Гидравлические преобразователи энергии

К гидравлическим преобразо­вателям энергии относятся гидравлические насосы и гид­равлические двигатели (моторы). Поскольку эти машины обратимые, то происходящие в них энергетические про­цессы совершенно одинаковые и отличаются лишь на­правлением протекания этих процессов.

Гидрообъемными насосами называют такие гидрав­лические машины, в которых механическая энергия, под­водимая к рабочему органу, превращается в энергию про­ходящей через насос жидкости в процессе изменения объ­ема рабочих полостей с помощью вытеснителей. Гидрообъемные насосы по характеру движения вытеснителя делятся на насосы возвратно-поступательного действия и вращательного действия (роторные).

К основным параметрам насосов относятся:

Статический напор (Н_ст, м).

Напор на входе в насос (высота всасывания) (Н_вс, м).

Давление жидкости на входе в насос (р_ВС, Па).

Давление жидкости на выходе из насоса (р_наг; Па),

Подача (производительность) насоса (Q, л/с; м³/ч; м³/с).

Мощность насоса (N_ГH):

N_ГН =r×g×Q×H, Вт. (16)

6. Коэффициент полезного действие насоса (h):

h = N_ГН/ N, (17)

где N - потребляемая насосом мощность, Вт.

КПД насоса представляет произведение

h = h_О×h_Г×h_М, (18)

где h_О - объемный КПД; h_Г - гидравлический КПД; h_М - ме­ханический КПД.

Объемный КПД насоса учитывает потери мощности, связанные с утечкой жидкости через зазоры:

, (19)

где DQ - утечки перекачиваемой жидкости, м³/с; Q_Д - дей­ствительный расход, м³/ с; Q_T - теоретический расход, м³/с.

Объемный КПД характеризует степень изношенно­сти насоса и обычно лежит в пределах 0,80 - 0,95.

Гидравлический КПД насоса учитывает потери мощности, связанные с качеством изготовления насоса, гидравлическими сопротивлениями в нем и равен:

, (20)

где h_n - потери напора, м; Н_д - действительный напор на­соса, м; Н_т - теоретический напор насоса, м.

Гидравлический КПД характеризует качество изго­товление насоса и обычно составляет 0,7-0,9.

Механический КПД учитывает потери мощности, связанные с трением в различных деталях насоса:

(21)

и обычно равен 0,85-0,90.

Отсутствие клапанов в роторных насосах значительно снижает гидравлические потери, что позволяет пренебрегать ими и объединить гидравлический КПД с механическим Таким образом полный КПД ( η_н ) роторного насоса равен произведению объемного ( η_o ) и гидромеханического ( η_гм ) КПД (η _н = η _гм *η₀)

Объемный гидродвигатель -это объемная 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 звена;

гидромоторы с непрерывным вращательным движением выходного звена;

поворотные гидродвигатели с ограниченным углом поворота выходного звена.

Так же как и роторный насос, гидромотор характеризуется прежде всего рабочим объемом, т, е. идеальным расходом жидкости через гидромотор за один оборот ротора

.

Действительный расход через гидромотор больше, чем идеальный потому, что в отличие от насоса утечки в гидромоторе направлены в ту же сторону, что и основной поток. Поэтому объемный КПД гидромотора выражается не так, как для насоса, а именно

.

Частота вращения вала гидромотора с учётом объемного КПД

.

Полезная мощность гидромотора равна произведению крутящего момента на его валу на угловую скорость вала:

.

Мощность, потребляемая гидромотором:

.

Отношение определяет общий КПД гидромотора, который так же, как и в случае роторного насоса, равен произведению двух частных КПД — объемного на механический, т. е.:

.

Переписав последнее выражение в виде

и заменив , с учётом предыдущих формул после сокращения на и , получим выражение для момента на валу гидромотора

.

В этой формуле выражение

(29)

называют идеальным моментом, потребляемым насосом или развиваемым гидромотором без учета потерь энергии.

КПД гидромотора так же, как и роторных насосов, определяются по теории подобия роторных гидромашин как функции критерия подобия . При этом как и для насосов можно выявить оптимальные значения , которым соответствуют максимальные КПД.

При расчете гидромоторов используются две основные формулы. Они несколько отличаются от аналогичных формул для роторных насосов из-за противоположного направления потока мощности. Первая из этих формул связывает момент на валу гидромотора с перепадом давлений :

,

а вторая — расход Q жидкости, проходящей через гидромотор, с частотой вращения его вала n:

.

В заключение следует отметить, что выпускаются также роторные гидромашины, которые могут работать как в режиме насоса, так и в режиме гидромотора. Такие гидромашины принято называть мотор – насосами.