Объемные и поршневые насосы

Размещено на http://www.allbest.ru/

КЫЗЫЛОРДИНСКИЙ ГОСУДАРСВТЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ КОРКЫТ АТА

Самостоятельная работа студентаДисциплина: Гидропневматические машины и приводы

Проверил: Ахметов Н.Х.

Выполнил: Алнияз Д.

Группа: ТМО-14-2



ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ (НАСОСЫ). ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Гидравлическими машинами называются машины, которые сообщают протекающий через них жидкости механическую энергию(насос), либо получают от жидкости часть энергии и передают ее рабочему органу для полезного использования. Насосы являются одной из самых распространенных разновидностей машин. Их применяют для различных целей, начиная от водоснабжения населения и предприятия до подачи топлива в двигателях ракет. Гидродвигатели имеют большое значение в энергетике. Для использования гидравлической энергии рек и преобразования ее в механическую энергию, вращающегося вала генератора на ГЭС применяют гидротурбины, являющиеся одной из разновидностей гидродвигателей. Мощность современных гидротурбин доходит до 650 тысяч кВт. Турбины так же используют при бурении скважин. Насосы и гидродвигатели применяются также в гидропередачах, назначением которых является передача механической энергии от двигателя к исполнительному рабочему органу, а также преобразование вида и скорости движения последнего посредством жидкости. Гидропередача состоит из насоса и гидродвигателя. Насос, работающий от двигателя, сообщает жидкости энергию. Пройдя через насос, жидкость поступает в гидродвигатель, где передает механическую энергию исполнительному рабочему органу. Назначение гидропередач по сравнению с механическими передачами имеют следующие преимущества:

1. Большая плавность работы. Люфты, неизбежные в элементах механической передачи, а также неточность ее изготовления приводят к вибрациям. Включение и выключение механической передачи или изменение ее передаточного числа сопровождается толчками.

2. Возможность получения бесступенчатого изменения передаточного числа. В механических передачах изменение передаточного числа обычно производятся ступенями. Механические передачи, допускающие бесступенчатое изменение передаточного числа, недостаточно надежны и могут применяться только при малой мощности.

3. Возможность получения меньшей зависимости момента на ведущем валу от нагрузки, приложенной к исполнительному органу. Это упрощает обслуживание машин и предохраняет двигатель и трансмиссию от перегрузки.

4. Возможность передачи больших мощностей.

5. Малые габаритные размеры и масса.

6. Высокая надежность.

Эти преимущества привели к большому распространению гидропередач, несмотря на их несколько меньший, чем у механических передач КПД.

Насосами называются машины для создания напорного потока жидкой среды. Этот поток создается в результате силового воздействия на жидкость в проточной полости или рабочей камере насоса. По характеру силового воздействия на жидкость различают насосы динамические и объемные. В динамическом насосе силовое воздействие на жидкость осуществляется в проточной камере, постоянно сообщающейся со входом и выходом насоса. В объемном насосе силовое воздействие на жидкость происходит в рабочей камере, периодически изменяющей свой объем и попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса.

К динамическим насосам относятся:

1. Лопастные

· Центробежные

· Осевые

2. Электромагнитные

3. Насосы трения

· Вихревые

· Шнековые

· Дисковые

· Струйные

К объемным насосам относятся:

1. Возвратно-поступательные

· Поршневые и плунжерные

· Диафрагменные

2. Крыльчатые

3. Роторные

· Роторно-вращательные

· Роторно-поступательные

По некоторым общим конструктивным признакам динамические и объемные насосы делят на следующие виды:

1. По направлению оси расположения, вращения или движения рабочих процессов

· Горизонтальный

· вертикальный

2. По расположению рабочих органов и конструкций опор

· Консольный

· Моноблочный

· С выносными опорами

· С внутренними опорами

3. По числу ступеней и потоков

· Одноступенчатый

· Двухступенчатый

· Многоступенчатый

· Однопоточный

· Двухпоточный

· Многопоточный

4. По расположению входа в насос

· С боковым входом

· С осевым входом

· Двустороннего входа

5. По требованиям эксплуатации

· Обратимый

· Реверсивный

· Регулируемый

Агрегат, состоящий из насоса и приводящего двигателя, соединенных друг с другом, называется насосным агрегатом. В зависимости от рода двигателя различают следующие насосные агрегаты:

· Электронасосный

· Трубонасосный

· Дизель-насосный

· Мотонасосный

· Гидроприводной

· Паровой

· Пневматический

Насосный агрегат с трубопроводом и комплектующим оборудованием, смонтированным по определенной схеме, обеспечивающей работу насоса, называется насосной установкой.



