Гидромашины и компрессоры Лекция № 11 1. РОТОРНЫЕ

Гидромашины и компрессоры Лекция № 11 1. РОТОРНЫЕ НАСОСЫ 2. РАБОТА НАСОСОВ В ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ Сам. ГТУ Кафедра МОНГП 2011 год

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ • Как и возвратно-поступательные, роторные насосы являются объемными, действующими по принципу вытеснения жидкости. Эти насосы используются главным образом как источники питания различных гидроприводов, для смазки машин, а также для перекачивания различных жидкостей при небольших подачах. • К настоящему времени изобретено и применяется на практике много разновидностей роторных насосов. Их рабочие органы: статор — неподвижная часть насоса с всасывающей и нагнетательной камерами (корпус); ротор — деталь или группа деталей, вращающаяся от ведущего вала; замыкатель (или замыкатели), предназначенные для разобщения областей высокого и низкого давлений. • По характеру движения рабочих органов роторные насосы делятся на три группы: • 1)роторно-вращательные с вращательным движением; • 2) роторно-посту пательные с вращательным и возвратнопоступательным движением; • 3) роторно-поворотные с вращательным и возвратноповоротным движением рабочих органов.

• различают насосы однократного, двухкратного и многократного действия. • Рабочий объем • • где k — кратность действия; V и z — соответственно объем одной рабочей камеры и число камер. • Роторные насосы делятся на регулируемые (с изменяющимся рабочим объемом) и нерегулируемые. Подача роторного насоса пульсирующая, однако неравномерность ее невелика, и гасители пульсации не требуются. При наличии жидкостной пленки, заполняющей зазоры, он может отсасывать воздух из подводящего трубопровода, т. е. является самовсасывающим. График характеристики роторного насоса выглядит так, как показано на рис. 9. 3. • • • q = k. Vz,

РОТОРНО-ВРАЩАТЕЛЬНЫЕ НАСОСЫ • К этой группе относятся зубчатые насосы, в которых жидкость перемещается в плоскости, перпендикулярной к оси вращения рабочих органов, и винтовые насосы — жидкость перемещается вдоль оси вращения.

• Шестеренные насосы просты и компактны, отличаются большим сроком службы (до 5000 ч). Максимальное давление, на которое они рассчитаны, обычно равно 10 МПа и реже 15 — 20 МПа, а подача доходит до 1 м 3/мин. Коэффициент подачи в номинальном режиме доведен до 0, 95 — 0, 96, а в насосах с автоматическим регулированием торцовых зазоров (гидравлическим поджатием) — до 0, 98. К п. д. насоса достигает 0, 9. Насосы пригодны для работы на жидкостях с широким диапазоном вязкости, превышающей 800 мм 2/с. Насосы выпускают как автономными, так и моноблочными с электродвигателем. • Шестеренный насос с внутренним зацеплением (см. рис. 10. 1, б) более компактен, но более сложен в изготовлении. Внутренняя ведомая шестерня переносит в своих впадинах жидкость вдоль неподвижного серповидного элемента с. Насосы применяют для работы при частоте вращения до 5 тыс. об/мин и давлении до 7 МПа. • Винтовой насос можно рассматривать как шестеренный насос с косозубыми шестернями, число зубьев которых уменьшено до числа заходов винтовой нарезки. Во внешнем или внутреннем зацеплении участвуют одна или несколько пар винтов, между нарезкой которых образованы полости, перемещающиеся вдоль винтов от входной камеры к выходной. Винтовые насосы (и гидродвигатели) отличаются равномерной подачей, бесшумностью, компактностью и надежностью.

ОДНОВИНТОВОЙ НАСОС • • В поперечном сечении одновинтовой насос представляет собой так называемый героторный механизм. Особенность героторной гидромашины с упругой обоймой — приспособленность к работе на загрязненных жидкостях, что объясняется особенностью ее кинематики. На линии контакта винта и обоймы возникает трение качения, причем благодаря непрерывному изменению положения этой линии при вращении винта поток жидкости удаляет абразивные частицы из упругой поверхности обоймы. Эта особенность позволяет использовать одновинтовой насос для откачки жидкости из нефтяных скважин.

