Шпаргалка по курсу "Гидравлика"

Объёмная гидропередача представляет собой гидравлическую передачу составленную из объёмного насоса, объёмного гидродвигателя и магистральной линии (трубопровода).

Гидродинамическая передача представляет собой гидравлическую передачу в которой крутящий момент передаётся за счёт изменения момента количества движения рабочей жидкости протекающей в раб. колёсах. Они делятся на: - гидромуфты, -гидротрансформаторы.

 

Гидропередачи по сравнению с механическими  передачами (муфты, коробки скоростей, редукторы и т.д.) имеют следующие  преимущества. 
1. Плавность работы. 
2. Возможность бесступенчатого регулирования скорости. 
3. Меньшая зависимость момента на выходном валу от нагрузки, приложенной к исполнительному органу. 
4. Возможность передачи больших мощностей. 
5. Малые габаритные размеры. 
6. Высокая надежность. 
Эти преимущества привели к большому распространению гидропередач, несмотря на их несколько меньший, чем у механических передач КПД.

 

40. Понятие о гидравлических  машинах 
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. 

41. Напор насоса.

Сх. насосной установки состоит  из насоса 4, подводязщей(всасывающей) трубы 2, и напорного трубопровода 5, отводящий жидкость к месту  назначения. В нижней части трубы  установлена сетка 1, предохраняет от попадания в насос посторонних  предметов, и обратный клапан необходимый  для заливки насоса и подводящего  трубопровода жидкость перед впуском  насоса и предупреждает обратное движение жидкости в случае остановки  насоса. При работе насоса во всасывающей  трубе и в камере насоса создается  разряжение от чего жидкость под действием  давления на свободную поверхность 0-0 поднимающейся во всасывающей  трубе в камеру насоса. При этом напор  соответствующий внешнему давлению расходуется на поднятие жидкости от уровня 0-0 до центра насоса, т.е. на геометрическую высоту всасывания Н_ВС, а также на преодоление давления жидкости при входе в насос и на создание скорости движения жидкости во всасывающей трубе, а так же на преодоление всех гидравлических сопротивлений во всасывающей трубе, в сетке и клапанами h_ВС.

Т.об. на основе уравнения Бернулли: ; или ,

где ρ – плотность перекаченной жидкости; - вакуумметрическое давление при входе в насос, измеряется по вакуумметру 3; - вакуумметрическая высота всасывания.

Допускаемое вакуумметрическое давление объемно указывается в паспортах  прилагаемых к насосу. Для процесса всасывания необходимо чтобы давление всасывания Р_ВС, создаваемое поршнем было всегда больше давления паров жидкости при температуре перекачки. На процесс всасывания влияет температура жидкости. Чем выше температура жидкости на всасывание, там меньше допускаемое вакуумметрическое давление и соответственно вакуумметрическая высота всасывания насоса. На высоту всасывания также влияет вязкость жидкости. Высота всасывания уменьшается с увеличением вязкости жидкости, т.к. увеличивается потери напора.

Всасывание жидкости происходит под  влиянием разряжения, про пониженном давлении в насосе до давления насыщения  паров происходит само вскипание  жидкости, при котором возникает  явление кавитации. При этом образуются пузырьки пара, которые увлекают движение потоком, затем эти пузырьки отрываются от него  и подходят  к твердым стенкам,  где конденсируются, а окружающие частицы жидкости с большой скоростью устремляются в освобождающееся пространство, при этом имеет место гидравлический удар. Эти удары вызывают появление шума и недопустим в насосе, снижается КПДи вызывает разрушение металла.

Кавитация разрушает течения потока и нормальную работу насоса, поэтому  она недопустима. Для борьбы с  кавитацией проводят ряд мероприятий, которые сводят к следующему: 1. Правильно  выбирают высоту всасывания. 2. Уменьшают  потери напора во всасывающем трубопроводе, путем увеличения диаметра, уменьшения длины. 3. Не допускают не плотности  в трубопроводе.

Кавитация также может возникнуть в трубопроводе и др устройствах, где поток жидкости сначала суживается, а затем расширяется (краны, клапаны, диафрагмы)

Энергия насоса для подъема жидкости с нижних уровней на верх, высота Н_Г- геометрический напор и для преодоления гидравлических сопротивлений во всасывающих h_BC и нагнетательных h_НАГ трубопроводах называющихся напора насоса.

