Контрольні питання

1. Що таке вимірювання фізичної величини, прямі і не прямі виміри?

2. Що таке похибка вимірювання? Які похибки обчислюють при математичній обробці дослідних даних, а які враховують і виключають при проведені досліду?

3. Якими температурними шкалами користуються? Що в них спільного і що відмінного?

4. Які є типи засобів для вимірювання температур, їх різновидності і принцип дії?

Практична робота № 4 гідравлічні насоси Мета: вивчення принципу дії, конструкції та застосування гідравлічних насосів.

Насосами називаються машини, що служать для перекачування і створення напору рідин усіх видів, механічної суміші рідин із твердими і колоїдними речовинами і газів. Варто зазначити, що машини для перекачування і створення напору газів (газоподібних рідин) виділені в окремі групи й одержали назву вентиляторів і компресорів.

Насоси в даний час є самим розповсюдженим видом машин.

За принципом дії насоси підрозділяються на:

а) відцентрові, у яких перекачування і створення напору відбуваються внаслідок відцентрових сил, що виникають при обертанні робочого колеса;

б) осьові (пропелерні) насоси, робочим органом у який служить лопатеве колесо пропелерного типу. Рідина в цих насосах переміщається вздовж осі обертання колеса;

в) поршневі насоси, у яких рідина переміщується при зворотно-поступальному русі поршня. До цієї групи можна віднести найпростіший вид поршневих насосів — діафрагмові насоси, у яких робочим органом служить гумова чи шкіряна діафрагма, що здійснює зворотно-поступальний рух;

г) тарани, що працюють за рахунок енергії гідравлічного удару;

д) струминні насоси, у яких переміщення рідини здійснюється за рахунок енергії потоку допоміжної рідини пари або газу;

е) ерліфти (повітряні водопідйомники), у яких робочим тілом є стиснене повітря.

Залежно від призначення і принципу дії конструктивне виконання насосів різне.

Відцентровий насос.Відцентровий насос складається з таких основних елементів (рис. 4.1): спірального корпуса 1, робочого колеса 2, розташованого всередині корпуса на валу 3. Робоче колесо на валу кріпиться за допомогою шпонки.

Рис. 4.1. Відцентровий насос

Вал обертається в підшипниках 4. У місці проходу вала через корпус для ущільнення облаштовані сальники 5. Вода в корпус насоса надходить через всмоктувальний патрубок 6 і попадає в центральну частину обертового робочого колеса. Під дією лопаток 7 робочого колеса 2 рідина починає обертатися і відцентровою силою відкидається від центра до периферії колеса в спіральну частину корпуса (у турбінних насосах в направляючий апарат) і далі через нагнітальний патрубок 8 у напірний трубопровід. У результаті дії лопаток робочого колеса на частинки води кінетична енергія двигуна перетворюється в тиск і швидкісний напір струменя. Напір насоса виміряється в метрах стовпа рідини, що перекачується. Всмоктування рідини відбувається внаслідок розрідження перед лопатками робочого колеса.

Для створення більшого напору і кращого стікання рідини лопаткам надають спеціальної опуклої форми, причому робоче колесо повинне обертатися опуклою стороною лопаток у напрямку нагнітання.

Рис. 4.2. Схема відцентрового насоса

Відцентровий насос повинен бути обладнаний арматурою і приладами (рис. 4.2): приймальним зворотнім клапаном із сіткою 1, призначеним для утримання в корпусі та всмоктувальному патрубку насоса води при її заливанні перед пуском; сітка служить для затримки великих суспензій, що плавають у воді; засувкою 2 на всмоктувальному патрубку, що встановлюється біля насоса; вакуумметром 3 для виміру розрідження на всмоктувальній стороні; вакуумметр встановлюється на трубопроводі між засувкою і корпусом насоса; краном 4 для випуску повітря при заливанні (встановлюється у верхній частині корпуса); зворотним клапаном 5 на напірному трубопроводі, що запобігає руху води через насос у зворотному напрямку при паралельній роботі іншого насоса; засувкою 6 на напірному трубопроводі, що призначена для пуску в роботу, зупинки і регулювання продуктивності і напору насоса; манометром 7 на напірному патрубку для виміру напору, що розвивається насосом; запобіжним клапаном (на рисунку не показаний) на напірному патрубку за засувкою для захисту насоса, напірного патрубка і трубопроводу від гідравлічних ударів; пристроєм 8 для заливання насоса.