ТРЕХВИНТОВОЙ НАСОС • Трехвинтовой насос, наиболее распространенный из винтовых, состоит из центрального ведущего винта, являющегося ротором, и двух ведомых винтов-замыкателей, заключенных в обойму (рис. 10. 4). Винты двухзаходные, в поперечном сечении имеющие вид двузубых шестерен, профиль зубьев которых очерчен по циклоидам. При вращении винтов жидкость, заполняющая со стороны всасывания полости, образованные между нарезками винтов и обоймой, оказывается отсеченной от входной камеры А и перемещенной вдоль оси к выходной камере Б.

РОТОРНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫЕ НАСОСЫ • В эту группу входят роторно-поршневые с рабочими органами в виде поршней или плунжеров и шиберные насосы с рабочими органами в виде пластин (пластинчатый насос) или шиберов фигурного профиля (фигурно-шиберный насос). • Роторнопоршневые насосы бывают двух видов — аксиальнопоршневые и радиальнопоршневые. • рабочий объем насоса: • q = z. FDд sin , • где z — число поршней; • F — площадь поршня; • Dд — диаметр окружности заделки шатунов в диске.

ШИБЕРНЫЕ НАСОСЫ • Шиберный насос состоит из цилиндрического статора с подводящим и отводящим патрубками и эксцентрично, как в радиально-поршневом насосе, расположенного ротора, в котором имеются радиальные пазы с находящимися в них шиберами — пластинами, роликами или фигурными шиберами (рис. 10. 6, а, б, в, г). Эти элементы легко перемещаются в пазах, прижимаясь к статору силой инерции, пружинами или давлением жидкости, подводимой изнутри. При вращении ротора шиберы поочередно отсекают порцию жидкости в рабочих камерах между ними и вытесняют ее в выходную камеру.

РАБОТА НАСОСОВ В ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ • В качестве примера рассмотрим однолинейную систему, изображенную на рис. • Перед входом во всасывающий трубопровод напор жидкости такой же, как на поверхности жидкости в резервуаре: HI = z. I +p. I/ g. • Аналогично на выходе из нагнетательного трубопровода HII = z. II +p. II/ g. • С одной стороны, напор насоса равен разности напоров жидкости в сечениях к и н: • Н = Нк — Hн. • Согласно уравнению Бернулли, • Hк = НII + hк(Q); Нн = НI - hн(Q),

• где hк(Q), hн, (Q) — потери напора соответственно во всасывающем и нагнетательном трубопроводах. С другой стороны, имеется напорная характеристика насоса Н(Q). В результате получим уравнение • Н(Q)=Ro + f(Q), • где – часть сопротивления системы, не зависящая от расхода; f(Q) — другая часть, являющаяся функцией расхода. • Графическое решение полученного уравнения показано на рис. • Правая часть уравнения (характеристика сопротивления системы) представлена кривой R, а левая часть (напорная характеристика насоса) — кривой H. Точка пересечения кривых (решение уравнения) соответствует режиму работы насоса в данных условиях.

РЕГУЛИРОВАНИЕ. НАСОСОВ • Предположим, что насос работает в гидравлической системе, имеющей линию характеристики R, с подачей Q при нормальной частоте вращения вала, и что необходимо изменить эту подачу до Q'. Это можно достичь в общем случае изменением сопротивления системы или напорной характеристики насоса. • 1. Дросселирование. Подачу центробежного насоса можно снизить введением добавочного сопротивления hд в нагнетательную линию (прикрытием задвижки или любым другим способом). Поскольку при этом кривая сопротивления гидравлической системы становится круче. Более благоприятно дросселирование у насосов с низким ns, поскольку с уменьшением подачи потребляемая мощность таких насосов также снижается. •