На схеме насосной установки, насос 8, приводимый в движение электродвигателем 3, засасывает жидкость из расходного резервуара 6 по всасывающему трубопроводу 7 и нагнетает ее в напорный резервуар 1 по напорному трубопроводу 2. На всасывающем трубопроводе установлены приемное устройство, состоящее из фильтра 5 и обратного клапана 4, и мановакуумметр 9. На напорном трубопроводе находятся манометр 10 и запорно-регулирующее устройство 11 помимо приведенных на схеме и описанных выше приборов, насосная установка снабжена электроизмерительными приборами, приборами автоматики.

ОБЪЕМНЫЕ НАСОС И ГИДРОДВИГАТЕЛЬ

Объемный гидродвигатель это объёмная гидромашина, предназначенная для преобразования энергии потока жидкости в энергию движения выходного звена.

По характеру движения выходного (ведомого) звена объемные гидродвигатели делят на три класса:

гидроцилиндры с возвратно-поступательным движением выходного эвена;

гидромоторы с непрерывным вращательным движением выходного эвена;

поворотные гидродвигатели с ограниченным углом поворота выходного звена.

Объемный гидропривод - это совокупность объемных гидромашин, гидроаппаратуры и других устройств, предназначенные для передачи механической энергии и преобразования движения посредством жидкости. Термин объемный гидропривод включает в себя понятие объемной гидропередачи, как части объемного гидропривода, состоящей из насоса, гидродвигателя (одного или нескольких) и связывающих их трубопроводов -- гидролиний.

Таким образом, гидропередача -- это силовая часть гидропривода, через которую протекает основной поток энергии.

Под гидроаппаратурой понимаются устройства для управления потоком жидкости в гидроприводе, посредством которого осуществляется регулирование гидропривода. Последнее может быть ручным или автоматическим, а с другой стороны -- механическим, гидравлическим, электрическим или пневматическим.

К общим свойствам объемных насосов, которые обусловлены их принципом действия и отличают их от насосов лопастных, относятся следующие.

1. Цикличность рабочего процесса и связанная с ней порционность и неравномерность подачи. Подача объемного насоса осуществляется не равномерным потоком, а порциями, каждая из которых соответствует подаче одной рабочей камеры.

2. Герметичность насоса, т. е. постоянное отделение напорного трубопровода от всасывающего трубопровода (лопастные насосы герметичностью не обладают, а являются проточными).

3. Самовсасывание, т. е. способность объемного насоса создавать вакуум во всасывающем трубопроводе, заполненным воздухом, достаточный для подъема жидкости во всасывающем трубопроводе до уровня расположения насоса. Высота всасывания жидкости при этом не может быть больше предельно допустимой. Лопастные насосы без специальных приспособлений не являются самовсасывающими.

4. Жесткость характеристики, т. е. крутизна ее в системе координат II (или р) по Q, что означает малую зависимость подачи насоса Q от развиваемого им давления. Идеальная подача совсем не зависит от давления насоса (характеристики лопастных насосов обычно пологие).

5. Независимость давления, создаваемого объемным насосом, от скорости движения рабочего органа насоса и скорости жидкости. В принципе при работе на несжимаемой жидкости объемный насос, обладающий идеальным уплотнением, способен создавать сколь угодно высокое давление, обусловленное нагрузкой, при сколь угодно малой скорости движения вытеснителей. Для получения высоких давлений с помощью лопастного насоса требуются большие частоты вращения колеса и большие скорости жидкости.

Объемные гидродвигатели в основном имеют те же свойства, что и объемные насосы, но с некоторыми отличными, обусловленными иной функцией двигателей. Объемные гидродвигатели также характеризуются цикличностью рабочего процесса и герметичностью. Жесткость характеристик объемных гидродвигателей заключается в малой зависимости скорости выходного звена от нагрузки на этом звене (усилия на штоке гидроцилиндра и момента на валу гидромотора).



ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАСОСОВ

насос гидропередача динамический объемный

Объемная подача наоса Q ( - объем жидкости, подаваемой насосом в единицу времени. Применяются также понятия массовая подача и весовая подача .

