Лекция №30. ЭЛЕКТРОПРИВОД ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАГНЕТАТЕЛЕЙ, ПОРШНЕВЫХ НАСОСОВ, СУДОВЫХ КОМПРЕССОРОВ (2 часа)

Цель занятия: занятия направлены на формирование компетенций

ПК-1. Способен осуществлять безопасное техническое использование, техническое обслуживание, диагностирование и ремонт судового электрооборудования и средств автоматики в соответствии с международными и национальными требованиями в части знания устройства и принципа работы элементов судовых электроприводов (З-2.2).

ПК-10. Способен осуществлять наблюдение за эксплуатацией электрических и электронных систем, а также систем управления (З-4.1).

Результаты обучения по дисциплине должны обеспечить достижение обучающимися требуемой в соответствии с Таблицей A-III/6 Кодекса ПДНВ компетентности в сфере:

Наблюдение за эксплуатацией электрических и электронных систем, а также систем управления (Судовые электроприводы).

Методические материалы:

1.Савенко А.Е. Судовые электроприводы: учебное пособие для курсантов специальности

26.05.07Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики и направления подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника / А.Е. Савенко - Керчь: ФГБОУ ВО КГМТУ, 2019.- 208 с.

2.Набор слайдов с иллюстрациями по теме лекции.

Учебное оборудование:

Аудитория, комплектованная учебной мебелью, доской и видеопроекционным оборудованием для презентаций, средствами звуковоспроизведения, экраном.

Последовательность изложения учебного материала:

Лопастные центробежные насосы

Действие центробежных насосов (рис. 30.1) основано на том, что жидкость, находящаяся между вращающимися лопастями колеса, под действием центробежной силы перемещается с большой скоростью к периферии. В спиральном корпусе скорость движения жидкости уменьшается, кинетическая энергия движения жидкости превращается в потенциальную, и жидкость поступает в отливной патрубок под напором,

Когда жидкость перемещается между лопастями от центра к периферии, за ней образуется разрежение и создается разность давлений, вследствие чего к насосу поступают новые объемы жидкости. Насос может начать работу только при наличии жидкости во всасывающем трубопроводе. Напор, создаваемый насосом, связан со скоростью вращения рабочего колеса и производительностью.

Производительность.

235

где S – площадь поперечного сечения лопастного колеса на выходе. Окружная скорость

Скоростной напор при отсутствии противодавления:

Эти формулы справедливы, если производительность насоса изменяется прямо пропорционально оборотам. Чтобы правильно выбрать насос для определенной системы, необходимо располагать характеристикой Н = f(Q).

При постоянной скорости вращения основным фактором, влияющим на характеристику Н = f(Q), является угол, образованный касательными к направлению конца лопатки и направлению вращения колеса. Этот угол носит название угла схода.

Если лопасти расположены радиально или загнуты вперед по направлению вращения, напор будет мало меняться.

Если лопасти отогнуты назад, напор с увеличением производительности будет резко падать.

Повышение напора в обоих случаях приводит к уменьшению производительности.

Если закрыть нагнетательную, то прекратиться подача и это не приведет к опасным последствиям, что повышает надежность работы системы и облегчает автоматизацию ее работы.

Насосы с жесткой характеристикой Н=f(Q) применяются, например, в качестве питательных, где требуется постоянство напора.

С мягкой характеристикой, например в качестве циркуляционных, где постоянство напора не существенно, а требуется регулировка производительности.

Если скорость насоса отличается от номинальной, то характеристики смещаются параллельно друг другу и примерно подчиняются упомянутым выше закономерностям.

Кроме рассмотренных есть еще так называемые универсальные характеристики, определяющие зависимость между основными параметрами при постоянном и переменном значениях скорости. Эти кривые строятся в долях номинальных значений напора, производительности, скорости вращения и КПД. Располагая универсальной характеристикой

236

насоса и характеристикой трубопровода, можно определить наивыгоднейший режим работы системы, при котором КПД будет наибольшим.

