Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Элементы объемного гидропривода. Учебное пособие
.pdf
11
2. БАЗОВЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ ДЛЯ
ГИДРОНАСОСОВ И ГИДРОМОТОРОВ
Для ОГН можно выделить группу свойств [3]:
- цикличность рабочего процесса;
- порционность и неравномерность подачи;
- герметичность насоса (постоянное отделение напорного
трубопровода от всасывающего);
- самовсасывание (способность объемного насоса создавать
вакуум во всасывающем трубопроводе);
- жесткость характеристики (малая зависимость подачи
насоса Q от развиваемого им давления p);
- независимость давления, создаваемого объемным
насосом, от скорости движения рабочего органа насоса и
скорости жидкости.
ОГД имеют те же свойства, что и объемные насосы, но с
небольшими отличиями. Они также характеризуются
цикличностью рабочего процесса и герметичностью. Жесткость
характеристик ОГД заключается в малой зависимости скорости
выходного звена от нагрузки на этом звене.
Идеальной (теоретической) подачей ОГН называют
количество несжимаемой жидкости, нагнетаемой насосом в
единицу времени при отсутствии утечек через зазоры.
Идеальная подача может быть рассчитана по формуле
Qи=V0n=zkVkn, (2.1)
где V0 – рабочий объем насоса, т.е. идеальная подача насоса за
один цикл (один оборот вала насоса); n– частота рабочих циклов
насоса; Vk– идеальная подача из каждой рабочей камеры за один
цикл; z– число рабочих камер в насосе; k– кратность действия
насоса, т.е. число подач из каждой камеры за один рабочий цикл.
Из (1.1) рабочий объем насоса равен
V0=zkVk. (2.2)
По способу регулируемости гидромашины делятся на
машины с регулируемым рабочим объемом и машины с
постоянным рабочим объемом. Для регулируемых гидромашин
может быть рассчитан безразмерный параметр регулирования
12
где V
и V
тек
=V
тек/Vmax
– текущий и максимальный рабочий объем
max
, (2.3)
соответственно.
Безразмерный параметр регулирования может изменяться в
пределах от -1 до +1 при помощи регулирующих органов
гидромашины.
Сжимаемость рабочей жидкости, утечки через зазоры
рабочих камер и полости нагнетания определяют отличие
действительной (реальной) подачи от идеальной.
Коэффициентом подачи называется отношение действительной подачи Qк идеальнойQи:
=Q/Qи=(Qи-qут-qсж)/Qи. (2.4)
гдеqут– расход утечек; qсж– расход сжатия.
Объемный КПД насоса равен отношению действительной
подачи Qк идеальной Qибез учета сжатия жидкости:
=Q/Qи=(Qи-qут)/Qи=Q/(Q+qут). (2.5)
0
Изменение объемного КПД насоса находится в прямой
зависимости от перепада давления (рис. 2.1, а) при постоянной
частоте вращения n=const (пунктирная линия соответствует
насосу с нулевыми утечками).
С увеличением частоты при постоянном давлении p=const
объемный КПД повышается (рис. 2.1, б) в некоторых пределах,
при которых утечки, обусловленные недозаполнением рабочих
камер насоса, отсутствуют или столь малы, что ощутимо не
изменяют подачи насоса. При некоторой высокой частоте
вращения n начинают сказываться потери на всасывании и
произойдет снижение объемного КПД. При дальнейшем
повышении частоты n наступит кавитация (разрыв потока),
сопровождающаяся резким падением объемного КПД [2].
Кавитация в гидромашине сопровождается пульсацией
давления жидкости и шумом, что может привести к разрушению
устройства.
Минимальная частота вращения насоса определяет
нижнюю границу устойчивости работы машины, а верхний
предел определяется полнотой заполнения камер рабочей
жидкостью. Кроме того, величина утечек зависит от вязкости
жидкости.При росте температуры вязкость жидкости
13
понижается, и объемный КПД уменьшается, вследствие роста
0
p
0
n
n=const
p=const
Q
0
p
н
q
ут
Q
Q
и
утечек жидкости через зазоры.
Рис. 2.1. График изменения объемного КПД насоса: а – от
давления при постоянной частоте, б – от частоты вращения при
постоянном давлении, в – от давления
При снижении температуры, вязкость жидкости
повышается, и объемный КПД также снижается, вследствие
неполного заполнения насоса.
Разность между давлением p2 на выходе насоса и давлением
p1 на его входе называется давлением насоса:
pн=p2–p1. (2.6)
Характеристиками объемных насосов называют
зависимости подачи насоса от его давления при постоянной
частоте вращения вала или зависимости подачи от частоты при
постоянном давлении.
Зависимость подачи насоса от давления приведена на
рис. 2.1, в. Идеальная подача изображается горизонтальной прямой.
Малая величина поперечных размеров зазоров и
значительной вязкости жидкости приводит к тому, что величина
утечек пропорциональна давлению насоса (ламинарный
характер истечения). Поэтому действительная характеристика
роторного насоса в системе координат Q-pн изображается
прямой наклоненной в сторону снижения подачи. На
рис. 2.1,ввидно, что величина утечек qут растет пропорционально
росту давления, а его действительная подача с ростом давления
уменьшается.
