Контрольная работа по "Гидравлике"

Рис. 7.2. Схема  осевого насоса

Осевые насосы могут  быть жестколопастными, в которых  положение лопастей рабочего колеса не изменяется, и поворотно-лопастными, в которых положение рабочего колеса может регулироваться.

7.2. 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 (плунжер, поршень, диафрагма).

Классифицируются  поршневые насосы по следующим показателям: 
1) по типу вытеснителей: плунжерные, поршневые и 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.

Рис. 7.3. Насос  поршневой простого действия

Насос простого действия. Схема насоса простого действия изображена на рис. 7.3. Поршень 2 связан с кривошипно-шатунным механизмом через шток 3, в результате чего он совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре 1. Поршень при ходе вправо создает разрежение в рабочей камере, вследствие чего всасывающий клапан 6 поднимается и жидкость из расходного резервуара 4 по всасывающему трубопроводу 5 поступает в рабочую камеру 7. При обратном ходе поршня (влево) всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан 8 открывается, и жидкость нагнетается в напорный трубопровод 9.

Так как каждому  обороту двигателя соответствует  два хода поршня, из которых лишь один соответствует нагнетанию, то теоретическая производительность в одну секунду будет 

где F - площадь поршня, м²; 
l - ход поршня, м; 
n - число оборотов двигателя, об/мин.

Для повышения производительности поршневых насосов их часто выполняют  сдвоенными, строенными и т.д. Поршни таких насосов приводятся в действие от одного коленчатого вала со смещением  колен.

Действительная  производительность насоса Q меньше теоретической, так как возникают утечки, обусловленные несвоевременным закрытием клапанов, неплотностями в клапанах и уплотнениях поршня и штока, а также неполнотой заполнения рабочей камеры.

Отношение действительной подачи Q к теоретической Q_T называется объемным КПД поршневого насоса:

Объемный КПД - основной экономический показатель, характеризующий  работу насоса.

Рис. 7.4. Насос  поршневой двойного действия

Насос двойного действия. Более равномерная и увеличенная подача жидкости, по сравнению с насосом простого действия, может быть достигнута насосом двойного действия (рис. 7.4), в котором каждому ходу поршня соответствуют одновременно процессы всасывания и нагнетания. Эти насосы выполняются горизонтальными и вертикальными, причем последние наиболее компактны. Теоретическая производительность насоса двойного действия будет

где f - площадь штока, м².

Рис. 7.5. Схема  поршневого насоса с дифференциальным поршнем

Дифференциальный насос. В дифференциальном насосе (рис. 7.5) поршень 4 перемещается в гладко обработанном цилиндре 5. Уплотнением поршня служит сальник 3 (вариант I ) или малый зазор (вариант II ) со стенкой цилиндра. Насос имеет два клапана: всасывающий 7 и нагнетательный 6, а также вспомогательную камеру 1. Всасывание происходит за один ход поршня, а нагнетание за оба хода. Так, при ходе поршня влево из вспомогательной камеры в нагнетательный трубопровод 2 вытесняется объем жидкости, равный (F - f )l; при ходе поршня вправо из основной камеры вытесняется объем жидкости, равный f_l. Таким образом, за оба хода поршня в нагнетательный трубопровод будет подан объем жидкости, равный

(F - f)l + fl = Fl

т.е. столько же, сколько подается насосом простого действия. Разница лишь в том, что  это количество жидкости подается за оба хода поршня, следовательно, и  подача происходит более равномерно.

7.3. Индикаторная диаграмма поршневых  насосов

Рабочий цикл поршневого насоса может быть графически описан на бумаге специальным прибором - индикатором. График изменения давления в цилиндре за один полный оборот кривошипа называется индикаторной диаграммой . На рис. 7.6 показана такая диаграмма насоса простого действия.

