Основные контрольные вопросы

1. Что такое кавитация, каковы её внешние признаки?

2. Что называется кавитационным запасом h и как его опре­делить при испытаниях?

3. Что называется критическим кавитационным запасом h_кр?

4. Что называется допускаемым кавитационным запасом h_доп?

5. Формула Руднева для определения критического кавитационного запаса?

6. Что такое высота всасывания и как она связана с кавитацией?

7. Что называется кавитационной характеристикой и как она изображается графически?

8. Что называется частной кавитационной характеристикой и как её получить при испытаниях?

9. Порядок работы при снятии частной кавитационной харак­

10. Как получают кавитационную характеристику центробеж­ного насоса?

Литература к работе 2- 2: 8, 20, 41, 51, 66.

Работа 2. 3. Испытания нерегулируемого объемного насоса

Объемным насосом называется насос, в котором жидкость пе­ремещается путем периодического изменения объема занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом на­соса. К объемным «насосам относятся: возвратно-поступательные и роторные насосы.

Возвратно-поступательные насосы- объемные насосы с прямо­линейным возвратно-поступательным движением рабочих органов независимо от характера движения ведущего звена насоса. Рабо­чими органами могут быть поршень, плунжер, диафрагма, а насо­сы соответственно- поршневыми, плунжерными и диафрагменными. Эти насосы широко применяются для перемещения (пере­качивания) различных жидкостей. Среди них поршневые насосы являются наиболее простыми.

Роторные насосы- объемные насосы с вращательным или вращательным и возвратно-поступательным движением рабочих орга­нов независимо от характера движения ведущего звена насоса. К ним относятся: аксиально-поршневые, радиально-поршневые, пла­стинчатые, шестеренные, винтовые. Роторные насосы применяются в основном в объемных гидроприводах. Объемные насосы могут развивать давление до 250 МПа. Они могут быть нерегулируемыми (с постоянной подачей) и регулируемыми (с изменяемой подачей). Ниже будут рассмотрены нерегулируемые насосы.

Поршневые насосы- объемные насосы, у которых вытеснение жидкости из неподвижных рабочих камер производится в резуль­тате прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня..

Роторные аксиально-поршневые насосы- насосы, у которых оси поршней или плунжеров параллельны оси вращения ротора (бло­ка) цилиндров или составляют с ней угол менее 45°. Такие насосы являются наиболее распространенными в гидроприводах. Они способны обеспечить высокую подачу при большом давлении и вы­соком КПД, высокую частоту вращения рабочего органа и точность регулирования подачи при малых габаритах, весе и малой инер­ционности. Насосы развивают давление до 32 МПа, реже до 55 МПа. При оптимальном режиме объемный КПД составляет 0,97... 0,98, а КПД насоса- до 0,95. Эти насосы могут иметь до 7 ... 9 цилиндров диаметром 10-50 мм при угле наклона блока цилиндра или диска 20 ... 30".

Рис. 2.7. Схемы аксиально-поршневых насосов а)- с наклонным блоком цилиндров; б) -в)- с наклонным диском.

Существует большое количество конструкций аксиально-пор­шневых насосов, однако их можно разделить на две группы, отличающиеся схемой связи блока цилиндров с приводом (рис. 2.7 а, б, в): с наклонным блоком цилиндров (а) и с наклонным диском (б, в).

Для обеспечения подачи насоса необходимо возвратно- поступа­тель-ное движение поршней, кото­рое возможно при наличии угла наклона блока цилиндров или диска. У нерегулируемых насосов этот угол постоянный.

На рис. 2. 8 показана конструкция бес­карданного нерегулируемого ак­сиально-поршневого насоса с нак­лонным блоком цилиндров типа 210

Рис 2.8. Нерегулируемый бескарданный насос типа 210.

Вал 1 вращается в шарикоподшипниках 2 и заканчивается диском 4. Вращение блока цилиндров 5 и перемещение поршней 9 в цилиндрах происходит с помощью штоков 10. Каждый шток одной сферической головкой закреплен в диске 4, а второй- в поршне. Блок цилиндров имеет семь поршней и вращается на центральном шипе 6, который опирается с одной стороны сфери­ческой головкой на диск, а с другой- на втулку сферического распределителя.

Смазка деталей блока цилиндров осуществляется из рабочих камер по сверлениям в днищах поршней, штоков и сферического распределителя 7.

Распределитель 7 крепится неподвижно к внутренней поверх­ности крыши 8. Два серпообразных выреза распределителя совме­щены с отверстиями крышки, и через них со всасывающей и напор­ной гидролиниями.

Роторные радиально-поршневые насосы- насосы, у которых оси поршней или плунжеров перпендикулярны оси вращения ротора или составляют с ней углы более 45°.

Насосы имеют звездообразное расположение цилиндров. В одном ряду может располагаться от 5 до 13 цилиндров, а количе­ство рядов может достигать 6. Такие насосы могут обеспечить дав­ление до 100 Мпа. Они имеют большой срок службы, но более громоздки, чем остальные насосы и имеют более высокие момен­ты инерции, менее приёмисты и более тихоходные.

