Методические указания. Как уже было сказано, существуют две основные группы насосов: объёмные и динамические

Как уже было сказано, существуют две основные группы насосов: объёмные и динамические. Динамические (центробежные) гидромашины относятся к типу проточных, а их характеристики имеют пологий вид. Следует отметить, что напор, создаваемый лопастными насосами, зависит от подачи (а у объёмных - не зависит).

В рабочем колесе лопастного насоса основная часть подводимой энергии передаётся жидкости путём динамического воздействия лопаток на поток. Рабочее колесо совершает работу, преодолевая при своём вращении момент от сил воздействия лопаток на поток. Для этого к колесу насоса подводится механическая энергия двигателя, которая насосом преобразуется в энергию движущейся жидкости.

Основное уравнение лопастных насосов впервые было выведено Л. Эйлером. Оно связывает напор, создаваемый насосом, со скоростями движения жидкости в характерных сечениях. Скорость движения жидкости зависит от величины подачи и частоты вращения рабочего колеса насоса, так же от геометрии элементов этого колеса ( диаметра, ширины каналов, формы лопастей ) и условий подвода. Следовательно, основное уравнение даёт возможность по заданному напору, частоте вращения и подаче насоса определить выходные элементы рабочего колеса.

Рабочая характеристика лопастных насосов строится в виде зависимости напора, потребляемой им мощности и к.п.д. от подачи при постоянной частоте вращения рабочего колеса. С изменением частоты вращения, рабочая характеристика насоса так же изменяется.

Элементарную гидросистему для перемещения жидкости насосом называют насосной установкой. Она, в основном, состоит из приёмного резервуара, всасывающей магистрали, насоса, нагнетательной магистрали и напорного резервуара.

Потребным напором H_потр. насосной установки называют энергию, которую необходимо сообщить единице веса жидкости для её перемещения из приемного резервуара в напорный по гидромагистрали при заданном расходе. При установившемся режиме работы установки развиваемый напор равен потребному напору установки

(15)

где -геометрическая высота нагнетания , м ;

- геометрическая высота всасывания, м ;

- разность давлений в напорном и приёмном резервуарах, Па ;

- сумма потерь напора во всасывающей и нагнетательной гидролиниях, м ;

-статический напор установки.

Следует отличать потребный напор насоса от напора насоса. Потребный напор определяется самой насосной установкой (высотой подъёма жидкости, давлением в напорном и приёмном резервуарах, гидравлическими потерями во всасывающей и нагнетательной гидролиниях) т.е. давлениями у насоса во всасывающей и в нагнетательной гидролиниях. Напор насоса определяется прочностью его корпуса, частотой вращения, иногда объёмным к.п.д.

Режим работы насоса (подбор насоса) определяют совмещением на одном и том же графике в одинаковых масштабах рабочей характеристики насоса с характеристикой насосной установки (потребной характеристикой).

Для классификации центробежных колёс насосов гидродинамических передач используют коэффициент быстроходности

(16)

где - число оборотов эталонного насоса, об / мин ;

- число оборотов геометрически подобного насоса, об/ мин ;

- производительность геометрически подобного насоса, м³/ с ;

- напор геометрически подобного насоса, м.

Коэффициентом быстроходности называется число оборотов такого эталонного насоса, геометрически подобного данному, который развивает напор в 1м при подаче 0.075 м³/ с.

Коэффициент быстроходности постоянен для всех подобных центробежных колёс и не изменяется для одного и того же колеса при изменении частоты вращения, т.е. - это критерий подобия центробежных насосов, применяемый при определении размеров нового колеса, путём пересчёта по формулам подобия с размеров колеса, взятого за основу.

Центробежные колёса бывают тихоходные ( = 50…90) и нормальные ( = 80…300), отличающиеся друг от друга размерами рабочего колеса, формой лопаток, видом рабочей характеристики.

Гидродвигатель, преобразующий энергию движения рабочей жидкости в механическую энергию, называется гидротурбиной. В зависимости от характера передачи энергии потока турбинному колесу, гидротурбины бывают реактивные и активные. Из удельной энергии жидкости

(17)

в реактивных гидротурбинах используется удельная потенциальная и удельная кинетическая - энергия, а в активных - только удельная кинетическая.