14
Чем более совершенен насос, тем выше «жесткость»
600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Q,
л/мин
n,
об/мин
p=0,7 МПа
p=7 МПа
p=14 МПа
p=21 МПа
p=29,3 МПа
характеристики и ближе ее расположение к горизонтальной
прямой.
Характеристики роторных гидромашин приводятся в
каталогах и справочниках в виде зависимостей Q=f(pн) для
нескольких значений частоты вращения n вала насоса или Q=f(n)
для нескольких значений давления. Такие характеристики для
пластинчатого насоса VMQ1 25 производителя Vickers[4] приведены на рис. 2.2.
Рис. 2.2.Графики характеристик для пластинчатого насоса
VMQ1 25 производителя Vickers
Для регулируемых насосов при фиксированном значении
частоты вращения n=const определяют дополнительно
характеристики, соответствующие нескольким значениям
рабочего объема насоса V0. При уменьшении рабочего объема
насоса его КПД также уменьшается.
Удельная энергия, сообщаемая ОГН потоку жидкости,
называется напором насоса:
Hн=pн/(g). (2.7)
где – плотность рабочей жидкости; g – ускорение свободного
падения (9.81 м/с2).
15
Мощность на выходе насоса называется полезной
мощностью:
Nп=Qpн. (2.8)
Мощность, затрачиваемая приводящим двигателем,
называется потребляемой мощностью:
Nн=M
, (2.9)
нн
где Mн– момент на валу насоса; н– угловая скорость его вала.
Отношение полезной мощности к затраченной называется
КПД насоса.
Н=NП/Nн
=Qpн/(M
). (2.10)
нн
Для объемных насосов различают гидравлическийг,
объемный ои механический мКПД. Каждый из КПД учитывает
различные потери энергии: гидравлический– потери напора,
объемный– потери на перетекание жидкости через зазоры и
механический– потери на трение механических частей и
жидкос-ти. Перечисленные КПД могут быть представлены
выражениями:
=(p2-p1)/pин=pн/pин, (2.11)
г
=Q/(Q+qут), (2.12)
о
=(Nн-Nм)/Nн=Nин/Nн, (2.13)
м
где pин– индикаторное давление, создаваемое в рабочей камере
насоса и соответствующее теоретическому напору в
лопастномнасосе; Nм– потери мощности на трение в механизме
насоса; Nин– индикаторная мощность, сообщаемая жидкости в
рабочей камере и соответствующая гидравлической мощности в
лопастных насосах.
Если умножить и разделить уравнение (2.5) на
Nин=pин(Q+qут) и перегруппировать множители, получим
формулу для расчета КПД насоса [3]
. (2.14)
Из (2.14) видно, что полный КПД насоса равен
произведению гидравлического, объемного и механического
КПД.
Как и роторный насос, гидромотор характеризуется, прежде
всего, рабочим объемом, т.е. идеальным расходом жидкости
через гидромотор за один оборот ротора.
16
Направление утечек в туже сторону, что и основной поток в
гидромоторе, приводит к тому, что действительный расход
больше, чем идеальный. Поэтому объемный КПД гидромотора
можно рассчитать по формуле
/Q=Qи/(Qи+qут). (2.15)
0=Qи
Отсюда, в соответствии с (2.1), частота вращения вала
гидромотора определится формулой
n=Q0/V0. (2.16)
Давление в гидромоторе определяется разностью давлений
на входе p1 и выходе p2:
pгм=p1-p2. (2.17)
Полезная мощность гидромотора равна произведению
крутящего момента M на его валу на угловую скорость вала :
Nп=M. (2.18)
Мощность, потребляемая гидромотором:
N=Qpгм. (2.19)
Отношение NП/N определяет общий КПД гидромотора,
который равен произведению двух частных КПД – объемного и
механического:
= NП/N =
. (2.20)
0м
В практических расчетах необходимо вычислять значение
момента на валу гидромотора по формуле
M=V0p
/(2). (2.21)
гмм
В гидромоторе, в отличие от гидронасоса, направление
крутящего момента давления жидкости совпадает с
направлением вращения его вала и является активным
моментом, совершающим полезную работу.
Контрольные вопросы
1. Назовите основные свойства ОГН.
2. Что называют идеальной (теоретической) подачей ОГН?
3. Что происходит при изменении объемного КПД насоса?
4. Выделите основные виды КПД.
5. На какие виды машины делятся по
способурегулируемости?
17
3. РОТОРНЫЕ ГИДРОМАШИНЫ
Роторные гидронасосы и гидродвигатели удовлетворяют
самым высоким требованиям, предъявляемым к гидромашинам
в составе гидросистем судна. Среди этих требований можно
выделить:
– возможность регулирования давления и скорости в
широком диапазоне;
– высокий КПД;
– высокая быстроходность;
– возможность реверса подачи;
– большая надежность;
– малая удельная масса и объем.
