ГР 34 -ТЕХ ОСНОВИ ГІДРАВЛІКИ І ТЕПЛОТЕХНІКИ ТЕМА Класифікація та основні параметри гідравлічних машин

 Класифікація та основні параметри гідравлічних машин 

Гідравлічні машини призначені для перетворення потоку рідини в механічну енергію, а також передачі енергії від машинидвигуна до машини-знаряддя чи перетворення різних видів рухів і швидкостей за допомогою рідини. Відповідно до цього існують три основних класи гідравлічних машин: насоси, гідродвигуни (гідротурбіни) і гідропровід. У насосах одержана механічна енергія від двигуна перетворюється в енергію переміщуваного середовища. За характером силової дії насоси поділяють на об’ємні і динамічні. Загалом їх нараховується біля 130 різновидностей, а систематизована класифікація схематично продемонстрована на рис. 

У об’ємному насосі рідке середовище переміщується за рахунок періодичної зміни об’єму камери, яку воно займає, поперемінно сполучаючись із входом і виходом насоса. До цієї групи відносяться такі насоси: діафрагменні, поршневі, плунжерні, роторні, шестеренчаті, гвинтові тощо. У динамічному насосі рідке середовище переміщується під силовою дією на нього в камері, яка постійно з’єднана із входом і виходом насоса. До них відносять такі насоси: лопатеві, відцентрові, осьові, вихрові, інжекційні та інші.

Гідравлічні двигуни також поділяються на машини об’ємної і динамічної дії. До них відносяться гідравлічні турбіни, водяні колеса, гідроциліндри і роторні гідродвигуни

Загальні  відомості  про  гідромашини.  Насоси і гідродвигуни.  Класифікація насосів, принцип дії об’ємних і динамічних машин.

2. Основні параметри: подача (витрата), напір (тиск), потужність, коефіцієнт корисної дії (ККД).

 

1. ЗАГАЛЬНІ  ВІДОМОСТІ  ПРО  ГІДРОМАШИНИ.  НАСОСИ І ГІДРОДВИГУНИ. 

 КЛАСИФІКАЦІЯ НАСОСІВ, ПРИНЦИП ДІЇ ОБ’ЄМНИХ І ДИНАМІЧНИХ МАШИН.

 

Гідроприводом називається сукупність пристроїв, призначених для приведення в рух механізмів і машин за допомогою робочої рідини, що знаходиться під тиском, з одночасним виконанням функцій регулювання і реверсування швидкості руху вихідної ланки гідродвигуна. 

Гідравліч́чна машина (гідромашинна) (рос. гидравлическая машина; англ. hydraulic machine; нім. Hydromaschine f) — енергетична машина, призначена для перетворення механічної енергії твердого тіла в механічну енергію рідини (або навпаки).

Об'ємні насоси – це насоси, у яких робоча рідина переміщується за рахунок періодичної зміни обєма займаної нею камери, що поперемінно сполучається зі входом та виходом насоса. Служать для перетворення механічної енергії в енергію потоку робочої рідини, шляхом створення напірного потоку. 

Об'ємні гідродвигуни - гідромашини, які перетворюють енергію потоку робочої рідини в механічну енергію вихідної ланки. 
   За кінематикою переміщення вихідної ланки їх розділяють на:

- силові гідроциліндри зі зворотно-поступальним рухом вихідної ланки - штока або плунжера; 

- поворотні гідродвигуни з обмеженим поворотним рухом вихідної ланки - вала; 

- гідромотори з необмеженим обертовим рухом вихідної ланки - вала або корпуса гідромотора.

Більшість об'ємних насосів - машини оборотні, що є досить цінною якістю. 

Гідродвигуни за своїм робочим процесом зворотні насосам.

Мотори-насоси - гідромашини, які можуть працювати в режимі як об'ємного насоса, так і гідромотора на основі властивості оборотності. 
   Гідроперетворювачі - машини, які трансформують енергію одного потоку робочої рідини в енергію іншого потоку зі зміною тиску. 
   Гідронасоси і гідромотори підрозділяють за наступними ознаками:

за принципом дії: 

   - з постійним об’ємом і регульовані;

   - односторонньої та реверсивної дії; 

   - одно-, двох- і багаторазової дії (залежить від числа циклів за один оберт вала); 

за конструкцією: 

   - шестеренні, пластинчасті, поршневі і планетарні.

Робоча камера - це простір, обмежений робочими поверхнями елементів, що періодично змінює свій об’єм і поперемінно сполучається з місцями входу та виходу робочої рідини. 

     Робочий цикл складається з наступних процесів: 

   у насосах - усмоктування та нагнітання, 

   у гідромоторах - нагнітання та витискування. 

   Гідроапарат - це пристрій, що керує потоком робочої рідини, тобто змінює або підтримує заданий тиск або витрату рідини, або змінює напрямок потоку. Служить для пуску і зупинки гідродвигуна. 

За призначенням всі гідроапарати поділяються на регулюючі і направляючі. 

