Файл: Петрина, Н. П. Объемные гидромашины (насосы и двигатели).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 56
Скачиваний: 0
от насоса, в механическую энергию выходного звена (вала, штока) гидродвигателя.
В гидропередачах используется свойство обратимости гидравлических машин как энергопреобразователей. Если в насос будет поступать поток жидкости с достаточной
величиной потенциальной энергии, то он превратится в гид равлический двигатель. Если же при помощи какого-либо двигателя заставить двигаться рабочие органы гидродвига теля, то он будет выполнять роль насоса. При этом следует учесть, что в ряде случаев необходимо некоторое конструк тивное отличие этих машин для обеспечения требуемых усло вий эксплуатации.
По принципу взаимодействия рабочих органов с жидкостью
гидропередачи, как и насосы |
можно разделить на два под |
класса -объешн^^жропе^ом^ |
и гидродинамические переда |
чи. В объемной гидропередаче энергия ее первичного двига теля затрачивается на работу насоса для увеличения потен циальной энергии жидкости, которая расходуется на дейст вие объемного гидродвигателя. К этому подклассу передач, который является наиболее распространенным, относятся поршневые и роторные гидропередачи.
Гидродинамические передачи, называемые иногда турбопередачаии, в конструктивном отношении менее разнообраз
ны, |
чем объемные. |
Такая передача состоит из двух лопаст |
|
ных машин - насоса |
и гидравлической турбины. |
|
|
|
С развитием механизации и автоматизации |
технических |
|
средств корабля возрастает значение гидравлических и |
|||
пневматических приводов. Они применяются для |
преобразова |
||
ния |
вращательного |
движения в поступательное, |
используются |
как |
средства автоматического регулирования скоростей |
и крутящих моментов, решают задачи реверсирования движе ния, широко используются в средствах автоматического управления и т. д.
Из краткого обзора назначения и классификации гидрав лических машин следует, что среди энергопреобразующих 14
машин они являются наиболее разнообразными как по конст руктивному исполнению, так и по обширности выполняемых функций.
Современные корабли, в отличие от кораблей, построен ных до второй мировой войны, насыщаются ракетным оружием, радиолокационными и другими установками боевого назначе ния, для чего отводится доля водоизмещения за счет меха нических установок. Поэтому развитие вспомогательных ме ханизмов и систем сопровождается дальнейшим уменьшением их весов и размеров путем увеличения быстроходности, при менения новых материалов и более рациональных конструк
тивных схем. В настоящее время во всех флотах мира ведутся интенсивные исследования возможности применения полимерных материалов, титана и его сплава. Механизмы и системы из этих материалов значительно легче и устойчивее против коррозионного разрушения.
Появление на морских театрах атомных подводных лодок с большой автономностью плавания вынудило увеличивать автономность плавания надводных кораблей, что в свою оче редь повлияло на увеличение надежности и долговечности действия вспомогательных механизмов и систем, улучшение обитаемости жилых и служебных помещений.
Весьма характерным для современного развития корабель ных вспомогательных механизмов и систем является их авто матизация, что позволяет уменьшать численность личного состава корабля и более рационально использовать запасы для увеличения автономности и дальности плавания.
Отмеченным условиям развития современного корабле строения должны отвечать качества вспомогательных меха низмов. Такие качества достигаются выполнением ряда тре бований, предъявляемых к каждому вспомогательному механиз му и системе, которая обслуживается этим механизмом.
Среди многочисленных требований, которые предъявляются к. корабельным вспомогательным механизмам и системам основ ными являются следующие.