Подача насоса зависит от геометрических размеров насоса и скорости движения его рабочих органов, а также гидравлического сопротивления трубопровода, связанного с насосом. Идеальная подача насоса - это сумма подачи насоса и объемных потерь в насосе, т.е. утечек через зазоры: Рабочий объемного насоса - разность наибольшего и наименьшего значения объема рабочей камеры за один оборот вала или за двойной ход рабочего органа насоса (вытеснителя). Давление насоса определяется зависимостью:

,

где и - давления на выходе и на входе в насос (давления нагнетания и всасывания); - средние скорости жидкости на выходе и на входе в насос; и - высоты центров тяжести сечений на выходе и на входе в насос. Предельное давление насоса - наибольшее давление на выходе насоса, на которое рассчитана его конструкция. Напор насоса Н - разность удельных энергий при выходе из насоса и на входе в него, выраженная высотой столба подаваемой жидкости. Напор насоса связан с давлением насоса зависимостью Н=. Напор насоса можно определять с помощью подключенных к нему манометра и мановакуумметра по формуле

где - показания манометра и мановакуумметра; - вертикальное расстояние между точкой подключения мановакуумметра и манометра; - скорости жидкости в местах отбора давлений. Если давление на входе в насос больше атмосферного, то второй член в формуле отрицательный. Если диаметры всасывающего и нагнетательного патрубков одинаковые, то последний член в выражении равен нулю.

Мощность насоса (Р) - мощность, потребляемая насосом: Р=Мщ, где М -крутящий момент на валу насоса; щ - угловая скорость вращения вала: (рn)/30.

Мощность насосного агрегата - мощность, потребляемая насосным агрегатом в конструкцию которого входят узлы двигателя.

Полезная мощность насоса - мощность, сообщаемая насосом подаваемой жидкости:

КПД насоса - отношение полезной мощности к мощности насоса:

где 0 - объемный КПД, учитывающий объемные потери мощности в насосе и равный отношению подачи насоса к его идеальной подаче:

=

гидравлический КПД, учитывающий гидравлические потери мощности в насосе и равный отношению напора насоса Н к сумме напора насоса и потерь напора внутри насоса:



Механический КПД, учитывающий механические потери мощности в насосе:

;

. Отношение полезной мощности насоса к мощности насосного агрегата называется КПД насосного агрегата. Оптимальный режим насоса - режим работы насоса при наибольшем значении КПД. Номинальный режим насоса режим работы насоса, обеспечивающий заданные технические показатели. Кавитационный режим насоса - режим работы насоса в условиях кавитации, вызывающей изменение основных технических показателей.

Кавитационный запас - превышение полного напора жидкости во всасывающем патрубке насоса над давлением насыщенных паров этой жидкости. Кавитационный запас определяется зависимостью

где - абсолютное давление жидкости на входе в насос; рн.п - давление насыщенных паров жидкости

Допускаемый кавитационный запас Дhкавдоп -- кавитационный запас, обеспечивающий работу насоса без изменения основных технических показателей, связанных с возникновением в насосе явления кавитации. Геометрическая высота всасывания -- высота расположения центра входного отверстия насоса относительно свободной поверхности жидкости в открытом расходном резервуаре, из которого производится всасывание жидкости насосом. Вакуумметрическая высота всасывания определяется выражением:

Hвак=( ра - рв)/г

где ра - атмосферное давление.

Допускаемая вакуумметрическая высота всасывания - Нвакдоп - вакуумметрическая высота всасывания, при которой обеспечивается работа насоса без изменения основных технических показателей, связанных с возникновением в насосе явления кавитации.

Подпор -- высота расположения свободной поверхности жидкости в открытом резервуаре, из которого производится всасывание, отсчитанная от центра входного отверстия насоса. Для улучшения условий всасывания основного насоса искусственный подпор может быть создан вспомогательным насосом, установленным во всасывающем трубопроводе насосной установки, или повышенным давлением воздуха в расходном резервуаре, из которого производится всасывание жидкости.

ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ

Поршневые насосы относятся к числу объемных насосов, в которых перемещение жидкости осуществляется путем ее вытеснения из неподвижных рабочих камер вытеснителями. Рабочей камерой объемного насоса называют ограниченное пространство, попеременно сообщающееся со входом и выходом насоса. Вытеснителем называется рабочий орган насоса, который совершает вытеснение жидкости из рабочих камер. Конструктивно вытеснитель может быть выполнен в виде поршня, плунжера и диафрагмы.

Классифицируются поршневые насосы по следующим показателям:

1. По типу вытеснителей:

· плунжерные,

· поршневые

· диафрагменные;

2. По характеру движения ведущего звена:

· возвратно-поступательное движение ведущего звена;

· вращательное движение ведущего звена (кривошипные и кулачковые насосы);

3. По числу циклов нагнетания и всасывания за один двойной ход:

· одностороннего действия;

· двухстороннего действия.

4. По количеству поршней:

· однопоршневые;

· двухпоршневые;

· многопоршневые.

На рисунке 1 приведена простейшая схема однопоршневого насоса одностороннего действия.