• 2. Дроссельный перепуск. В случае насосов с высоким ns, имеющим падающую кривую мощности, прибегают к перепуску жидкости по обводной линии (байпасу) б. Здесь А — точка нормального режима, R' — кривая сопротивления линии б, R" — кривая общей характеристики системы, А'—точка режима работы с мощностью, которая меньше, чем в А. Общая подача, характеризуемая точкой А', распределяется между расходами жидкости Qб, сбрасываемой через обводную линию, и QA, поступающей в трубопровод. Недостаток этого метода, кроме снижения к. п. д. , — работа насоса в режиме, предрасположенном к кавитации (точка А. Комбинируя перепуск жидкости с легким дросселированием, можно добиться, чтобы точка А' совпадала с точкой А, а мощность насоса оставалась постоянной при всех значениях расхода жидкости в трубопроводе.

• Сочетание дроссельного перепуска с дросселированием нагнетаемой жидкости служит средством изменения подачи нерегулируемых объемных насосов. Пока давление насоса меньше рк, предохранительный клапан к закрыт. Насос н перекачивает жидкость в бак б. Точка А 1 пересечения кривой Л 1 с кривой характеристики насоса Н в этом случае является рабочей точкой. Если дроссель д прикрыть, то парабола Л 2 становится круче. Сложив абсциссы линий Л 2 и К, получим кривую сопротивления системы Л 2 + К и новую рабочую точку А 2. Отрезки по горизонтали МА 2 соответствуют расходам через дроссель NA 2 и через предохранительный клапан MN.

• • 3. Изменение скорости привода. Этот метод применим к насосу любого типа. При расчете кривую характеристики системы наносят на график универсальной характеристики насоса (рис. г), после чего по заданной подаче Q' определяют ', а затем мощность насоса и соответствующую частоту вращения вала или частоту ходов поршня n'. Применительно к динамическим насосам ту же задачу можно решить по характеристике насоса для номинальной частоты вращения вала п, используя формулы подобия (рис. д). При искомой частоте п', по которой определяется заданная подача Q', рабочая точка расположена в А'. Однорежимный аналог этой точки при номинальной частоте вращения — точка А", причем.

• • • 4. Обточка рабочих колес. Привод с переменной частотой вращения центробежные насосы имеют довольно редко. Чаще всего для привода этих насосов используют электродвигатели с постоянной частотой вращения. Для изменения характеристики центробежного насоса в этом случае применяют обточку рабочих колес. В результате получаются характеристики насоса аналогичные характеристикам насоса при изменении частоты вращения. 5. Изменение числа ступеней. Характеристику многоступенчатого центробежного насоса, собираемого из одинаковых секций, можно изменять, выбирая необходимое число ступеней из очевидного условия (рис. 11. 5): , где k' и k — искомое и номинальное число ступеней. При изменении числа ступеней к. п. д. насоса почти не изменяется.

• • • 6. Изменение рабочего объема. Этим способом регулируют подачу объемных насосов при постоянной скорости привода — поршневых за счет диаметра поршня D, длины хода S или числа включенных рабочих камер z, роторно-поршневых за счет эксцентриситета е. Изменение D практикуется в буровых насосах, обычно имеющих комплект цилиндровых втулок и поршней. • • Регулирование длины хода осуществлено в дозировочных насосах. Число включенных камер в многокамерном насосе можно изменять удалением некоторых клапанов. При любом ступенчатом регулировании подачи объемного наcoca зависимость Q — Р (Р —давление насоса) представляется семейством линий, приблизительно параллельных оси давлений (рис. ). Эти линии ограничены сверху точками а 1, а 2, …, расположенными на гиперболе с равной полезной мощностью согласно уравнению Р=Nп/Q, где Nп — номинальная полезная мощность насоса. Предельные давления Pl Р 2, . . . для каждой из подач Q 1, Q 2, . . . подсчитываемые по формуле приводятся в технической характеристике насоса.