Основні теоретичні відомості

I. Прилади і обладнання

1. Моделі та розрізи гідравлічних насосів різних типів.

2. Лінійка, штангенциркуль.

3. ПЕОМ.

Основні теоретичні відомості

Насосами називаються гідравлічні машини, які призначені для створення направленого потоку середовища. Насос, одержуючи механічну енергію від двигуна, перетворює її на енергію переміщуваного середовища. За принципом дії насоси бувають об’ємні та динамічні. В 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: діафрагмові, поршневі, плунжерні, роторні, шестеренчасті, 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.

Слід виділити такі основні параметри гідравлічних насосів.

Статистичний чи геометричний напір насосної установки є різницею відміток у верхньому Z_в і нижньому Z_н басейнах, тобто висота, на яку піднімається рідина:

H_ст = Z_в - Z_н(1)

Якщо рідина подається в резервуар, в якому підтримується надлишковий тиск Р, то статичний напір становить:

, (2)

де r - густина рідини, кг/м³,

g- прискорення вільного падіння,м/с²,

Н_ст – напір, м.

2. Висота всмоктування Нg визначається як висота насоса над рівнем в нижньому басейні. Вакууметричну висоту всмоктування насосу визначають за формулою:

, (3)

де Hs - висота положення насосу, де визначається розрідження над нижнім

рівнем рідини,

V₁ - середня швидкість потоку в цьому перерізі,

h_вс - висота всмоктування.

3. Тиск в напорному патрубкові P₂ визначають за формулою:

, (4)

де V₂ - середня швидкість потоку на виході насоса,

h_н -гідравлічні втрати в напірному трубопроводі.

4. Напор насоса дорівнює різниці питомих енергій рідини на вихідному e₂ і вхідному e₁ патрубках:

Н= e₂ - e₁ = Н_ст + h_lm,(5)

де h_lm = h_l + h_m - сумарні гідравлічні втрати по довжині і на місцевих опорах.

Таким чином, напор насоса дорівнює сумі статичного напору і гідравлічних втрат в мережі чи трубопроводах. Напор насоса вимірюється манометром, який приєднаний до вихідного патрубка і вакуумметра, що встановлюється на вхідному патрубку.

5. Тиск створений насосом становить:

, (6)

де P₁, P₂ - тиск на вхідному і вихідному патрубках,V₁,V₂ - середні швидкості потоку у відповідних перерізах.

При відомому тиску напір насоса можна визначити через залежність:

(7)

6. Важливим параметром, що характеризує роботу насоса, є подача (витрати) Q , тобто об’єм рідини, який подається насосом в напірний патрубок за одиницю часу.

7. Загальна корисна потужність, що надається насосом рідині;

, Вт (8)

де p- густина рідини, кг/м³,

Q - подача насосу, м³/с,

Н– напір, м.

8. Витрати енергії, які існують в насосі, враховуються через коефіцієнт корисної дії.

, , кВт (9)

де N - потужність насоса.

9. Питома корисна робота- це робота на валу машини віднесена до одиниці маси рідини. Вона менше від питомої роботи на величину втрат.

Загальний коефіцієнт корисної дії насоса показує ефективність використання енергії насосом і є відношенням корисної потужності насоса до його потужності.

Об’ємні насоси.

Поршневі насоси. Основними робочими органами поршневих насосів є поршень 1 і циліндр 2 (рис.1). Поршень робить у циліндрі зворотно-поступальний рух завдяки кривошипно-шатунному механізму. В циліндрі є дві групи клапанів: нагнітальні і всмоктуючі. З метою зменшення нерівномірності руху рідини в трубопроводах застосовують насоси подвійної дії (рис.2). Цей поршневий насос працює таким чином. При русі поршня вправо відкриваються лівий всмоктуючий клапан і правий нагнітальний. Рідина із магістралі 3 заповнює лівий об’єм циліндра, а правий виштовхується в напорний трубопровід. При зворотному русі поршня - навпаки із лівого об’єму циліндра рідини виштовхується, а в правий - всмоктується. В плунжерних насосах замість поршня використовують довгі циліндричні штоки - плунжери. У таких насосах можна створювати високі тиски (паливний насос дизельного д.в.з.), а також є можливість перекачувати ними в’язкі рідини.

