3.1. Силовое оборудование.

Силовое оборудование – конструктивные модули преобразования различных форм энергопотоков (теплового, электрического, механического) выполненные в виде двигателей или по схеме «двигатель - генератор».

 

Они являются составной частью привода СМ или представляют собой самостоятельные энергетические машины (электро и гидростанции, компрессорные установки и станции), используемые для оснащения энергией других машин. Основной характеристикой, оценивающей эффективность преобразования энергии в указанных машинах, является их КПД. Он учитывает непосредственные затраты энергии, связанные процессом её преобразования, и вспомогательные затраты (механические) её передачи от входа к выходу в данном устройстве.

3.1.1. Двигатели

В качестве первичных двигателей наиболее широко используются ДВС дизельные и реже бензиновые, а также электрические. Их характеризуют набором рабочих (эксплуатационных) характеристик в виде зависимостей вращающего момента М на валу (М), мощности (N), расхода энергоносителя от частоты вращения вала (n). Важное значение для реализации рабочего процесса имеет внешняя механическая характеристика (ВМХ) в виде зависимости M(n). В силу того, что она характеризует структурные составляющие передаваемой мощности энергопотока, по ней может быть оценена жесткость dM/dn и коэффициент перегрузки в виде отношений пусковых и номинальных значений М.

 

 

Рис 3.1.   Рабочий цикл четырехтактного поршневого ДВС:

I: а) впуск, б) сжатие, в) рабочий ход, г) выпуск;

1-поддон, 2-блок картера с цилиндром, 3-головка, 4-всасывающий клапан, 

5-форсунка (для дизеля) или свеча зажигания (для бензинового ДВС),  

6-нагнетательный клапан, 7-поршеньс поршневыми кольцами,8-шатун, 

9-кривошип (колено коленвала)

II: индикаторная диаграмма: АБ - адиабатный процесс сжатия;

БВ и ВГ – процессы подвода теплоты; ГД– адиабатный процесс

 расширения; ДА – процесс отвода теплоты;ВМТ – верхняя мертвая  точка

положения поршня; НМТ – нижняя мертвая точка положения поршня

III: эксплуатационные характеристики дизель ЯМЗ – 6561.10 ( V=11,15 л )

3.1.2. Насосы

Насосы – группа энергетических машин (оборудования) с собственной первичной силовой установкой, предназначенная для перекачивания (подачи) под давлением по трубопроводу различных сред: жидкостей, текучих материалов, газов, в том числе и воздуха.

 

Их основными характеристиками являются зависимость реализуемого расхода Q (подачи) от давления p, создаваемого насосом (в виде Q=Q(p)), а также номинальные значения мощности и частоты вращения вала приводного двигателя, входящего в состав этих машин.

 

Мощность насосов – эта мощность, отдаваемая рабочему потоку, проходящему в напорную магистраль. Напор определяется как разность удельных энергий рабочей среды в сечениях, соответствующих концу всасывания и началу напора и равняется сумме или разности геометрических высот напора и всасывания, плюс сумме потерь давления на пути всасывания и напора. Насосы классифицируют также по ряду признаков, отражающих их технологические возможности и конструктивное исполнение.

 

Насосы входят в состав передач (гидро- и пневмо-), которые совместно с первичной силовой установкой формируют привод СМ. Использование в них микропроцессоров позволяет оптимизировать расход энергоносителя. Помимо привода СМ насосы нашли широкое применение как самостоятельное оборудование.

 

 

По виду подаваемых сред наиболее широкое применение нашли: насосы чистой воды; пульпонасосы, обеспечивающие подачу смеси грунта с водой; воздушные насосы (воздуходувные); насосы для строительных составов: цемента, раствора, бетонной смеси, битума, красочных составов и др.

 

По принципу действия различают две подгруппы насосов: объемного и динамического (рис. 3.2).

 

 

Рис. 3.2. Основные разновидности насосов:

а) статические (объемные); б) динамические

 

Объемные насосы различаются широким разнообразием конструктивного исполнения. Их характерным модулем является насосная группа, с рабочей камерой и замыкающим элементом - вытеснителем, периодически изменяющим ее объем.

 

Рабочий цикл насосов включает процессы всасывания перекачиваемой среды, сжатие (для податливых сред, в частности воздуха) и нагнетания. Процессы всасывания и нагнетания происходят через соответствующие устройства-клапаны или через патрубки циклически или непрерывно. Объемные насосы (кроме машин с клапанным распределением) могут работать и в режиме мотора. Характер движения вытеснителя может быть возвратно-поступательным, вращательным и комбинированным. Объем рабочей среды, перекачиваемой за один цикл движения вытеснителя, называют рабочим объемом насоса. Таким образом, их подача пропорциональна рабочему объему и частоте движения вытеснителя и не зависят от напора. Неизбежные утечки рабочей среды из рабочей камеры, не идеальная работа клапанной системы и ряд других причин снижают подачу объемных насосов, что учитывается значения их объемного КПД (η_об), являющегося одной из составляющих общего КПД насоса (η).

 

Динамические насосы преобразуют кинетическую энергию потока среды в потенциальную в виде постоянного статического давления.

 

 Динамические потоки создаются с помощью направляющих лопастных аппаратов (устройств), расположенных на рабочих колесах и образующих систему каналов для плавного отвода среды в расширяющуюся камеру. С увеличением сечения камеры создается значительный вакуум, большая пропускная способность и дополнительный напор. Динамические насосы, в зависимости от направления подачи рабочей среды, бывают осевой и радиальной конструкций. Последние называют центробежными.

Основным уравнением динамических насосов является зависимость их напора от скоростных характеристик потока на входе и выходе. Подача динамических насосов определяется произведением площади живого сечения потока на среднюю скорость рабочей среды нормальной к этому сечению с учетом объемного КПД (η_об) и коэффициента стеснения потока.