15
1 . Надежность - свойство машины или системы выполнять свои функции при соблюдении безотказности,
ремонтопригодности и долговечности. Свойство машины или системы, которое заключается в приспособлении ее к преду преждению, обнаружению и устранению отказов, называется
р е м о н т о п р и г о д н о с т ь ю . |
О т к а з |
- |
полная или частичная неспособность машины обеспечивать |
||
заданные параметры. Все корабельные гидравлические |
машины |
и системы должны обладать высокой надежностью. Отказ ка кой-либо машины или системы может сорвать выполнение бое вого задания, ухудшить тактико-технические элементы ко рабля или вызвать аварию. Надежность машины обеспечива ется полным соответствием между ее параметрами и парамет рами обслуживаемой системы, правильным выбором материалов, соответствием ее конструкции заданным условиям работы,
соблюдением |
правил эксплуатации. |
Д о л г о в е ч |
н о с т ь |
- выраженная во времени |
способность машины |
поддерживать номинальные параметры на уровне современных требований путем периодических ремонтов. Показателями долговечности могут быть - "срок службы", "ресурс". Пока зателем предельного срока службы является невозможность дальнейшей эксплуатации по соображениям экономичности или безопасности.
2 . Достаточно высокая экономичность. К понятию эконо мичности относятся - стоимость изготовления, эксплуата ционные расходы и коэффициент полезного действия. Умень шение стоимости возможно за счет упрощения конструкции данного вида машин, специализации их производства и при менения полимерных материалов вместо дорогостоящих цветных металлов и сплавов. Уменьшение эксплуатационных расходов можно достичь путем эксплуатации машин на оптимальных параметрах и за счет удлинения междуремонтных периодов, для чего необходимо строгое соблюдение правил эксплуата ции.
Увеличение к. п. д. вспомогательных механизмов и
16
систем возможно за счет уменьшения потерь энергии (гид равлических, механических, тепловых). Это может быть до стигнуто путем снижения скорости жидкости в проточных каналах и улучшением конструктивно-технологических пока зателей. Уменьшение скорости жидкости вызывает увеличение веса и размеров машины .поэтому в процессе ее проектирова ния необходим всесторонний анализ выигрыша от увеличения к. п. д. и проигрыша от увеличения веса и размеров. Оче видно, что машины большой мощности и длительного действия должны иметь более высокую экономичность, чем машины мало мощные, а также кратковременного и периодического дейст вия.
3 . Минимальный вес и габариты. Стоимость изготовления и эксплуатационные расходы в значительной мере определяют ся весом машины или системы, особенно в тех случаях,когда многие ее детали изготовлены из цветных дорогостоящих металлов и сплавов. Кроме того, более легкие и малогаба ритные машины имеют лучшую транспортабельность, их удобнее монтировать и ремонтировать.
Уменьшение весов и размеров гидравлических и воздушных машин можно достичь следующими способами:
-увеличением числа оборотов или скоростей движения рабочих органов;
-созданием более совершенных конструкций и приме нением прочных и легких материалов - пластмасс,алюминие
вых и титановых |
сплавов и т. |
п.; |
|
- |
применением сварных |
и сварно-литых деталей, |
|
вместо |
тяжелых, |
литых; |
|
- блокировкой машин, т. е. объединением нескольких |
|||
машин в один агрегат. |
|
||
4 . Простота |
устройства. Надежность, удобство эксплуа |
тации, стоимость изготовления машины или системы существенно зависят от ее конструктивного исполнения. Следует принимать такие конструкции,которые обеспечивают быстрое устранение неисправностей, не требуют сложных разборок
17
при замене быстроизнашиваемых деталей и могут эксплуати роваться личным составом невысокой квалификации. Для авто матического регулирования и управления машинами и система ми следует применять гидравлические или пневматические си стемы, которые надежнее и проще электрических.
Кроме вышеуказанных общих требований, к корабельным вспомогательным механизмам и системам могут предъявляться частные, но не менее лажные требования, вызванные назначе нием и условиями работы системы. К числу таких требований могут быть отнесены:
а ) маневренность - способность механизма изменять свои режимы работы в заданное время в зависимости от изме нения режимов работы обслуживаемого объекта;
б) характер изменения рабочих параметров; в) уровень шума, создагаемого работающим механиз
мом или системой} г ) стойкость деталей против кавитационного и корро
зийного разрушения; д) герметичность;
е ) требования к тепловой инерции рабочих органов; ж) ударостойкость и т. д.