Преимуществами центробежных насосов являются простота конструкции, минимум изнашиваемых частей, малый объем текущего ремонта, равномерная подача жидкости, возможность работы с загрязненной жидкостью, отсутствие высокого давления при закрытии нагнетательного патрубка, возможность применения високо-оборотных электродвигателей.

Недостатки: необходимость заполнять жидкостью всасывающий трубопровод перед пуском, изменение в широких пределах напора при изменении производительности, снижение КПД при повышении вязкости жидкости.

Поршневые насосы переменной производительности

Конструкция поршневых насосов переменной производительности позволяет изменить ход поршня от нулевого (нейтрального) положения до максимума, причем соответственно меняется производительность насоса. С изменением направления хода поршня меняется направление потока жидкости, в результате чего всасывающая сторона насоса превращается в подающую. Изготавливаемые в настоящее время насосы переменной производительности различают в зависимости от расположения поршней двух типов:

а) с горизонтальным расположением, при котором управление осуществляется изменением угла между осью и направляющей чашей, определяющей ход поршня;

б) с радиальным расположением, при котором управление осуществляется изменением эксцентриситета.

Отличительной особенностью поршневых насосов является независимость создаваемого ими напора от угловой скорости.

В то же время изменением угловой скорости можно производить регулирование подачи Q. Изменение сопротивления магистрали приводит к изменению напора насоса, в то время как

подача почти не изменяется.

237

Основными особенностями поршневого насоса являются:

–мощность изменяется прямо пропорционально изменению угловой скорости при данном напоре, а момент на валу остается неизменным;

–относительная простота конструкции;

–возможность применения при высоких напорах;

–высокий КПД;

–возможность запуска без заливки. К недостаткам относятся:

–большое количество трущихся частей;

–необходимость работы с жидкостью без механических примесей;

–опасность механических повреждений при перекрывании вентилей, что вызывает необходимость в предохранительных клапанах;

–необходимость в ряде случаев в специальном редукторе для соединения с электродвигателем.

Поршневые насосы применяются для подачи жидкости с большой высоты всасывания, а также для обеспечения высокого напора.

Они применяются в качестве трюмных, пожарных, питательных и для рулевого устройства.

Объемные насосы

Поршневые насосы работают на принципе изменения объема. Они бывают двух- и трехцилиндровыми. Если насос вытесняет жидкость при ходе поршня только в одном направлении, то он называется насосом прямого действия. Если жидкость вытесняется при каждом ходе поршня в обоих направлениях, то он называется насосом двойного действия.

При движении поршня вверх рабочая полость цилиндра увеличивается, что вызывает падение давления, и атмосферное давление снизу соединится с цилиндром. В результате этого жидкость станет подниматься по всасывающей трубе до тех пор, пока давление атмосферного воздуха Р не будет уравновешено весом столба жидкости, поднявшейся во всасывающем трубопроводе. Когда поршень достигнет своего крайнего положения и начнет двигаться вниз, всасывающий клапан закроется под действием давления воды и пружины. При дальнейшем движении поршня откроется клапан и жидкость будет выталкиваться в приемный трубопровод.

Теоретическая производительность насоса:

Q Vнас n ,

1000

где Vнас – суммарный рабочий объем цилиндров, см3; n – скорость вращения, об/мин.

Vнас. max z S lн ,

где S = r2 – площадь поршня, см2; Z – число поршней; lн – наибольший ход поршня, см; r – радиус поршня, см.

Так как часть жидкости просачивается, то фактическая производительность будет равна:

Qфакт Qm об Vнас n об ,

1000

где об – объемный коэффициент.

Объемный коэффициент об изменяется от 0,97 до 0,89, достигая 0,6 при двойном давлении. Полная гидравлическая мощность насоса:

238

С учетом механического КПД

Как видно из кривых (рис. 30.3), при постоянной скорости производительность насоса почти не меняется с изменением сопротивления нагнетания. Наклон характеристики Q=f(p) вызван увеличением утечки жидкости через неплотности при повышении напора.