В цилиндре 1 совершает возвратно-поступательное движение поршень 2, соединенный штоком 3 с ведущим звеном насоса. К цилиндру присоединена клапанная коробка 7, в которой находится всасывающий клапан 6 и напорный клапан 8. Пространство между клапаном и поршнем является рабочей камерой насоса. К клапанной коробке снизу подведен всасывающий трубопровод 5, соединяющий насос с расходным резервуаром 4. Над клапанной коробкой находится напорный трубопровод 9.

На рисунке 2 дана простейшая схема однопоршневого насоса двустороннего действия, на рисунке 3 - схема дифференциального плунжерного насоса. В дальнейшем изложении приняты следующие условные обозначения: D и S - диаметр и площадь поршня ; d и s - диаметр и площадь поперечного сечения штока; n - число двойных ходов поршня или частота вращения вала; Q - подача насоса; V - рабочий объем насоса.

Для насосов одностороннего действия

Для насосов двустороннего действия , здесь i - число поршней.

Усредненная во времени секундная подача насоса , где Qид - идеальная секундная подача насоса; - объёмный КПД насоса, зависящий от его конструкции, частоты ходов, давления и абсолютных размеров насоса.

Ориентировочные значения з0 поршневых насосов

Размер насоса	D, мм	Q, м3/ч	з0
Малый Средний Крупный	Менее 50 50--150 Более 150	0,5--20 20--300 Более 300	0,85--0,90 0,90--0,95 0,95--0,99

Максимально допустимое число двойных ходов n в минуту поршневых насосов меняется в зависимости от типа клапанов и определяет быстроходность данных насосов. В зависимости от быстроходности насосов выбираются соответствующие отношения длины хода рабочего органа h к его диаметру D.

Табл. 2

Значения ш = h/Dв зависимости от типа поршневых насосов

Тип насоса	п, об/мин	ш
Тихоходный Нормальный Быстроходный	40 - 80 80--150 150--350	2,5--2,0 2,0--1,2 1,2--0,5

В табл.2 приведены отношения ш = h/D в зависимости от числа оборотов для поршневых и плунжерных насосов.

ГРАФИКИ ПОДАЧИ

В кривошипных поршневых насосах возвратно-поступательное движение рабочего органа осуществляется кривошипно-шатунным механизмом (рис. 4). Если длина шатуна L достаточно велика по сравнению с радиусом кривошипа r, то мгновенная скорость движения рабочего органа в этом случае определяется приближенным выражением (пояснить получение формулы)

v = rщ sin = u sin

Рис. 4 Схема крнвошнпно-шатунного механизма

где щ= рn /30 -- угловая скорость вращения кривошипа;

-- угол поворота кривошипа;

u-- окружная скорость движения пальца кривошипа.

Из выражения следует: при равном 0; 180 и 360°, v = 0; при , равном 90 и 270°, v = vmax = u. По такому же синусоидальному закону изменяется мгновенная подача Qмrнасосов, которая вычисляется по формуле

Qмr= S* v

Графики подачи поршневых насосов приведены на рис.5:

а -- однопоршневого одностороннего действия;

б -- двухпоршневого одностороннего (1) и двустороннего (11) действия;

в -- трехпоршневого одностороннего действия со смещением фаз их рабочих циклов на угол 120°;

г -- четырехпоршневого одностороннего (1) и двустороннего (11) действия со смещением фаз на 90 °.

Из приведенных графиков видно, что самой большой неравномерностью подачи обладают однопоршневые насосы одностороннего действия, наименьшей -- трехпоршневые насосы.

Неравномерность подачи насоса оценивают коэффициентом пульсации, характеризующим отношение изменения мгновенной подачи к среднему значению подачи:

Qmax и Qmin -- соответственно максимальное и минимальное значения мгновенной подачи насоса; Qср -- среднее значение подачи.

Для снижения коэффициента неравномерности уQ применяют насосы с несколькими поршнями (цилиндрами) и со смещением фаз их рабочих циклов на угол в = 360/z (z -- число поршней).

Значения уQ насосов одностороннего действия для различных z приведены ниже:

z	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
уQ	3,14	1,57	1,047	1,11	1,016	1,047	1,008	1,026	1,005	1,016

Из приведенных данных видно, что с точки зрения повышения равномерности подачи выгодно применять насосы с нечетным числом поршней. Обращает на себя внимание то, что насосы c z, равные 3 и 6, а также 5 и 10, имеют одинаковые значения уQ.



ЛИТЕРАТУРА

· Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов, О.В. Байбаков, Ю.Л. Кирилловский ; Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов. Москва, 1982 год.

· Под общей редакцией доктора технических наук Б.Б. Некрасова; Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам: Минск, «Вышэйшая школа», 1985 год.

Размещено на Allbest.ru

...