§ 1.2. Принцип действия гидравлических машин
I . Насос. Действие насоса рассмотрим, пользуясь прин- щ.лиалькой схемой насосной установки (рис. 1.2), в качест ве которой понимается совокупность двигателя 7, насоса 6, всасывающего (подводящего) твубопровода 3 с фильтром 2, напорного (.нагнетательного) трубопровода 10 и запорных устройств 1 и 9 для регулирования и управления установкой. Насос совместно с двигателем называется насосным агрега том. Для краткости дальнейших рассуждений в качестве гидравлической системы условимся понимать сочетание всех частей схемы (рис. 1.2), за исключением насосного агре18
гата. Назначение насоса состоит в том, чтобы подать жидкость
из нижнего резервуара (цистерны, бака, емкости) I |
в резер |
||||
вуар I I , т. е. с |
нижнего уровня (НУ), где |
давление |
р н у ? рав |
||
ное атмосферному или отличное от него, на |
верхний уровень |
||||
(ЕВО с давлением |
p B V , |
которое может |
быть равньаг атмосферно |
||
му и отличное от |
него. |
Расстояние по |
вертикали от |
нижнего |
уровня до верхнего называется геометрическим напором насос ной установки.
Действие насоса любого вида можно условно представить состоящим из следующих трех процессов: всасывания (наполне ния насоса жидкостью), преобразования энергии (увеличение ее в насосе) и нагнетания.
Процесс всасывания - это наполнение всасывающей (прием
ной) полости насоса, которое сопровождается движением (пере19
мещением) жидкости из резервуара I по всасывающему трубо проводу 3 к всасывающему (входному1 патрубку насоса 5. Для непрерывности этого процесса необходимо, чтобы давление во входном сечении всасывающего патрубка В-В,равное р В 1 было бы меньше давления на нижнем уровне жидкости р н у . Для воздуш ных насосов это условие является необходимым и достаточным.
Для насосов |
капельных жидкостей,кроме р н у > р ь , |
необходимо |
|||
еще, чтобы давление |
р в |
было бы больше упругости паров |
|||
жидкости |
р п |
при данной ее температуре. В противном случае |
|||
нарушится условие непрерывности течения капельной жидкости - |
|||||
появится кавитация и всасывающее действие насоса может |
|||||
прекратиться. Кавитацией называется процесс образования |
|||||
парогазовых |
полостей |
(пузырьков) в зоне минимального давле |
|||
ния жидкости с последующей их ликвидацией в области повы |
|||||
шенного давления. Это явление обусловлено испаряемостью |
|||||
капельных |
жидкостей. |
|
|
|
|
Процесс преобразования энергии в насосе состоит в том, |
|||||
что через его рабочий орган (лопасть,поршень, |
винт и т . д . ) |
||||
от двигателя механическая |
энергия передается |
жидкости. В |
результате взаимодействия рабочего органа насоса с жидко стью происходит приращение ее потенциальной или кинетиче ской энергии или же одновременно той и другой.Так,например, у объемных насосов увеличивается потенциальная энергия перекачиваемой жидкости, у центробежных - потенциальная и
кинетическая, у струйных - кинетическая, которая затем |
|
|||
преобразуется в потенциальную. |
|
|
|
|
Для процесса нагнетания, т. е. отвода |
жидкости от |
насо |
||
са и подачи ее к потребителю на верхний уровень ВУ, необ |
||||
ходимо и достаточно, чтобы величина |
энергии жидкости, |
|
||
уходящей из насоса, была бы достаточной |
для преодоления всех |
|||
сопротивлений на пути ее движения, |
Для |
этого давление |
р н |
|
в напорном патрубке 8, в сечении Н-Н должно быть больше |
||||
давления на верхнем уровне, т. е. p H > p B v . |
По способности |
к всасыванию капельной жидкости все насосы можно разделить на самовсасывающие и несамовсасывающие. Если перед пуском 20