Рис.1. Схема поршневого насоса:

1 – нагнітальний патрубок, 2,5 - нагнітальний та всмоктувальний клапани, 3 – циліндр, 4 – поршень, 6 – всмоктувальний патрубок, 7 – зворотній клапан, 8 – фільтр

Рис.2. Схема поршневого насоса подвійної дії:

1 - поршень, 2 - циліндр, 3,4 - відповідно всмоктувальний

та нагнітальний трубопроводи, 5 - клапан

Подача насоса одинарної дії становить:

, (10)

де n- кількість подвійних ходів поршня,

D - діаметр поршня,

L- хід поршня,

h₀ - об’ємний к.к.д (0,70...0,97).

Подача насоса подвійної дії визначається таким чином:

, (11)

де d - діаметр штока.

Внутрішня або індикаторна потужність поршневого насоса:

, (12)

де S - площа поршня,

P_і - індикаторний тиск.

Шестеренчасті насоси. Робочим органом є дві шестерні 1 і 3 (рис. 3), які розміщені в корпусі, котрий має всмоктуючий 4 і нагнітальний 2 патрубки. При обертанні коліс, як це показано на рисунку, рідина надходить із патрубка 4 у западини між зубцями і подається в напірний патрубок. Такі насоси широко застосовуються в системах змащування (як приклад, масляний насос в системі змащення д.в.з.). Вони також можуть працювати і в режимі гідравлічного двигуна.

Подача шестеренчастого насоса при умові однакових параметрів двох зубчатих коліс становить:

, (13)

де Z - кількість зубів на одній шестерні,

- довжина зуба,

S - площа западини зуба,

n - кількість обертів шестерні за одиницю часу.

Рис.3. Схема шестеренчастого насоса:

1,3 - відповідно ведуче і ведене зубчасті колеса (шестерні),

2,4 - відповідно напорна та всмоктувальна порожнини

Діафрагмовий насос (рис.4) відрізняється тим, що має гнучку діафрагму 2 (гума або прогумована тканина), яка за рахунок зворотно-поступального руху штока 1 деформується на хід L і змінює об’єм камери, яка має два клапани: впускний і напірний. Коли мембрана прогинається вгору, то за рахунок розрідження в нижній камері відкривається всмоктувальний клапан і рідина заповнює простір під діафрагмою. Коли вона прогинається вниз, то рідина витісняється через напірний клапан у верхню частину робочого об’єму насоса. Використовують такі насоси при невеликих подачах рідини з невисоким тиском. Найпоширеніше їх використовують як бензонасоси карбюраторних д.в.з.

Рис. 4. Схема діафрагмового насоса:

1 - важіль, 2 - діафрагма, яка закріплена у фланцях 3

Гвинтовий насос. Його робочими органами є два гвинти: ведучий 3 і ведений 4 (рис.5). Гвинти мають спеціальну форму різьби, в результаті чого між корпусом і впадинами утворюється простір, в якому переміщується рідина. Рідина із всмоктувальної порожнини 2 переміщується вліво і вправо вздовж осі обертання гвинтів і подається в нагнітальний патрубок 1. Такі насоси можуть розвивати високі тиски, здійснюють рівномірну подачу, але в основному використовуються для перекачки змащуючих рідин. На рис.6 зображено схему ротаційного (шиберного) насоса, які застосовуються в системах гідроприводу. У корпусі 1 обертається ексцентрично розташований ротор 2, в радіальних пазах якого вільно ходять пластини (шибери) 3. Пластини захвачують у лівій частині рідину. При цьому об’єм камери по мірі обертання ротора зменшується, а тиск зростає. Після чого рідина нагнітається у праву частину. Ці насоси характеризуються оборотністю, тобто можуть працювати в режимі гідравлічного двигуна.

