Задача 3

Виберіть відцентровий насос, який би задовільнив такі умови роботи:

вакууметрична висота всмоктування Н_вак = 3 м

геометрична висота всмоктування Н_г.в. = 2 м

геометрична висота нагнітання Н_г.н. = 14 м

витрата води Q = 10 м/с

вільний напір Н_в.н. = 1,5 м

температура води t = 20ºС

довжина всмоктувального патрубка ι = 6 м

довжина нагнітального патрубка L = 20 м

Задача 4

Знайдіть потужність електродвигуна N, якщо відцентровий насос має такі дані: Q = 0,05 м³/с, Н = 50 м, η_н = 0,7, η_n = 0,9, ρ_рідини = 1000 кгс/м³ .

Задача 5

Відцентровий насос системи охолодження двигуна має робоче колесо діаметром D₂ = 200мм з 7 радіальними лопатями (β₂ = 90º; діаметр кола входу D₁ = 100мм. Яке число обертів треба надати валу насоса при роботі на воді для отримання тиску p = 0,2 Па ? Гідравлічний к.к.д. насоса η = 0,7.

Література

1. Антоненко Є.І. Гідравліка та гідравлічні машини. - К.; Вища школа, 1982. - С. 103-108.

2. Гетта В.Г. Гідравліка та гідравлічні машини – Чернігів: 2007. – 320 с.

3. Дробнис В.Ф. Гидравлика й гидравлические машиньї. - М: Просвещение, 1987. - С. 130-140.

4. Савин И.Ф., Сафонов П.В. Основи гидравлики й гидропривод. - М.: Высш. школа, 1978. - С. 63-84.

5. Цыбин Л.А., Шанаев П.В. Гидравлика и насосы. - М.: Высш. школа, 1976. - С. 188-225.

Лабораторна робота № 9

Вивчення і дослідження шестеренних насосів

Мета роботи: Вивчити будову і конструктивні особливості шестеренних насосів різного типу та з’ясувати основні характеристики шестеренних насосів із зовнішнім зачепленням шестерень.

При виконанні лабораторної роботи треба отримати наступні знання і уміння:

Знання:

- будову та принцип роботи шестеренних насосів різного типу;

- визначення за паспортними даними основних параметрів насосу;

- застосування шестеренних насосів на практиці.

Уміння:

- визначати тип насосу та межі його застосування;

- випробовувати насоси з метою визначення їх роботоздатності;

- здійснювати технічний огляд насосу.

Обладнання та інструменти: шестеренний насос типу НШ-10,лабораторна установка для дослідження основних характеристик шестеренного насоса.

Короткі теоретичні відомості

Шестеренні насоси належать до об’ємних (порційних). В них ведуча і ведена шестерні в западинах між зубами переносять рідину понад стінкою корпуса насоса із камери всмоктування в камеру нагнітання. Вони можуть бути з шестернями зовнішнього і внутрішнього зачеплення. Більшого поширення набули зовнішнього зачеплення.

Шестеренний насос складається з двох шестерень 1 і корпуса 2, з каналами для підведення 3 і відведення рідини 4 (Рис.9.1).

Рис. 9.1

Одна з шестерень ведуча, а інша – ведена. При обертанні шестерень рідина, яка знаходиться у западинах зубів, переноситься в камеру нагнітання (заштрихована короткими лініями). Зуби а₁ і а₂ при обертанні шестерень витісняють більше рідини, ніж може поміститись в просторі, який звільнили зуби b₁ і b₂ , що знаходяться в зачепленні. Різниця об’ємів рідини витісняється в нагнітальну мережу насоса.

Надійність в роботі, продуктивність, величина тиску в значній мірі залежить від геометрії зубів шестерень та точності виготовлення всіх деталей насоса.

Максимальний тиск, який розвивається цими насосами, може досягати 100-150 кг/см² і навіть 200 кг/см².

Об’ємний к к д – 0,95-0,96, а загальний – 0,87-0,9.

Механізм подачі насоса показаний на схемі (рис 9.2), на якій показані лише зуби, які утворюють в дану мить об’єм робочої камери насосу.

Рис. 9.2

Приймаємо, що тривалість зачеплення шестерень (коефіцієнт перекриття) дорівнює одиниці (Z =1) і що шестерні мають однакове число зубів.

Миттєва подача (витрата) насоса залежить від змінного положення точки зачеплення 0, яка при повороті шестерень на кут , зміститься з початку входження чергової пари зубів в зачеплення по профілю одного зуба від його основи до вершини і другого – від вершини до основи, пройшовши при цьому шлях по висоті кожного зуба, який дорівнює 2m (m – модуль зачеплення).

З рисунку 9.2 а, видно, що ця подача буде дорівнювати

,

де і – миттєві об’єми, котрі витіснені зубами лівої і правої шестерні;

і – робочі висоти зубів;

і – відстані від осей обертання шестерень до центрів тиску робочих поверхонь зубів а₁і а₂, висоти яких відповідно і .

– кутова швидкість;

– ширина шестерень.