У зв'язку з тим, що насосні установки часто включаються в основний комплекс устаткування для регулювання режимів роботи установок різного призначення, вони можуть бути обладнані різноманітними приладами автоматики.

До переваг відцентрових насосів відносяться:

1. Компактність і простота конструкцій.

2. Простота з'єднання з електродвигуном і іншими силовими установками, що підвищує ККД установки.

3. Простота пуску і регулювання.

4. Плавна робота.

5. Економічність в експлуатації.

6. Надійність, довговічність у роботі і можливість застосування для перекачування будь-яких рідин.

Недоліками цих насосів є:

1. Низький К.К.Д. малих насосів.

2. Складність виливка робочого колеса.

3. Необхідність заповнення рідиною корпуса насоса перед пуском.

Поршневі насоси. Розглянемо будову і принцип дії поршневих насосів

(рис. 4.3).

На рисунку дано принципову схему насоса простої дії з приводом від машин, що здійснюють обертальний рух, наприклад від електродвигуна.

Рис. 4.3. Поршневий насос

Поршневий насос складається з робочої камери 1, всередині якої містяться всмоктувальний В_К і нагнітальний Н_К клапани; циліндра 5, поршня 3, що здійснює зворотно-поступальні рухи всередині циліндра; усмоктувального 2 і напірного 6 патрубків. Для перетворення обертального руху кривошипа 9 у зворотно-поступальний рух поршня служать шток 4, повзун 7 і шатун 8.

До недоліків цих насосів відносяться:

1. Нерівномірність подачі води.

2. Великі розміри і вага і, як наслідок, велика вартість.

3. Разом із двигуном і передачею вимагають великих площ під установку.

4. Наявність недовговічних клапанів.

5. Порівняльна складність установки в цілому.

6. Необхідність великих і міцних фундаментів.

Водоструминний насос. Принцип дії водоструминного насоса чи гідроелеватора базується на передачі кінетичної енергії робочою рідиною рідини, що перекачується. Робоча (допоміжна) рідина має великий запас енергії порівняно з запасом енергії рідини, що перекачується. Перекачування відбувається за рахунок дії одного потоку рідини з великим запасом енергії на інший без яких-небудь проміжних механізмів. Установка гідроелеватора (рис. 4.4) складається з допоміжного (живильного) насоса 1, подаючого трубопроводу 2, гідроелеватора 3, всмоктуючого трубопроводу 4, напірного трубопроводу 5. Вода під великим тиском проходить через насадок, що звужується, гідроелеватора 3. З рівняння Д. Бернуллі для ідеальної рідини:

Рис. 4.4. Схема водоструминного насоса

Внаслідок різкого збільшення швидкості в звуженні насадка гідроелеватора тиск р у камері змішування падає і стає менше атмосферного. Під дією атмосферного тиску рідина з резервуара 6 по всмоктувальному трубопроводу 4 надходить в камеру змішування 7, де захоплюється робочою рідиною і подається у напірний трубопровід 5. При цьому робочий потік частину своєї енергії віддає рідині, що надійшла з резервуара 6. Для збільшення статичного напору суміші рідин потік пропускають через дифузор, де падає швидкість і збільшується тиск р.

Для подачі води з глибоких свердловин знайшли застосування пневматичні підйомники чи ерліфти (рис. 4.5). Вони зручні також для подачі кислот і інших хімічно активних рідин і сумішей рідин із твердими частинками (пульпи). Принцип роботи ерліфтів полягає в тому, що у водопідйомну трубу 4, укладену в обсадній трубі 5, через форсунку 6 подається стиснене повітря від компресора по трубі 8, при цьому утвориться суміш повітря і води. Рух водоповітряної суміші нагору відбувається внаслідок піднімальної дії пухирців повітря, що випереджають рух води і як би „прослизають” через потік, що рухається, захоплюючи за собою воду. Водоповітряна суміш виливається через відбивач 1 у прийомний бачок – повітрезабірник 2.

