Гидравлические машины. Насосы и гидродвигетели. Основные параметры гидравлических машин.

Гидравлическими машинами называются машины, которые сообщают протекающей через них жидкости механическую энергию (насос), либо получают от жидкости часть энергии и передают ее рабочему органу для полезного использования (гидродвигатель).

Насосы и гидромоторы применяют также в гидропередачах, назначением которых является передача механической энергии от двигателя к исполнительному органу, а также преобразование вида и скорости движения последнего посредством жидкости.

Гидродвигатели имеют большое значение в энергетике. В настоящее время около 20 % всей электроэнергии вырабатывается на гидроэлектростанциях.

Для использования гидравлической энергии рек и преобразования ее в механическую энергию вращающегося вала генератора на гидроэлектростанциях применяют гидротурбины, являющиеся одной из разновидностей гидродвигателей.

Насосы и гидродвигатели применяют также в гидропередачах, назначением которых является передача механической энергии от двигателя к исполнительному рабочему органу, а также преобразование вида и скорости движения последнего посредством жидкости.

Гидропередача состоит из насоса и гидродвигателя. Насос, работающий от двигателя, сообщает жидкости энергию. Пройдя через насос, жидкость поступает в гидродвигатель, где передает механическую энергию исполнительному рабочему органу.

Основными параметрами гидравлических машин для подачи жидкостей и газов (нагнетателей) являются подача, напор (или развиваемое давление), потребляемая мощность и КПД.

Подача (производительность) — количество (объем или масса) жидкости (газа), подаваемое машиной в сеть в единицу времени. Соответственно различают производительность объемную Q, м³/с, и массовую G, кг/с.

В расчетах принято приводить объемную подачу компрессоров к условиям всасывания (для вакуум-насосов — к условиям на линии нагнетания) или к нормальным условиям, т. е. к давлению 100 кПа и температуре 293 К.

Напор насоса (м) — это удельная механическая энергия, сообщаемая насосом жидкости в единицу времени:

, (6.3.1.1)

где Е — полная механическая энергия, сообщаемая жидкости за время t, Дж; m — масса жидкости, протекающей через насос за время t, кг; g — ускорение свободного падения, м/с².

Полезная мощность (мощность, сообщаемая насосом жидкости либо вентилятором газу) при известных производительности и напоре определяется из выражения

N_п =  gQH (6.3.1.5)

и может интерпретироваться как работа, затраченная на подъем на высоту Н жидкости весом rgQDt, отнесенная к промежутку времени Dt.

Эффективная (затрачиваемая) мощность N_эф — это мощность, потребляемая насосом (вентилятором) при перекачивании жидкости (газа) от механического привода, т. е. она может быть измерена на приводном валу насоса. Схема преобразования мощности N_эл, потребляемой электроприводом, сначала в эффективную мощность N_эф, а затем в полезную N_п представлена нарис. 6.3.1.5.

Рис. 6.3.1.5. Схема трансформации мощности при работе нагнетателя от электропривода

Коэффициент полезного действия (КПД) насоса (вентилятора)

(6.3.1.6)

может быть представлен в виде

h = h _г × h _об × h _мех, (6.3.1.7)

где h_г — гидравлический КПД, учитывает потери энергии, обусловленные гидравлическими сопротивлениями внутри насоса (в клапанах и патрубках поршневых насосов, в проточных каналах лопастных насосов и т. п.), т. е. связан со снижением H; h_об — объемный КПД, учитывает потери энергии, вызванные внутренними и внешними утечками жидкости (между всасывающим и нагнетательным патрубками, через уплотнения вала), т. е. обусловлен снижением Q; h_мех — механический КПД, учитывает прочие потери энергии в насосе (на трение в подшипниках, уплотнениях, трение поршня о цилиндр в поршневом насосе, диссипацию энергии в жидкости между диском колеса центробежного насоса и его корпусом и т. п.).

Всасывающая способность обусловлена явлением кавитации и характеризуется максимально допустимой высотой установки насоса (см. 2.2.12) над уровнем жидкости в емкости, из которой она всасывается (при данном давлении в емкости и температуре жидкости).