Рисунок 30.3 - Характеристики поршневого насоса:

Изменение производительности пропорционально изменению скорости.

Так как производительность насоса при возрастании сопротивления не меняется, повышение напора приводит к перегрузке не только трубопровода, но и двигателя. Поэтому, если нагнетательный трубопровод случайно резко закрывается, возникает опасность повреждения насоса и двигателя.

Роторные насосы

Действие роторных (зубчатых и винтовых) насосов основано на изменении объема рабочих камер, через которые проходит подаваемая жидкость. Рабочие камеры образуются внутренними стенками корпуса насоса и поверхностями движущихся деталей.

239

Зубчатый насос состоит из ведущей и ведомой шестерен, заключенных в корпус. При вращении шестерни переносят перекачиваемую жидкость во впадинах зубьев из полости всасывания вдоль стенок корпуса насоса в полость нагнетания.

Теоретическая производительность насоса за один оборот равна объему впадин между зубьями обоих шестерен.

Рабочие параметры: подача от 0,3 до 200 м3/час; Н до 20 кГ/см2; КПД 55–65%. Их преимущество: простота изготовления.

Недостатки: неуравновешенность внутренних усилий, пульсация подачи, шум, вибрация, ограниченное давление нагнетания.

Параметры винтового насоса:

–Q равно 2–500 м3/час;

–Н равно до 175 кГ/см2;

–КПД равно 60–85%.

Винтовые насосы (рис. 30.4) долговечны, бесшумны, компактны, высокий КПД, малый вес, отсутствует пульсация подачи. Их производительность мало меняется с увеличением давления, т.к. его действие аналогично многоцилиндровому поршневому насосу.

Производительность регулируется либо скоростью, либо перепуском части подаваемой жидкости обратно во всасывающую трубу.

Роторные насосы применяют для подачи Рисунок 30.4 - Схема винтового насоса чистых масел, нефтепродуктов и других смазывающих жидкостей с вязкостью от 3 до 300 ºЕ и температурой не выше 80 ºС. Их высокая скорость вращения дает возможность

непосредственного соединения с электродвигателем.

Электромагнитные насосы

Насос состоит из тонкостенной трубы 1, сквозь которую проходит жидкий металл (рис. 30.5). Электрический постоянный ток подводится к жидкому металлу. Труба находится в зазоре электромагнита. Как и во всяком электродвигателе, проводник (жидкий металл), помещенный в магнитное поле, испытывает усилие, направленное перпендикулярно направлению поля и направлению тока.

Величина силы, воздействующей на проводник F = BIL, где В – индукция, I – сила тока, L – длина трубы.

Соответственно статическое давление

трудно. Затруднение можно обойти, используя насосы, действующие от переменного тока.

240

Электромагнит насоса и шины трубы, соединенные последовательно, получают питание от одного и того же источника переменного тока. Тогда направление тока через жидкий металл и направление магнитного поля будут меняться одновременно, и направление выталкивающей силы будет оставаться неизменным. Большая сила тока при этом обеспечивается за счет понижающего трансформатора, но КПД при этом ниже.

Вентиляторы, воздуходувки, компрессоры

Центробежный вентилятор состоит из лопастного колеса 1 с изогнутыми лопастями 2 в корпусе 3 (рис. 30.6). Электродвигатель чаще всего крепится к корпусу.

Под действием центробежной силы воздух перемещается между вращающимися лопатками от центра к периферии, а в корпусе скорость преобразуется в напор.

Различные конструкции вентиляторов позволяют иметь различные характеристики Н = f(Q). Если необходимо поддерживать постоянный расход, например для дутья в топках применяют вентилятор с падающей характеристикой.

Контрольные материалы для проверки усвоения учебного материала:

241

242

243

244