Рис. 4.5. Пневматичний підйомник

Діафрагмові і крильчаті насоси. Діафрагмові насоси працюють за принципом поршневих. Робочим органом у них служить гнучка мембрана 1, виготовлена з шкіри чи спеціальної гуми (рис. 4.6). Коливальний рух важелів 7 через цангу 6 перетворюється в зворотно-поступальний вертикальний рух мембрани, розташованої між металевими дисками 3 і затиснутої по краях у корпусі 4. При русі мембрани вгору відкривається всмоктувальний клапан 2 і прикривається нагнітальний клапан 5, порція води надходить у корпус. При русі мембрани вниз відкривається нагнітальний і прикривається всмоктувальні клапани; порція води витісняється в напірний рукав 8.

Рис. 4.6. Діафрагмовий насос

Насоси виготовляють з ручним, механічним приводом від електродвигуна чи двигуна внутрішнього згоряння. Насос і двигун монтуються на загальному візку. Для перетворення обертального руху в зворотно-поступальне між двигуном і насосом встановлюється редуктор.

До крильчастих насосів відносяться насоси типу БКФ-2 і. БКФ-4 (рис. 4.7). Принцип їхньої дії той же, що і поршневих. Робочим органом у насосі є пластина (крило) 2, поміщена в корпусі 1 і насаджена на вісь 7. За допомогою рукоятки 10 пластина приводиться в коливальний обертальний рух. У перемичці 11 вмонтовані всмоктувальні клапани 3 і 4, у пластині – нагнітальні 5 і 6. Рідина надходить через усмоктувальний патрубок 8 і виділяється через нагнітальний 9. Ручний лопатковий насос називають також насосом Альвейера.

Рис. 4.7. Крильчастий насос

Ротаційний насос. У ротаційних насосах робочий орган (витискач-барабан, шестерні, гвинт, кулачки-шибери і т.д.) рівномірно обертається, засмоктуючи і витісняючи рідину. Клапанів і повітряних ковпачків немає.

Ротаційні насоси поєднують позитивні сторони лопатевих і поршневих насосів, мають високий К.К.Д. при значних коливаннях тиску, володіють самовсмоктувальною здатністю, рівномірною подачею рідини, невеликими габаритами і масою внаслідок відносної швидкохідності і, нарешті, простотою безпосереднього з'єднання з двигуном.

Розглянемо будову і роботу деяких ротаційних насосів, що відрізняються видом робочого органа.

Коловоротні насоси. Робочим органом у коловоротних насосах є ексцентрично насаджені барабани, що і є витискачами. Існують одно-, двох- і трьохвалові насоси. Ці насоси характеризуються простотою конструкції, але вимагають ретельної пригонки поверхонь тертя.

Розглянемо конструкцію і роботу одновального коловоротного насоса (рис. 4.8). На валу 1 за допомогою шпонки ексцентрично насаджений барабан-витискач 2. До зовнішньої поверхні барабана притискається за допомогою пружини 6 вкладиш 4, здатний повертатися на деякий кут в оправі 5. Обертаючись, барабан увесь час стискається з внутрішньою поверхнею циліндричного корпуса 3. При обертанні за годинниковою стрілкою, як зазначено на малюнку, трубопровід 7 – усмоктувальний, а трубопровід 8 – нагнітальний.

Рис. 4.8. Коловоротний насос

На рис. 4.9 схематично показаний розріз двороторного коловоротного насоса, у якого однакові ротори1 і 2, окреслені по циклоїді, узгоджено обертаються в корпусі 8 за допомогою зубчатої передачі, розміщеної поза корпусом, забезпечуючи всмоктування (через всмоктувальний патрубок 4) і перекачування рідини (через нагнітальний патрубок 5). Істотним недоліком цих насосів є швидкий знос робочих поверхонь, особливо при неточностях виконання і зборки, що веде до витоків і зниження К.К.Д.

Рис. 4.9. Двороторний коловоротний насос

На рис. 4.10 показаний шестерний насос із зовнішнім зачепленням. Шестірня 1 насаджена на вал, кінець якого виходить з корпуса й обертається двигуном. Шестірня 2 насаджена на вісь вільно. При обертанні шестірень, як вказано стрілками, зуби шестерень виходять із зачеплення в області, розташованої зліва від лінії центрів; при цьому кожен зуб звільняє у відповідній западині деякий об’єм, що під дією атмосферного тиску заповнюється рідиною. Рідина западинами між зубами переноситься в область праворуч від центрів, де при зачепленні шестерень витісняється в нагнітальний патрубок. Шестерні насоси часто застосовують для перекачування в’язких рідин (масел, нафти, мазуту і т.д.).

Рис. 4.10. Шестеренчастий насос