Принципиальная схема радиально-поршневого насоса одно­кратного действия приведена на рис. 2.9. 0н состоит из статора 6, ротора 2, плунжеров 4, распределителя 3. При вращении ротора плунжеры сферическими головками соприкасаются с внутренней поверхностью

Рис. 2.9. Схема радиально-поршневого насоса.

cтатора и совершают возвратно-поступательное дви­жение относительно цилиндров. Последние своими каналами сое­диняются со всасывающим каналом 5, когда плунжеры отходят от распределителя 3, и с напорным каналом 1, когда плунжеры вы­тесняют жидкость из цилиндров.

Наличие эксцентриситета е определяет величину хода плун­жера, а следовательно, и подачу насоса. У нерегулируемых насо­сов е = const.

Пластинчатые насосы. Эти насосы просты по конструкции, имеют малые габариты и вес, развивают давление до 17 МПа.

Схема пластинчатого насоса однократного действия показана на рис. 2.10. Насос состоит из ротора 2, ось вращения которого смещена относительно оси статора 3 на величину эксцентриситета е. В пазах ротора установлены (радиально или под углом к ра­диусу) от 6 до 12 пластин 1, ко­торые прижимаются к внутрен­ней поверхности статора давле­нием жидкости, пружинами или центробежными силами.

Рис. 2.10. Схема пластинчатого насоса однократного действия.

При вращении ротора пластины совершают, кроме вращательного, и возвратно-поступа­тельное движение в пазах ротора, образуя замкнутые объемы-камеры, которые непре­рывно меняют свою величину. При увели­чении объема происходит всасывание, при уменьшении - нагнетание. В насосах за один оборот ротора два раза происходит всасывание, нагнетание жидкости. Насосы двукратного действия - нерегулируемые.

Шестерённые насосы. Бывают низкого и высокого давления.

Насосы низкого давления применяются в системах смазки или системах подпитки гидроприводов, насосы высокого давления- в гидро-приводах.

Рис. 2.11. Схема шестеренного насоса.

Шестерённые насосы состоят из двух одинаковых цилиндри­ческих шестерен, совершающих вращательное движение (рис.2.11). При вращении шестерён в противоположные стороны зубья выхо­дят из зацепления и объем впадин шестерен заполняется жидкостью и переносится на сторону нагнетания, где и вытесняется при входе зубьев в зацепление. Шестерённые насосы малого давления (0,4...0,6 МПа) при-меняются в системах смазки различных машин, а с давлением 7 ... 16 Мпа-в гидроприводах. Широкое распростра­нение получили насосы типа НШ. Они развивают номинальное давление 10...16 МПа и максимальное- до 25 МПа, объемный КПД их- 0,92, а КПД насоса- до 0,85.

Винтовые насосы.Отличаются высокой надежностью, компакт-ностью, бесшумностью в работе и равномерной подачей жидкости. Они выпускаются в двух и трехвинтовом исполнении. Трехвинто­вой насос (рис. 2.12)состоит из трех винтовых роторов, средний из которых, (диаметром Д_н) является ведущим, а два боковых (диаметромd_н)служат в качестве уплотнителей ведущего винта. При вращении винтов их нарезки, взаимно замыкаясь, отсекают во впадинах некоторые объемы жидкости и перемещают их вдоль оси вращения.

Насосы развивают давление до 20 МПа и имеют КПД 0,80,85.

Винтовые насосы- нерегулируемые. Применяются в гидропри­водах, маслосистемах турбин и для подачи вязких жидкостей.

Рис. 2.12. Трехвинтовой насос.

Основными техническими показателями объемного насоса яв­ляются: подача, рабочий объем, давление, мощность и КПД. Все они, кроме рабочего объема, были рассмотрены ранее (см. работу 2.1), поэтому на них в данной работе останавливаться не будем.

Рабочий объем насоса q_н- разность наибольшего и наимень­шего значений замкнутого объема за оборот или двойной ход ра­бочего органа насоса. Он связан с идеальной подачей зависимостью:

где Q_т и n_н- идеальная подача и частота вращения.

Характеристики нерегулируемых объемных насосов. Характеристи­ка объемного насоса- графические зависимости подачи Q, мощ­ности N и КПД) от давления р при постоянных значениях частоты вращения и плотности жидкости на входе в насос, т. е. Q= f(р), N= f(p), = f(p). Объ-емные насосы различных типов имеют ана­логичные характеристики (рис. 2.13).

1. Напорная характеристика нерегулируемого насоса есть Q= (p). Иде-альная подача Q_т не зависит от давления, поскольку Q_т= q_нn_н. Очевидно, Q_т= f(р) при n_н= const изобразится пря­мой, параллельной оси р (см. прямую 1 на рис. 2. 13).

Рис. 2.13. Характеристика нерегулируемого объемного насоса.

Напорная характеристика для реальной подачи Q= f(P) при n_н= const (прямая 2 на рис. 2.13) несколько отклонится вниз от прямой 1. Такое отклонение связано с наличием утечек жидко­сти Q в насосе через зазоры из области нагнетания в область вса­сывания. Утечки жидкости прямо пропорциональны давлению и об­ратно пропорциональны вязкости жидкости. Если вязкость жид­кости ₂<₁, то утечки будут больше и прямая 3 на рис. 2. 13 бу­дет проходить ниже прямой 2, если ₂>₁- выше.

