ с-1. Секунда в мінус першого ступеня - частота рівномірного обертання, при якій за час 1 с відбувається один оборот вала. Тимчасово нарівні з с-1 допускається застосування одиниці частоти
15
обертання, вираженої в об/с і об/хв.
Під номінальною частотою обертання nном, розуміють найбільшу частоту обертання, при якій гідромашини повинні працювати протягом установленого терміну служби зі збереженням параметрів у межах установлених норм. Номінальну частоту обертання насосів із приводом від електродвигунів звичайно приймають рівній номінальній частоті обертання асинхронних електродвигунів. Ряди номінальних частот обертання встановлює ДСТ 12446—80.
Тиск на вході в насос (тиск усмоктування) — мінімальний тиск на вході в насос, обумовлене явищем кавітації рідини.
Об'ємна подача - це об’єм робочої рідини, подаваємої за одиницю часу Q, м3/с, визначають по формулі
Q=V0n |
(15) |
де n -частота обертання, с-1.
Характеристика насоса – залежність від подачі насоса від тиску нагнітання при постійні частоті обертання вала (номінальній)
Фактична подача насоса Qф відрізняється від теоретичної Qт завдяки наявності об’ємних витрат рідини – в першу чергу на витікання Qвит через зазори в з’єднаннях деталей. Мають місце також витрати рідини, пов’язані з неповним заповненням рідиною робочих камер Qвит.ум – умовні витікання або втрати на всмоктування насоса, завдяки гідравлічному опору, кавітаційним явищам та ін. Одна з причин виникнення цього явища – малий напор на вході насоса та великий гідравлічний опір всмоктувального каналу.
Qф=Qт-(Qвит+Qвит.ум) |
(16) |
Об’ємні витрати в насосі характеризуються його об’ємним к.к.д.
Об’ємний к.к.д. визначається як відношення фактичної подачі насоса до ідеальної (теоретичної)
|
Qф |
або |
|
Qф |
(17) |
об |
Qт |
об |
Qi |
||
|
|
|
|
||
де |
Qі=Qф+(Qвит+Qвит.ум) |
|
(18) |
||
визначається в режимі холостого ходу (без навантаження) для шестеренних насосів об = 0,95...0,97.
Шестеренні насоси
Шестеренним насосом називають роторний насос з робочими камерами, утвореними робочими поверхнями зубчастих коліс, корпуса і бічних кришок.
По виду зубчатоготого зачеплення шестеренні насоси поділяють на насоси з зовнішнім і внутрішнім зачепленням. На рис. 8 показана конструктивна схема найбільш розповсюдженого шестеренного насоса з зовнішнім зачепленням. Ведуча шестерня 1 і ведена шестерня 2 розміщені в розточеннях корпуса 3, що має порожнини усмоктування А і нагнітання Б.
16
2 |
|
|
|
Б |
А |
Нагнітання |
Всмоктування |
1 |
3 |
|
|
|
Рис.8. Схема шестеренного насосу |
Принцип роботи насоса полягає в наступному. При обертанні шестерень зуби виходять із зачеплення в порожнині А створюється вакуум, тому що при виході з зачеплення обсяг порожнини збільшується на подвоєний обсяг простору між зубами. Під дією різниці тисків у баці і порожнині А рідина з бака надходить у порожнину А і заповнює простір, що звільнився. Обертаючись шестерні переносять цю робочу рідину в порожнину Б. При вході зубів у зачеплення робоча рідина витісняється зубами і надходить у напірну лінію.
Звичайно не вся рідина витісняється в порожнину нагнітання. Частина рідини по радіальних зазорах (між розточенням корпуса і зовнішнім діаметром шестерні) і торцевим зазорам (між торцями шестерень і бічних кришок) перетікає в порожнину усмоктування, а частина рідини защіпається при зачепленні шестерень у западинах між зубами. Тому що зачеплення зубів шестерень відбувається на довжині, більшого одного кроку, то спочатку відбувається стиск замкненого об’єму рідини (рис. 9) від АВ до ВС внаслідок зменшення обсягу між сусідніми вигинами, а в другій половині розширення від ВС до СD.
D |
A |
C 
B
Рис.9. Утворення замкненого об’єму шестеренного насоса
17
Рис. 10. Основні складові шестеренного насосу 1-кришка із ребрами жорсткості; 2-металфторопластова втулка; 3-З-образний
манжет; 4-захисні пластини; 5- компенсатор; 6- шестерні; 7-корпус насосу.
При малих зазорах у зачепленні і гарному контакті між зубами тиск у замкненому обсязі різко збільшується, що може привести до поломки насоса. Для
18
усунення різкого збільшення тиску (для розвантаження) передбачають канали на неробочих поверхнях зубів для нереверсивних машин, у западинах шестерень і на бічних кришках. Робочий об’єм шестеренного насоса визначають по формулі
V0= Dнhb=2 m2zb |
(19) |
де DH – початковий діаметр шестерні, DH = mz; h – висота зуба, h=2m; m -модуль зачеплення; z -число зубів шестерні; b -ширина вінця шестерні.
Цей вираз справедливий при припущенні, що обсяг западин між зубами дорівнює обсягу зубів.
Досвід проектування показує, що число зубів шестерні варто вибирати меншим (z = 6...16), а модуль великим (при цьому значно зменшуються габарити насоса). Ширину вінця шестірні звичайно приймають рівної 3...6 m.
Так, як параметри, що визначають робочий об’єм шестеренного насоса, - величини постійні, то шестеренні насоси нерегульовані.
Насос подає робочу рідину нерівномірно: миттєва подача насоса – періодична функція кута повороту вала ведучої шестерні (рис.11). Коефіцієнт пульсації подачі робочої рідини визначають по формулі
|
k |
|
1.25 |
cos2 |
|
(20) |
|
П |
z |
||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
де cos -кут зачеплення; |
=20°; z -число зубів. |
|
||||
Частота коливань подачі пропорційна частоті обертання і числу зубів шестерні. Період коливань подачі визначається часом повороту шестерні на кут, що відповідає одного кроку:
T |
1 |
|
(21) |
|
|
||
|
|
||
|
n |
z |
|
Нерівномірність подачі викликає пульсацію тиску і негативно позначається на роботі насоса і гідроприводу, створюючи вібрації. Таким чином, для зменшення пульсації подачі необхідно збільшувати число зубів.
Q |
|
|
2 |
min |
max |
2 |
Q |
Q |
|
|
|
|
|
|
Рис.11. Графік коливання подачі шестеренного насоса |
||
19
Рис.12. Способи позначення насосів шестеренних
20