Если давление в нижнем резервуаре Р₁ и верхнего резервуара (гидроцил.) Р₂ различны, то насос должен преодолеть разницу давлений Р₂-Р₁, тогда напор

  .

Т.к. манометр 6 показывает избыточное давление и вакуумметр 3 разряж., то напор насоса можно определить по показателям приборов:

; - показатель манометра и вакуумметра; z-расстояние между вакуумметром и манометром; средняя скорость в местах соединения труб манометра и вакуумметра.

Пренебрегают обычно малым значением  величины z, , Р₂=Р₁=Р_Б

Получим:

Формулой (1) пользуются для вновь  проектирующихся, а формулой (2) для  эксплуатирующийся установок.

Высота всасывания ограничивается величиной барометрического давления, а высота нагнетания не ограничена. Поэтому при конструировании  насоса определенной высоты нагнетания необходимо учесть соответствующее  давление.

 

42. Подача, мощность и  КПД насоса.

Подача (производительность) – количество жидкости подаваемое насосом в ед. времени.

Энергия получаемая от ЭД затрачивается  в насосе на перемещение жидкости и потери на перемещение жидкости.

КПД – отношение полезной мощности к мощности на валу.

Это значение приводится в паспортных данных к  ЭД насоса.

Мощность на валу ЭД определяется:

Мощность двигателя для насоса следует определять по формуле:

Где а=1,1 - 1,15 – коэффициент запаса мощности.

Значение КПД зависит от его  марки и степени изношенности; так для поршневых двигателей КПД = 0,7 – 0,85 , а для центробежных 0,5 – 0,9.

Этот КПД представляет собой  произведение 3-х КПД:

     где

η_о  - объёмный КПД, учитывающий потери утечки жидкости (0,8 – 0,95)

η_г  - гидравлический КПД, учитывающий затраты энергии от трения и скоростные потери в насосе (0,8-0,98)

η_м – механический КПД, учитывающий потери в подшипниках и др. (0,9-0,98)

η_п – КПД передачи учитывающий род передачи мощности к насосу, обычно принимают равным единице для непосредственного соединения, через упругую муфту (КПД=0,95 для ремённой передачи).

 
43. Классификация и принцип действия  поршневых насосов.

44. Производительность, КПД,  степень неравномерности поршневых  насосов.

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 трубопроводу5 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.

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. 

45. Шестерённые насосы 
Шестеренные машины в современной технике нашли широкое применение. Их основным преимуществом является конструкционная простота, компактность, надежность в работе и сравнительно высокий КПД. В этих машинах отсутствуют рабочие органы, подверженные действию центробежной силы, что позволяет эксплуатировать их при частоте вращения до 20 с^-1. В машиностроении шестеренные гидромашины применятся в системах с дроссельным регулированием. 
Шестеренные насосы. Основная группа шестеренных насосов состоит из двух прямозубых шестерен внешнего зацепления (рис.3.1, а). Применяются также и другие конструктивные схемы, например, насосы с внутренним зацеплением (рис.3.1, б), трех- и более шестерные насосы (рис.3.1, в).

 
а - с внешним зацеплением; б - с  внутренним зацеплением; в – трехшестеренный 
Шестеренный насос с внешним зацеплением (рис.3.1, а) состоит из ведущей 1 и ведомой 2 шестерен, размещенных с небольшим зазором в корпусе 3. При вращении шестерен жидкость, заполнившая рабочие камеры (межзубовые пространства), переносится из полости всасывания 4 в полость нагнетания 5. Из полости нагнетания жидкость вытесняется в напорный трубопровод. 
В общем случае подача шестерного насоса определяется по формуле  
где k - коэффициент, для некорригированных зубьев k = 7, для корригированных зубьев k = 9,4; D - диаметр начальной окружности шестерни; z - число зубьев; b - ширина шестерен; n - частота оборотов ведущего вала насоса; η_об - объемный КПД.

