Лекция № 3
1. Теоретический напор центробежного насоса
Определяется по уравнению Эйлера
(3.1)
При безударном входе, когда с1u= 0
(3.2)
Напор реального насоса определяется по формуле
,
(3.3)
где г – гидравлический коэффициент полезного действия.
Реальная подача определяется по формуле
,
(3.4)
где о – объёмный коэффициент полезного действия;
– коэффициент стеснения потока;
(3.5)
где z – число лопастей.
Полезная или гидравлическая мощность определяется по формуле
,
(3.6)
где – плотность жидкости, кг/м3;
Н – напор, м;
р – перепад давления на входе и выходе из насоса, Па.
Приводная мощность двигателя определяется по формуле
,
(3.7)
где – полный коэффициент полезного действия.
2. Вихревые насосы
Рабочим органом является рабочее колесо с радиальными или наклонными лопатками, помещёнными в цилиндрический корпус с малыми зазорами (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Схема закрыто-вихревого насоса:
1 – рабочее колесо; 2 – кольцевой канал; 3 – напорный патрубок;
4 – перемычка; 5 – всасывающий патрубок
В боковых стенках корпуса по периферии имеется концентричный канал, начинающийся у всасывающего патрубка и заканчивающийся у напорного. Канал прерывается перемычкой, служащей уплотнением между напорной и всасывающей полостями. В канале возникает продольный вихрь (рис. 3.2). !!!
Рис. 3.2. Продольный вихрь
При смешении жидкостей происходит интенсивное вихреобразование, возрастание давления вдоль канала. Поэтому напор вихревых насосов в 3…9 раз больше, чем у центробежных при тех же параметрах. Вихревые насосы обладают способностью самовсасывания, т.к. жидкость остаётся после остановки насоса в кольцевом канале. Многие из них могут работать на смеси жидкости и газа. Недостатком является низкий к.п.д. (η) – 35…38 %. Эти насосы непригодны для перекачки жидкостей содержащих абразивные частицы. Применяются они при мощностях (N) до 25 кВт, при напоре (Н) до 250 м, при подачах (Q) до 12 л/с. Коэффициент быстроходности ns = 4…40. Насосы бывают закрыто- и открыто- вихревые.
!!!3. Осевые насосы
В осевом насосе жидкость движется вдоль оси насоса (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Схема осевого насоса:
1 – вход жидкости; 2 – корпус; 3 – рабочее колесо; 4 – направляющий
аппарат; 5 – вал; 6 – выход жидкости
Окружные скорости равны u1 = u2 = u. Теоретический напор определяется по формуле
.
(3.2)
Осевые насосы отличаются большими Q при малых Н. К. п. д. их достигает 0,9. Диаметры насоса, как правило, не отличаются от диаметров всасывающей трубы. Они применяются: в шлюзовых хозяйствах на каналах; при заполнении, сливе танкеров, железнодорожных цистерн и т.д.
4. Гидродинамические передачи
4.1. Гидромуфты
Представляют собой сочетание двух динамических машин – лопастного насоса и турбины, объединённых системой циркуляции по ним одной и той же жидкости. Вал насоса является входным валом передачи, а турбины - выходным валом. Насосное и турбинное колёса помещают в одном корпусе, при этом необходимость в трубопроводах отпадает. Основные рабочие органы гидромуфты изображены на рис. 3.4.
Гидромуфты не преобразуют крутящий момент, но в отличие от механических муфт позволяют приводить машину в движение под нагрузкой, работают лучше, чем фрикционные муфты, меньше изнашиваются, имеют к.п.д = 0,97…0,98.
Рис. 3.4. Рабочие органы гидромуфты:
1 – насосное колесо; 2 – турбинное колесо; 3 – вращающийся корпус
Схема привода исполнительного механизма от двигателя приведена на рис. 3.5.
Рис. 3.5. Схема привода исполнительного механизма через гидромуфту:
1 – двигатель; 2 – исполнительный механизм; 3 – гидромуфта;
Н – насосное колесо; Т – турбинное колесо; Q – вращающийся корпус
4.2. Гидротрансформаторы
Введение в конструкцию гидропередачи неподвижных венцов лопастного колеса, называемого реактором (рис. 3.6), позволяет автоматически преобразовывать крутящий момент на выходном валу и скорость вращения его в зависимости от нагрузки. Такая машина называется гидротрансформатором и является прообразом автоматической коробки передач.
На рис. 3.6 изображён комплексный гидротрансформатор. Реактор в этой гидромашине установлен на муфте свободного хода, поэтому он может работать и как гидромуфта. Главные свойства гидротрансформатора:
а) бесступенчатость передачи;
б) автоматическое изменение передаточного отношения в зависимости от нагрузки на валу;
в) крутящий момент двигателя при этом может оставаться неизменным.
Рис. 3.6. Схема комплексного гидротрансформатора:
1 – турбинное колесо; 2 – насосное колесо; 3 – реактор;
4 – муфта свободного хода
Рабочей жидкостью служат минеральные масла, дизтопливо, их смеси, тормозные жидкости. Гидротрансформаторы и гидромуфты широко используются в дизельном приводе буровых установок.