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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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