Рис. 7.6. Индикаторная диаграмма

При движении поршня слева направо (см. рис. 7.3) (процесс  всасывания) давление в цилиндре насоса резко падает до давления всасывания P_вс по линии аб. Из-за податливости стенок цилиндра и сжимаемости жидкости линия аб не вертикальна, а слегка наклонена и переходит затем в волнистую линию бв. Далее на всасывающей линии поддерживается постоянное давление и линия вг остается практически горизонтальной на протяжении всего хода всасывания. При обратном движении поршня (ход нагнетания) давление в цилиндре от P_вс поднимается до давления P_нагн по прямой гд, наклон которой влево от вертикали объясняется теми же самыми причинами, что и для линии аб. Начало сжатия жидкости сопровождается колебаниями давления в цилиндре (линия де). В дальнейшем давление P_нагн остается неизменным на протяжении всего хода нагнетания (линия еа). При повторном рабочем цикле этот график будет повторяться.

Неисправности, возникающие  в гидравлической части поршневого насоса изменяют характер индикаторной диаграммы. Анализируя различные индикаторные диаграммы с теми или иными  аномалиями, можно безошибочно сказать  о неисправности насоса.

7.4. Баланс энергии в насосах

Баланс мощности в насосе наглядно можно представить  в виде схемы, представленной на рис 7.7.

Рис. 7.7. Баланс мощности насоса

Мощность, которая  подводится к валу насоса называется подведенной. Она равна произведению крутящего момента на валу на его угловую скорость

N_П = M_КРω

Мощность, которую  мы получаем от насоса в виде потока жидкости под давлением называется полезной мощностью насоса (в дальнейшем просто мощностью)

N_П = Q_HP_H

Отношение мощности насоса к подведенной мощности называется общим КПД насоса

а разность N_П - N_H = N_пот называется потерями мощности в насосе. Потери мощности в насосе делятся на объемные, механические и гидравлические.

Потери мощности на внутренние утечки и неполное заполнение камер насоса

N_об = (Q_ут + Q_неп)P_H

Объемный КПД насоса определится из соотношения

Для современных  насосов объемный КПД находится  в пределах 0,92…0,96. Значения КПД приведены  в технических характеристиках  насосов.

Механические КПД характеризует потери на терние в подвижных соединениях между деталями насоса. При относительном перемещении соприкасающихся поверхностей в зоне их контакта всегда возникает сила трения, которая направлена в сторону, противоположную движению. Эта сила расходуется на деформацию поверхностного слоя, пластическое оттеснение и на преодоление межмолекулярных связей соприкасающихся поверхностей.

Мощность, затраченная  на преодоление сил трения, определяется

N_тр = M_трω,

где М_тр - момент трения в насосе; 
ω - угловая скорость вала насоса.

Механический КПД  определяется из соотношения 

Для современных  насосов механический КПД также  находится в пределах 0,92…0,96.

Гидравлический КПД характеризует потери на деформацию потока рабочей жидкости в напорной камере и на трение жидкости о стенки сосуда. Эти потери примерно на порядок ниже механических потерь на трение и часто в инженерных расчетах не учитываются или объединяются с механическими потерями на трение. В этом случае объединенный КПД называется гидромеханическим.

Мощность, затраченная  на гидравлические потери, определится 

N_г = Q_H ( P_K - P_H ),

где P_К - давление в напорной камере насоса; 
P_Н - давление в напорной гидролинии на выходе из насоса.

Гидравлический  КПД определяется из соотношения 

Общий КПД насоса равен произведению КПД объемного, гидравлического и механического 

η = η_об + η_мех + η_г

Таким образом, баланс мощности насоса дает представление  о потерях, возникающих в насосе, общем КПД и всех его составляющих.

7.5. Обозначение элементов гидро-  и пневмосистем

Кроме насосов и  гидромоторов существуют и другие разнообразные  по конструкции и назначению гидроэлементы. Одни управляют потоком рабочей  жидкости, другие служат для обеспечения  безотказной работы гидросистем  и т.д. Совокупность этих устройств  называется гидроприводом и требует отдельного изучения. Все гидроэлементы имеют свое условное обозначение, из которых составляются гидросхемы по аналогии с электрическими схемами.