При положенні точки зачеплення 0 на осі симетрії значення ;

,

де і – радіус подільного кола і модуль зачеплення, вираз . При повороті шестерень зміниться як положення точки зачеплення 0, так і і , і . Так, наприклад, при повороті шестерень в положення, яке відповідає кінцю зачеплення пари зубів, що розглядаються (рис 9.2,б), миттєве значення цих параметрів буде 0 і ; і . Тоді величина g, в кінці зачеплення дорівнює нулю, а .

Різниця ,

а

Враховуючи, що , отримаємо ,

де Z – число зубів, а – число оберетів.

Експериментальна перевірка теоретичної і практичної продуктивності для насосів із кількістю зубів від 8 до 16 показала, що вони співпадають. Більше того, замінивши на 6,5 і врахувавши, що об’єм западини дорівнює об’єму зубів. Продуктивність насоса можна знайти за формулою:

Шляхом раціонального вибору значень n, z, b і m можна підібрати отримані габарити насоса при заданій продуктивності.

Допустиме число обертів насоса достатньо велике – 3000-4000 об/хв. Збільшення числа обертів може призвести до не заповнення западин рідиною. Щоб уникнути цього треба підвищувати тиск у всмоктуючому патрубку і розширювати зону всмоктування, як показано на рисунку 9.3.

Рис 9.3

При роботі насоса частина рідини може бути затиснута між зубами (Рис.4).

Рис.9.4

Для зменшення впливу на роботу насосів компресії рідини в западинах шестерень в конструкції їх бокових кришок передбачають спеціальні розвантажуючі (каналізаційні) канавки. Їх розташовують так, щоб западини шестерень з’єднувались із зоною нагнітання лише на час зменшення свого об’єму, а потім , коли замкнутий об’єм збільшується, з’єднувались із зоною всмоктування. Це сприяє уникненню кавітації.

Найбільш навантаженою частиною шестеренного насосу є його підшипники. На них діють радіальні сили тиску рідини на шестерні (Рис. 9.5) і механічні сили, обумовлені реакцією від обертового моменту. Останніми, з погляду, що вони порівняно невеликі, можна знехтувати. Величина дії сили на шестерні знаходиться за виразом ,

де – перепад тисків в камері нагнітання і всмоктування;

– діаметр кола головок шестерні.

Рис. 9.5

Закон зміни тиску на шестерні показаний на Рис 9.6.

Рис. 9.6

В насосах, котрі призначені для роботи при високих тисках, застосовують пристрої для автоматичного ущільнення шестерень з торців. З цією метою використовують дві плаваючі втулки, які завдяки тиску рідини щільно прилягають до торців поверхонь шестерень. Однак притискування по центру і периферії не запобігає можливості перекосу ущільнюючих поверхонь, внаслідок різних тисків, що утворюються в западинах зубів ротора на сторонах нагнітання і всмоктування. При перекосах з’являються «задири» поверхонь і швидке місцеве зношення їх, тому спеціальною пластинкою зона напору ізолюється від зони всмоктування.

Із рисунка 9.2 витікає, що миттєва подача рідини шестеренних насосів є періодичною функцією з періодом / . Форма кривої пульсації залежить від ряду факторів і в першу чергу від ступеня перекриття значення τ. У відповідності до цього пульсація потоку рідини, яку подає насос, відбувається з частиною, що дорівнює числу зубців ведучої шестерні за один оберт, тобто пульсація подачі повторюється при повороті шестерні на кут, який відповідає одному кроку.

Величину пульсації можна підрахувати за формулою:

На рисунку 9.7 приведений розрахунковий графік подачі насоса з коефіцієнтом перекриття зачеплення τ=1.

Рис. 9.7

Для зменшення пульсації і шумності в роботі шестеренні насоси можуть виготовити з косозубим, шевронним і внутрішнім зачепленням (Рис. 9.8).

а) б)

с)

Рис. 9.8

В насосах з косозубим (Рис. 9.8 а) і шевронним (Рис. 9.8 б) зачепленням майже відсутня пульсація потоку рідини і шумність в роботі. Це досягається за рахунок плавного входження шестерень в зачеплення і виходу з нього. Відсутня також компресія рідини між западинами і зубами шестерень. Але при роботі косозубих шестерень виникають осьові навантаження, котрі притискують шестерні до торців корпусу, що прискорює їх зношення. Запобігають цьому використання упірних підшипників. Для насосів з шевронними шестернями це не характерне. В них осьові зусилля зрівноважуються.

Насоси з внутрішнім зачепленням(Рис. 9.8 с) в порівнянні з насосами із зовнішнім, компактніші, мають менші розміри та вагу. Принцип їх роботи подібний до насосів з шестернями зовнішнього зачеплення. Рідина, що заповнює міжзубові западини переноситься в камеру нагнітання де і виштовхується. Для відокремлення областей всмоктування і нагнітання використовують серпоподібний елемент а.

Для збільшення продуктивності використовують секційні насоси (з декількома парами шестерень). Кожна із пар шестерень може мати спільну всмоктуючу гідролінію і окремі напірні гідролінії. Перевагою секційних насосів є їх компактність і можливість роботи від одного приводу.