Регулюючі змінюють тиск, витрату і напрямок потоку робочої рідини, частково відкриваючи робочий прохідний перетин. 
    Направляючі гідроапарати змінюють напрямок потоку робочої рідини шляхом повного відкриття або закриття робочого прохідного перетину. 
    До регулюючих гідроапаратів відносять:

- гідроклапани тиску (напірні, редукційні і запобіжні);
- гідроклапани співвідношення витрат (роздільники і суматори потоку);
- гідродроселі;
- регулятори потоку;
- дроселюючі гідророзподільники.

   До направляючих гідроапаратів відносять:
- гідророзподільники; 
- гідропідсилювачі; 
- гідроклапани (зворотні і запобіжні);
- гідрозамки. 

    Направляючі гідроапарати, здійснюють пуск, зміну напрямку руху і зупинку виконавчих ланок машин і механізмів.

 

Класифікація насосів.

За принципом роботи

Усі насоси за принципом роботи можна розділити на два типи: динамічні та об'ємні.

Динамічні насоси  — це насоси, в яких рідина під впливом гідродинамічних сил переміщається в камері, що постійно сполучена з вхідним і вихідним патрубками насоса.

Динамічні насоси в свою чергу поділяються на лопатеві насоси, насоси тертя та насоси інерційного типу. Найбільшого поширення набули лопатеві насоси.

Лопатеві насоси  — це ті насоси, в яких рідина переміщається за рахунок енергії, що передається їй при обтіканні лопатей робочого колеса. Лопатеві насоси поділяються на два види: відцентрові та осьові. У відцентрових насосах рідина переміщається через робоче колесо від центру до периферії, а в осьових - через робоче колесо в напрямку його осі.

У насосах тертя рідина переміщається за рахунок сил тертя. До насосів цього типу відносяться: вихрові, дискові, черв'ячні та гідрострумині.

Робота інерційних насосів базується на збудженні в рідині коливань, що сприяють її руху. Конструкція всіх вібраційних насосів є однотипною. Насос складається з електромагніту, вібратора, поміщених в корпус.

Об'ємні насоси  — це насоси, в яких рідина переміщається за рахунок періодичної зміни об'єму робочої камери, що поперемінно сполучається з вхідним і вихідним патрубками насоса. До них відносяться поршневі, пластинчасті, мембранні, гвинтові, шестеренчасті, перистальтичні.

За призначенням насоси підрозділяють на: водопровідні, вугільні, ґрунтові, землесоси, шламові, піскові, суспензійні, нафтові.

 

 

2. ОСНОВНІ ПАРАМЕТРИ: ПОДАЧА (ВИТРАТА), НАПІР (ТИСК), ПОТУЖНІСТЬ, КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ (ККД).

 

Подача насоса — це кількість рідини, що нагнітається насосом за одиницю часу. Найуживанішою є об'ємна подача Q (м³/с).

Напір насоса — повна питома енергія, що передається насосом потокові рідини. Тобто це різниця повних питомих енергій потоку (повних напорів) на виході і вході насоса. Напір може бути обчислений за формулою:

,

де:  — перепад тиску на насосі, (Па);

 — густина (питома маса рідини), (кг/м³);

g - прискорення вільного падіння (м/с²).

 

Основним параметром об'ємної гідромашини є робочий об'єм, що відповідає зміні об'єму робочих камер протягом одного циклу роботи гідромашини. Робочий об'єм — це сумарна різниця найбільшого і найменшого значень об'єму робочих камер гідромашини за один оберт або подвійний хід робочого органу.

Напір на гідродвигуні — це повна питома енергія, яку потік рідини передає робочому органу гідродвигуна. Тобто аналогічно до насосу, але потік енергії має протилежний напрям. Тому для її оцінки може бути використана вказана вище формула, але перепад тиску на гідродвигуні буде дорівнювати різниці тисків на вході і виході.

Корисною потужністю насоса є потужність на виході, тобто гідравлічна потужність потоку N_г, підрахована за формулою

 

N_г = H·ρ·g·Q = Δp·Q

 

Споживаною потужністю насоса є механічна механічна потужність на його привідній ланці (валу), що може бути обчислена за

 

N_м = М·ω ,

де: M — крутний момент на валу насоса (Нм);

ω — кутова швидкість вала насоса (с^-1).

 

Тоді його коефіцієнт корисної дії визначається співвідношенням η_н = N_г/N_м

На гідродвигуні потік енергії має протилежний у порівнянні з насосом напрям. Тому для нього корисною є механічна потужність на вихідній ланці (валу) а споживаною — гідравлічна потужність потоку рідинми. К.к.д гідравлічного двигуна визначається співвідношенням:

η_д = N_м/N_г .

 

Слід відзначити, що для характеристики енергетичних втрат в гідромашинах крім загального к.к.д, що визначається вище записаними виразами вводять частинні к.к.д:

η_о — об'ємний к.к.д., що враховує втрати об'єму рідини на перетікання через щілини і зазори;

η_г — гідравлічний к.к.д, що враховує втрати на вихороутворення і тертя в потоці рідини;

η_м — механічний к.к.д., що враховує втрати на тертя в підшипниках та інших вузлах тертя.

При цьому повний к.к.д. обчислюється як добуток частинних к.к.д.:

η = η_о·η_г·η_м .

Якщо якимось з видів втрат енергії знехтувати, то відповідний коефіцієнт набуває значення, що рівне одиниці.