Методичні вказівки. Гідравлічні машини – це машини, які створюють або використовують потік рідини під тиском

Гідравлічні машини – це машини, які створюють або використовують потік рідини під тиском. Їх класіфікують за різними ознаками. В залежності від напрямку передачі енергії їх розділяють на дві основні групи: насоси і гідродвигуни.

Насоси сприймають енергію через приводний вал або шток і віддають її рідині.

Гідродвигуни сприймають енергію від потоку рідини під тиском і віддають її на вихідний вал або шток. Більшість гідромашин може працювати як в режимі насоса, так і в режимі двигуна.

По принципу дії гідравлічні машини розділяють на два основних класи: об’ємні (поршневі і роторні) і динамічні (лопатні і вихрові).

В об’ємному насосі об’єми робочих камер в процесі роботи насоса періодично змінюються. Збільшення об’єму камер супроводжується заповненням їх рідиною, а зменшення обє’му – витісненням рідини в напірний трубопровод. При цьому рідині сполучається потенційна енергія тиску при практично незмінній кінетичній енергії рідини.

В динамічному (наприклад лопатному) насосі в процесі роботи (обертання робочого колеса) має місце силова дія обтікаємих лопаток робочого колеса на потік. При цьому рідині сполучається як потенційна, так і кінетична енергія.

Головними параметрами насосів являються: подача, напір, потужність, ККД, частота обертання.

Подача насоса Q – витрата рідини через його напірний патрубок. В СІ розмірність м³/с.

Напір насоса Н – це різниця енергій одиниці ваги рідини або повних напорів після насоса і перед ним

Н=

де індекс н – напірний патрубок;

індекс в – всмоктувальний патрубок.

Тиск насоса – р=rgH.

Корисна потужність насоса – потужність, придбана потоком рідини в насосі – це робота, яка передається насосом за одиницю часу, вимірюється в Ватах

N_г=rgHQ=pQ

Споживаєма потужність – це потужність підведена до вала насоса від зовнішнього джерела.

N_b=Mw, N_w=F v

де М – крутний момент на валу насоса;

w - кутова швидкість обертання валу;

F – зусилля на точці;

v – швидкість потоку.

Коефіцієнт корисної дії насоса

h=

Втрати потужності в насосах розподіляються на три види:

- механічні – втрати потужності на тертя в підшипниках, їм відповідає механічний ККД h_м;

- об’ємні – втрати потужності на перетікання частини рідини q через зазори між робочим органом і корпусом. Об’ємним втратам відповідає об’ємний ККД

h_о=

де Q_к – подача робочого органа;

- гідравлічний – втрати потужності за рахунок втрат напору h під час руху рідини через елементи насосу. Їм відповідає гідравлічний ККД

h_г=

де Н_т – теоретичний напір, тобто напір, який створює робочий орган.

ККД гідромашини – це добуток часткових ККД

h=h_м×h_о×h_г

Гідродвигун є машиною, зворотньою насосу.

Корисна потужність гідромотора

N_гм=М×w

а силового гідроциліндра

N_гц=F× v

Споживана гідродвигуном потужність на вході

N_в=Dp_дQ

де Dр_д – різниця тисків на вході і виході двигуна.

Отже, ккд гідромотора

h=

ккд силового гідроциліндра

h=

Ще один параметр гідромашини – частота обертання робочого колеса n, с^-1, або кількість подвійних ходів штока за секунду.

Для об’ємних машин важливим параметром є робочий об’єм V₀ – різниця найбільшого і найменшого об’ємів робочих камер, через які рідина протікає за один оберт або подвійний хід.

Необхідно мати на увазі, що любий насос може працювати при різних режимах, тобто при різних подачах, напорах і частотах обертання.

Кожному режиму роботи буде відповідати певне значення ККД насоса і спожита ним потужність. Режим роботи насоса (робоча точка) при деякій постійній частоті обертання визначається по точці перетину характеристик насоса і трубопровода. Для нормальної роботи насоса любого типу необхідно, щоб апсолютний тиск на вході в насос був більше тиску насиченої пари на величину, називаєму кавітаційним запасом тиску. В противному випадку у вхідній частині насосу де апсолютний тиск мінімальний може виникнути кавітація.

Питання для самоперевірки.

1. Яке призначення насоса, мотора?

2. Принцип дії об’ємних і динамічних гідромашин.

3. Що таке напір насоса і як його виразити через параметри рідини на вході і виході?

4. Що таке ККД насоса і як його виразити через механічний, об’ємний і гідравлічний ККД?.

5. Як виразити механічний, об’ємний, гідравлічний ККД?

6. Як виразити корисну потужність насоса?

7. Як виразити спожиту потужність насоса через його корисну потужність?

8. Поясніть процес кавітації. Що таке висота всмоктування, висота нагнітання? Протикавітаційні заходи.