Шестеренный насос в разобранном состоянии  представлен на рис.3.2. Шестеренный  насос состоит из корпуса 8, выполненного из алюминиевого сплава, внутри которого установлены подшипниковый блок 2 с ведущей 1 и ведомой 3 шестернями и уплотняющий блок 5, представляющий собой другую половину подшипника. Для радиального уплотнения шестерен в центральной части уплотняющего блока имеются две сегментные поверхности, охватывающие с установленным  зазором зубья шестерен. Для торцевого  уплотнения шестерен служат две поджимные  пластины 7, устанавливаемые в специальные  пазы уплотняющего блока с обеих  сторон шестерен. В поджимных пластинах  и в левой части уплотняющего блока есть фигурные углубления под  резиновые прокладки 6. Давлением  жидкости из полости нагнетания пластины 7 прижимаются к торцам шестерен, благодаря чему автоматически компенсируется зазор, а утечки остаются практически  одинаковыми при любом рабочем  давлении насоса. Ведущая и ведомая  шестерни выполнены заодно с цапфами, опирающимися на подшипники скольжения подшипникового и уплотняющего блоков. Одна из цапф ведущей шестерни имеет  шлицы для соединения с валом  приводящего двигателя. Насос закрывается  крышкой 4 с уплотнительным резиновым  кольцом 9. Приводной вал насоса уплотнен резиновой манжетой, закрепленной специальными кольцами в корпусе насоса. 
Шестеренные насосы с внутренним зацеплением сложны в изготовлении, но дают более равномерную подачу и имеют меньшие размеры. Внутренняя шестерня 1 (см. рис.3.1, б) имеет на два-три зуба меньше, чем внешняя шестерня 2. Между внутренней и внешней шестернями имеется серпообразная перемычка 3, отделяющая полость всасывания от напорной полости. При вращении внутренней шестерни жидкость, заполняющая рабочие камеры, переносится в напорную полость и вытесняется через окна в крышках корпуса 4 в напорный трубопровод. 
Равномерность подачи жидкости шестерным насосом зависит от числа зубьев шестерни и угла зацепления. Чем больше зубьев, тем меньше неравномерность подачи, однако при этом уменьшается производительность насоса. Для устранения защемления жидкости в зоне контакта зубьев шестерен в боковых стенках корпуса насоса выполнены разгрузочные канавки, через которые жидкость отводится в одну из полостей насоса. 
Шестеренные гидромоторы. Работа шестеренных гидромоторов осуществляется следующим образом. Жидкость из гидромагистрали (см. рис.3.1, а) поступает в полость 4 гидродвигателя и, воздействуя на зубья шестерен, создает крутящий момент, равный 
 
где η_м - механический КПД гидромотора. 
Конструктивно шестерные гидромоторы отличаются от насосов меньшими зазорами в подшипниках, меньшими усилиями поджатия втулок к торцам шестерен, разгрузкой подшипников от неуравновешенных радиальных усилий. Пуск гидромоторов рекомендуется производить без нагрузки. 
Шестеренные машины являются обратимыми, т.е. могут быть использованы и как гидромоторы и как насосы. 
 
46. Роторно-пластинчатые (шиберные) насосы. 
Пластинчатые насосы и гидромоторы так же, как и шестеренные, просты по конструкции, компактны, надежны в эксплуатации и сравнительно долговечны. В таких машинах рабочие камеры образованы поверхностями статора, ротора, торцевых распределительных дисков и двумя соседними вытеснителями-платинами. Эти пластины также называют лопастями, лопатками, шиберами. 
Пластинчатые насосы могут быть одно-, двух- и многократного действия. В насосах однократного действия одному обороту вала соответствует одно всасывание и одно нагнетание, в насосах двукратного действия - два всасывания и два нагнетания. 
Схема насоса однократного действия приведена на рис.3.3. Насос состоит из ротора 1, установленного на приводном валу 2, опоры которого размещены в корпусе насоса. В роторе имеются радиальные или расположенные под углом к радиусу пазы, в которые вставлены пластины 3. Статор 4 по отношению к ротору расположен с эксцентриситетом е. К торцам статора и ротора с малым зазором (0,02…0,03 мм) прилегают торцевые распределительные диски 5 с серповидными окнами. Окно 6 каналами в корпусе насоса соединено с гидролинией всасывания 7, а окно 8 - с напорной гидролинией 9. Между окнами имеются уплотнительные перемычки 10, обеспечивающие герметизацию зон всасывания и нагнетания. Центральный угол , образованный этими перемычками, больше угла между двумя соседними пластинами. 
При вращении ротора пластины под действие м центробежной силы, пружин или под давлением жидкости, подводимой под их торцы, выдвигаются из пазов и прижимаются к внутренней поверхности статора. Благодаря эксцентриситету объем рабочих камер вначале увеличивается - происходит всасывание, а затем уменьшается - происходит нагнетание. Жидкость из линии всасывания через окна распределительных дисков вначале поступает в рабочие камеры, а затем через другие окна вытесняется из них в напорную линию.