Рис. 5. Схема гвинтового насоса:

1,2 - відповідно нагнітальна та всмоктувальна порожнини,

3,4 - ведучий і ведений гвинти

Рис. 6. Схема ротаційного (шиберного) насоса:

1 - корпус, 2 - ротор, 3 - шибери, 4,5 - відповідно всмоктувальний та нагнітальний трубопроводи

Динамічні насоси

Відцентровий насос складається із робочого колеса з криволінійними лопастями 6, яке насаджене на вал, і камери, де розміщене робоче колесо (рис.7). Рідина поступає в насос через всмоктувальний патрубок 2 до центральної частини робочого колеса і за рахунок дії відцентрової сили викидається із нього в спіральну камеру 5. Динамічна дія лопастей приводить до того, що тиск в напірному патрубку буде значно більшим, ніж у всмоктувальному. Такі насоси мають широке застосування в системі водозабезпечення, в системі охолодження д.в.з. і тощо.

В осьових насосахробоче колесо має форму пропелера, який насаджений на вал. При обертанні вала створюється спрямований потік рідини вздовж осі обертання. Розрізняють вертикальні і горизонтальні варіанти (рис.8, а) таких насосів. Застосовують їх при великих подачах (до 30 м³/с) і при напорах 10-15 м. Осьові насоси доцільно встановлювати на насосних станціях каналів, систем зрошування, нафтопроводів.

Рис.7. Схема відцентрового насоса:

1,4 - фасонні диски, 2 - всмоктувальний патрубок, 3 - порожнина робочого колеса, 5 - нагнітальний патрубок, 6 - профільовані лопасті

Рис.8. а) Схема пропелерного (осьового) насоса; б) Схема вихрового насосу:

1 - корпус, 2,5 - робочий канал, 3 - робоче колесо, 4 - утворені вихори в

робочому каналі, 6 - напорний канал, 8 - вхідний канал

Вихровий насос (рис.8, б) складається із робочого колеса 3 і корпуса 1 з кільцевим каналом, який має перемичку 7. Короткі прямолінійні лопасті робочого колеса частково перекривають циліндричний канал і при обертанні рідина захоплюється лопастями і одночасно під дією відцентрових сил закручується. Таким чином, по кільцевій камері діє спарений вихровий валець, який створює “зчеплення” рідини з робочим колесом і змушує її рухатися до напорного каналу 6. Поряд з цим до динамічних відносяться струминні насоси.

3. Контрольні запитання

1. Які гідравлічні машини відносяться до гідравлічних насосів?

2. За якою ознакою класифікуються гідравлічні насоси?

3. Які бувають різновидності гідравлічних насосів? Будова, принцип роботи поршневого, плунжерного, діафрагмового, шестеренчастого, гвинтового, осьового, вихрового, струминного, відцентрового насосів.

4. Якими параметрами характеризуються гідравлічні насоси і від яких факторів вони залежать?

5. В яких випадках використовують динамічні, а в яких об’ємні гідравлічні насоси і чим це обумовлено?

ЗАКЛЮЧЕННЯ

На даному груповому занятті ви засвоїли теоретичний матеріал теми. Ви розібрали і засвоїли основні ознаки класифікації гідравлічних насосів.

Протягом проведення розрахунково-графічної роботи ви досконало розібрали принцип роботи, будову, основні механізми та параметри поршневого, плунжерного, діафрагмового, шестеренчастого, гвинтового, осьового, вихрового, струминного, відцентрового насосів.

Після вивчення матеріалу даної теми ви повинні знати роботу означених насосів.

Мета заняття досягнута.

Професор кафедри технічного забезпечення,

доктор технічних наукЛ.В. КНАУБ