2. Напорная характеристика нерегулируемого насоса с пере­ливным клапаном (рис. 2.14 6).

Для того, чтобы обезопасить насос 2 и гидросеть 3 от чрезмер­ного повышения давления при уменьшении подачи до Q_c, параллель­но насосу 2 ставят переливной (перепускной) клапан, который от­крывается под действием повышенного давления и пропускает часть подачи насоса Q_КЛ через клапан в бак. Наличие клапана изменяет (ломает) характеристику насоса в точке 2. Прямая 2-3 отклоня­ется от вертикали. Величина участка 3-4 составляет 10...15% от давления настройки клапана р_НК и зависит от характеристики кла­пана.

а) б)

n = const, q = const

3

2

1

2

4

4

Рис. 2.14. Схема насоса с переливным клапаном (а) и его напорная характеристика (б).

На участке 2-3 подача жидкости в гидросеть равна:

Наряду с рассмотренными находят применение универсальные или топо-графические характеристики. На них изображаются напор­ные характе-ристики для различных значений частот вращения n_Н и кривые равных КПД и мощностей. Эти характеристики получа­ют при испытаниях насоса на специальных установках.

Рис. 2.15. Установка для испытания нерегулируемого насоса.

Цель работы: 1. Усвоить принцип действия и изучить работу насос­ной установки с объемным нерегулируемым насосом.

2. Освоить методику испытаний нерегулируемого объемного насоса.

3. Получить характеристику .нерегулируемого объемного насоса.

Описание установки. Установка с открытой системой циркуляции жидкости (рис. 2.15) включает в себя: объемный насос 1, балансирный электродвигатель 114, бак 8, всасывающий 6 и нагнетатель­ный 3 трубо-проводы, дроссель 15, теплообменнике, фильтр 10, пре­дохранительный клапан 2 и контрольно-измерительную аппарату­ру, служащую для замера: подачи (расходомер II), давления (ма­нометр 4 и вакуумметр 5), мощности-насоса (балансирный элек­тродвигатель 14 с весами и рычагом 13 и тахометром 12), .темпе­ратуры рабочей жидкости (термометр 7). При работе установки рабочая жидкость по всасывающему трубопроводу 6 поступает в насос, затем по напорному трубопроводу 3 через регулируемый дроссель 15 (если он открыт) к расходомеру 11, фильтру 10 и теплообменнику 9 в бак 8. В случае, если дроссель закрыт или открыт частично, давление за насосом повышается и, если станет больше давления настройки клапана р_НК, предохранительный клапан 2 от­кроется и будет пропускать через себя в бак всю жидкость или часть её.

Порядок выполнения работы и обработка опытных данных: 1.Включить установку и добиться требуемого температурного режима.

2. Изменяя положение дросселя 15, обеспечить давление на выходе из насоса равным: минимально возможному (нуль), 0,25; 0,5; 0,75; 1,0 и 1,05 номинального давления.

3. При каждом режиме работы снять показания: манометра- р_м, вакуумметра- р_в, расходомера- Q_on , тахометра- n_оп, весов- F, термометра t°C и записать их в табл. 2. 6.

4. Выключить установку.

5. Вычислить технические параметры работы насоса и результаты записать в табл. 2. 6.

Давление насоса

ПриZ_м<2_м допускается принимать

Подача насоса Q_оп определяется расходомером или объемным спосо-бом, в последнем случае необходимо знать время наполнения измеряемого объема в мерном баке. Идеальная подача Q_т находит­ся по графику Q_т= f(р) на продолжении кривой при значении дав­ления р= 0.

Мощность насоса N_оп

где L- плечо балансирного электродвигателя, м;

F- усилие на весах, Н;

F₀- начальное усилие на весах (определяется при отключенном насо се),H.

Полезная мощностьN_non

КПД насоса_н

Объемный КПД₀

Механический (гидромеханический) КПД*_м

Таблица 2.6

Измеряемые параметры

Рассчитываемые параметры

рм, Па

Рн, Па

Qon, л/с

non, об/ мин

F, н

t, C

Pon, МПа

Non, кВт

Nnon, кВт

N, кВт

Q, л/с

н

0

м

Характеристику насоса, т. е. графические зависимости Q= f(p), N= f(p), _н= f(р), следует построить по приведенным к номинальной частоте

________________________

*Разделить гидравлические и механические потери в объемных гидромаши­нах довольно трудно. Поэтому их определяют совместной оценивают одним гид­ромеханическим КПД, который для краткости часто называют мexaничecким _м= _м _г. Для объемных гидромашин _н= _м ₀. В каталогах для объемных насосов приводятся значения _н и ₀, а величину _м получают вычислением.

вращенияn_н значениям, подачи, мощности

и значению КПД, вычисленному по формуле (2.32).

Дополнительно следует построить графики ₀= f(p) и _m = f(p).