В зависимости от конструкции рабочего колеса реактивные турбины разделяют на радиально - осевые и осевые. Радиально - осевые гидротурбины отличаются от осевых конструкцией рабочего колеса и, следовательно, характером движения в нём жидкости. В колесе радиально - осевой турбины поток жидкости сначала движется по направлению к оси вращения колеса, а затем параллельно оси. В колёсах осевых турбин поток жидкости проходит через рабочее колесо параллельно оси установки колеса. Энергия, отбираемая турбиной от единицы массы жидкости, называется рабочим напором H . Рабочий напор есть разность удельных энергий, протекающей через турбинное колесо жидкости, на входе и выходе. Момент сил, с которым центробежное колесо действует на жидкость и момент сил, с которым жидкость действует на центробежное колесо, равны по модулю и противоположны по направлению. Механическая энергия ведомого вала, полученная в результате преобразования напора в турбинном колесе, связана с частотой вращения ведомого вала параболической зависимостью. При n = 0 ( ведомый вал неподвижен ) и n = n max ( холостые обороты ведомого вала ) турбинное колесо не преобразует напор в механическую энергию.

Коэффициент быстроходности турбинных колёс

(18)

является признаком геометрического подобия колёс.

Двигатели внутреннего сгорания имеют характеристику, которую трудно приспособить к разнообразной нагрузке. Поэтому при работе с жёсткими трансмиссиями возможны перегрузки, приводящие к поломке или остановке рабочего органа. Применение гидродинамических передач, не имеющих жесткой связи между ведущим и ведомым валами, позволяющих плавно и автоматически изменять крутящий момент и частоту вращения ведомого вала, создают широкую возможность согласования характеристики сопротивления с характеристикой двигателя внутреннего сгорания.

Гидродинамической передачей (ГТД) называется устройство, передающее механическую энергию от двигателя к исполнительному рабочему органу с помощью жидкости. Гидродинамическую передачу можно представить, как совокупность двух совместно работающих гидромашин: центробежного насоса, создающего напор за счёт энергии приводного двигателя и турбины, преобразующей напор, создаваемый насосом, в механическую энергию. По принципу действия гидродинамические передачи делятся на два вида: гидротрансформаторы (гидропреобразователи) и гидромуфты (сцепления). На примере принципиальной схемы необходимо разобраться в общих чертах и отличиях между гидромуфтой и гидротрансформатором и указать область их применения.

Изучение гидромуфт следует начинать с наиболее общих вопросов, свойственных всем гидромуфтам : баланс энергии потока в рабочей полости, изменение расхода в рабочей полости с изменением скольжения, понятие "скольжения" понятие о номинальном моменте.

Механические характеристики гидромуфт служат для оценки их энергетических и эксплуатационных качеств. Поэтому этот вопрос заслуживает особого внимания. Необходимо разобраться с внешними универсальными и приведенными (безразмерными) характеристиками; знать, как они получаются и уметь объяснить характер изменения кривых.

Рассматривая совместную работу гидромуфты с приводным двигателем достаточно ограничиться примером с двигателем внутреннего сгорания. При этом необходимо привести моментную характеристику двигателя внутреннего сгорания к ведомому валу гидромуфты, пользуясь законами подобия. Приведенную характеристику следует сопоставить с не приведенной и сравнить условия работы двигателя внутреннего сгорания с гидромуфтой и без неё.

При изучении гидротрансформаторов необходимо, прежде всего, обратить внимание на принципиальные и конструктивные их отличие от гидромуфт. Т.к. гидротрансформаторы в мобильных машинах используются чаще, чем гидромуфты, необходимо уяснить причину этого

. Гидротрансформаторы всегда работают в системе двигатель - гидротрансформатор - коробка передач - движитель ( рабочая машина ). Экономичность и слаженность системы зависит от работы отдельных элементов и правильного согласования их друг с другом. Основой для согласования служат характеристики двигателя и гидротрансформатора, а также законы подобия. Необходимо представлять, как выглядят характеристики двигателя ; и характеристики гидропередачи , , ,.при Для согласования характеристик двигателя и насоса гидропередачи используются формулы подобия. Необходимо обратить внимание, что характеристики бывают прозрачными и непрозрачными. Следует уделить внимание комплексным гидротрансформаторам, которые могут работать как в режиме гидротрансформатора, так и в режиме гидромуфты. При этом, с помощью механических характеристик надо показать достоинство таких гидропередач и отметить их недостатки.