§ 6 Индикаторная диаграмма поршневого насоса

Индикаторная диаграмма представляет собой запись давления в цилиндре насоса в зависимости от угла поворота приводного механизма или от времени.

Индикаторная диаграмма совершенного насоса (отсутствуют утечки жидкости, клапаны не запаздывают): всасывание по линии cd, нагнетание по линии ba.

При отсутствии утечек и практически несжимаемой жидкости, кривые повышения и снижения давления db и ac располагаются вертикально.

При всасывании, жидкость под действием разности давлений будет следовать за поршнем. Поршень при этом совершает работу по поднятию столба жидкости на высотуи на преодоление сопротивления, включая сопротивление всасывающих клапанов и силы инерции жидкости.

При нагнетании поршень совершает работу по поднятию жидкости на высоту и на преодоление сопротивления нагнетательного трубопровода.

Диаграмма, отражающая запаздывание открытия и закрытия клапанов.

Линии повышения и снижения давления db и ac – наклонены, ибо на процессы повышения и понижения давления в цилиндре затрачивается некоторое время, соответствующее отрезкам пути .

Всплески давления, имеющие место в начале хода всасывания (точка C) и начале хода нагнетания (точка B) вызваны открытием и закрытием клапанов, а также инертностью жидкости.

Площадь индикаторной диаграммы выражает работу, сообщаемую жидкости поршнем за один оборот вала. Поделив площадь на ход поршня , получим среднее индикаторное давление, определяемое выражением:

,

, (2.37)

где и- соответственно средние по индикаторной диаграмме значения разряжения (вакуума) в цилиндре насоса и давления нагнетания.

Значение соответствует без учёта инерционных потерь и гидравлического сопротивления трубопровода всасывания, высоте всасывания:

.

Мощность, передаваемая жидкостью от приводного вала через поршень, называемая индикаторной мощностью, определяется

, (2.38)

где - рабочая площадь поршня,

- односторонний ход поршня,

- индикаторное давление,

- обороты вала в сек.

, (2.39) - индикаторный К.П.Д. насоса,

где - мощность, подведенная к валу насоса (приводная мощность).

Глава 3 Роторные радиально – поршневые гидромашины.

§ 1 Общие сведения. Типовая схема.

В современных гидросистемах, особенно в гидросистемах высоких давлений (свыше 10-15 МПа) применяют преимущественно роторно-поршневые гидромашины (насосы и гидромоторы).

Роторно-поршневой насос или гидромотор представляет собой гидромашину с подвижными элементами в виде ротора, совершающего вращательные движения, и поршней или плунжеров, вращающихся вместе с ротором и имеющих возвратно-поступательное движение в цилиндрах машины. В общем случае, роторная машина определяется, как объёмная машина с вращательным или вращательным и возвратно-поступательным движением рабочих органов, не зависимо от характера движения ведущего звена.

Основные свойства роторных машин:

1. Обратимость – способность работать и в качестве насосов и гидромоторов.

2. Большая быстроходность, до 2000-5000 об/мин.

3. Способность работать только на чистых, неагрессивных и смазывающих жидкостях.

4. Малые удельная масса и объём на единицу мощности.

Отсутствие всасывающих и нагнетательных клапанов в роторных насосах является основным конструктивной особенностью, которая отличает их от поршневых насосов.

Роторная радиально-поршневая гидромашина представляет собой гидромашину (насос или мотор), у которой оси поршней или плунжеров перпендикулярны оси вращения ротора или составляет с ним угол более.

Кинематической основой такого насоса является рассмотрений ранее кривошипно-шатунный механизм, преобразованный так, что неподвижным звеном является кривошип 1 (рис. 3.1.), цилиндр же 3 вращается с постоянной угловой скоростью вокруг оси , а шатун 2 вращается с переменной скоростью вокруг оси. Расстояниемежду этими осями (соответствует размерукривошипа) называетсяэксцентриситетом.

Рис. 3.1. Кинематическая схема радиально-поршневого насоса.

1. кривошип,

2. шатун,

3. цилиндр,

4. поршень.

Поскольку поршень (ползун) 4 этого кривошипно-шатунного механизма связан с шатуном 2, вращающимася вокруг той же оси , он будет при вращении цилиндра 3 совершать в нём возвратно-поступательные перемещения с ходом Камеры цилиндров будут последовательно (через каждыеповорота) увеличиваться и уменьшаться (всасывая или вытесняя жидкость).

Вокруг осей иможно разместить несколько цилиндров с поршнями. Поскольку цилиндры 3 вращаются вокруг неподвижной оси, эту ось можно использовать в качестве распределительной цапфы (золотника), в которой для этого выполняются каналы всасывания «а» и нагнетания «в» (рис.3.2.)

Цилиндры 3 насажены своими основаниями на распределительную цапфу и отверстиями в своих донышках соединяются с осевыми сверлениями «а» и «в» - подвод и отвод жидкости.

6

7

Рис. 3.2. Принципиальная схема радиально-поршневого насоса.

1 – ротор (цилиндровый блок),

2 – статор (статорное кольцо),

3 – цилиндр,

4 – поршень (плунжер),

5 – цапфа распределительная,

6 – пружина,

7 – перевальная перемычка

Кинематика механизма здесь сохраняется, если ведение поршней осуществлено с помощью статора (кольца) 2, радиус которого равен радиусу шатуна. Для этого поршни связаны со статорным кольцом с помощью пружин, давлением жидкости подкачивающих насосов и т.д.

Таким образом, кинематические зависимости, полученные для поршневого насоса, справедливы и для насосов данной схемы:

- Перемещение поршня: ,

- Скорость поршня: ,

- Ускорение поршня: .

На практике насос имеет свободно посаженный на цапфу 5 цилиндровый блок 3 с звездообразным расположением нескольких (от 5 до 13) цилиндров, смещенных один относительно другого на угол , где- число цилиндров.

Поршни 4 прижимаются к статорному кольцу 2 под действием центробежных сил и усилий пружин 6. Оси цилиндров пересекаются в центре вращения блока, ход поршня. При переходе цилиндров через нейтральное положение (горизонтальную ось), они перекрываются уплотнительной частью (перевальной перемычкой) распределительной цапфы, ширинакоторой больше размера отверстия в донышках цилиндров().

Радиально-поршневые насосы и гидромоторы изготавливаются мощностью до 3000 кВт с расходом до 8000 л/мин. (0,13 ). Эти насосы выпускаются преимущественно в регулируемом варианте. Цилиндры обычно располагаются в несколько рядов (до 6), благодаря чему получается высокая подача или большой крутящий момент на валу гидромотора. Давления до 100 МПа (1000).

- Объёмный К.П.Д.: от 0,96 до 0,98,

- Механический К.П.Д.: от 0,8 до 0,95,

- Полный К.П.Д.: от 0,77 до 0,93.

- Ресурс работы: от 20 000 до 40 000 часов.