К роторным насосам относятся ОГН,жидкость в которых
вытесняется в результате вращательного или вращательного и
одновременно возвратно-поступательного движения
вытеснителей относительно вращающегося узла.
Большинство роторных насосов состоит из трех основных
частей: неподвижного корпуса (статора), вращающегося узла,
жестко связанного с валом насоса (ротора), и вытеснителей.
Рабочий процесс роторного насоса состоит из этапа
заполнения рабочих камер жидкостью, затемпроисходит
изоляция рабочих камер и их перенос с дальнейшим
вытеснением жидкости в нагнетающую магистраль.
Таким образом, особенностью рабочего процесса роторных
насосов является то, что при вращении ротора рабочие камеры
переносятся из полости всасывания в полость нагнетания и
обратно [3].Это позволяет отказаться от всасывающих и
нагнетательных клапанов.
Основными свойствами роторных насосов являются
следую-щие:
– обратимость, т.е. способность роторных насосов работать
в качестве гидродвигателей (гидромоторов);
– большая быстроходность (до n=(2..5)103 мин-1).
– способность работать только на чистых, неагрессивных и
смазывающих жидкостях. Такие требования к жидкости
обусловлены малыми зазорами в роторном насосе и трением
18
между обработанными по высшим классам точности и чистоты
Роторно-
вращательные
ВинтовыеЗубчатые
Шестеренные
С внешним
зацеплением
С внутренним
зацеплением
Одновинтовые Многовинтовые
поверхностями статора, ротора и вытеснителей [2, 3].
По характеру движения вытеснителей роторные насосы
подразделяют на роторно-вращательные и роторнопоступательные; в первых – рабочие органы совершают лишь
вращательное движение, а во вторых – одновременно с
вращательным еще и возвратно-поступательное движение
относительно ротора. Классификация роторных гидронасосов
приведена на рис. 3.1 и рис. 3.2.
Как показано на рис. 3.1 роторно-вращательные насосы
подразделяют на зубчатые и винтовые. В зубчатых насосах
жидкость перемещается в плоскости вращения рабочих органов,
имеющих форму зубчатых колес. Разновидностью зубчатых
насосов, которые широко используются на судах, являются
шестеренные с внутренним и внешним зацеплением.
Рис. 3.1.Классификация роторных гидронасосов
В винтовых насосах рабочая жидкость перемещается вдоль
оси вращения рабочих органов. Замкнутая камера образована
винтом или несколькими винтами и неподвижной обоймой.
К роторно-поступательным относятся шиберные и роторно-
поршневые насосы.
Шиберной называют гидромашину с рабочими камерами,
ограниченными рабочими поверхностями ротора, статора и
19
шиберов (задвижек, заслонок), совершающих возвратно-
Роторно-
поступательные
Шиберные
Роторно-
поршневые
Пластинчатые
Радиальнопоршневые
Аксиальнопоршневые
Однократного
действия
Двухкратного
действия
С наклонным
диском
С наклонным
блоком
Многократного
действия
поступательное или возвратно-поворотное движение.
Наибольшее распространение получили гидромашины с
шиберами в виде пластин (пластинчатые гидромашины),
совершающих возвратно-поступательное движение. В роторнопоршневых насосах рабочие камеры организованы внутри
ротора и замыкаются вытеснителями.
Рис. 3.2. Классификация роторных гидронасосов
Роторно-поршневые насосы делятся на радиально- и
аксиально-поршневые. В радиально-поршневых насосах ось
вращения ротора перпендикулярна осям рабочих органов или
составляет с ними угол более 45°. В аксиально-поршневых
насосах ось вращения ротора параллельна осям рабочих органов
или составляет с ними угол менее или равный 45°. В свою
очередь аксиально-поршневые насосы делятся на насосы с
наклонным блоком цилиндров и с наклонным диском. У насосов
с наклонным диском ведущее звено и ротор расположены на
одной оси, а у насосов с наклонным блоком оси ведущего звена
и ротора наклонного блока осипересекаются.
20
Свойство обратимости роторных насосов позволяет
Наименование
Обозначение
Насос, нерегулируемый без реверса (а)
и с реверсом (б)
Насос, регулируемый без реверса (а)
и с реверсом (б)
Насос, регулируемый с ручным управлением и
одним направлением вращения
Насос-дозатор
Гидромотор, нерегулируемый без реверса (а) и с
реверсом (б)
использовать любой из них в качестве гидромотора.
Следовательно, классификация для гидромоторов аналогичная
гидронасосам. Конструктивно гидромоторы имеют некоторые
отличия от гидронасоса, связанные с различными функциями
этих гидромашин. Например, аксиально-поршневые
гидромоторы имеют угол наклона блока цилиндров больший,
чем у аналогичных гидронасосов; пластинчатые гидромоторы
имеют пружины, выталкивающие пластины из пазов ротора, для
обеспечения пуска гидромотора.
Графическое обозначение гидронасосов и гидромоторовна
гидросхемах представлено в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Графическое обозначение гидронасосов и гидромоторов
на гидросхемах
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]