6.4. Объемные гидромашины

В объемной гидромашине рабочий процесс основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и последующем ее вытеснении оттуда. Под рабочей камерой объемной гидромашины понимают ограниченное пространство внутри машины, периодически изменяющее свой объем и попеременно сообщающееся с трубопроводами подвода и отвода жидкости.

В объемном насосе перемещение жидкости реализуется путем ее вытеснения из рабочей камеры вытеснителем. Вытеснителем является рабочий орган насоса, непосредственно осуществляющий процесс вытеснения. Вытеснителем может быть поршень, плунжер, шестерня, винт, пластина и т.п.

По характеру процесса вытеснения жидкости объемные насосы классифицируют на поршневые (плунжерные) и роторные.

Общими свойствами объемных насосов, отличающими их от лопастных, являются:

- цикличность рабочего процесса и связанная с ней порционность и неравномерность подачи;

- герметичность насоса, выражающаяся в постоянном отделении напорного трубопровода от всасывающего;

- самовсасывание, то есть способность объемного насоса создавать вакуум во всасывающем трубопроводе, заполненном воздухом. Величина этого вакуума достаточна для подъема жидкости во всасывающем трубопроводе до входа в насос;

- жесткость характеристики, то есть значительная ее крутизна в системе координат H – Q, что означает малую зависимость расхода насоса при изменении давления в насосе;

- независимость давления, создаваемого объемным насосом от скорости движения рабочего органа и скорости жидкости. В частности, при работе на несжимаемой жидкости объемный насос, имеющий идеальное уплотнение, может создавать большие значения давления при сколь угодно малой скорости движения вытеснителя.

Основными величинами, характеризующими рабочий процесс объемного насоса, являются:

- рабочий объем;

- идеальный расход;

- действительный расход;

- полезная мощность;

- КПД.

Идеальным расходом объемного насоса считают расход несжимаемой жидкости в единицу времени при отсутствии утечек через зазоры

, (6.19)

где V₀ – рабочий объем насоса, n – частота рабочих циклов насоса (для вращательных насосов – частота вращения вала), V_к – идеальный расход из каждой рабочей камеры за один цикл, z – количество рабочих камер в насосе, k - кратность действия насоса, равная количеству подач из каждой камеры за один рабочий цикл (один оборот вала).

(6.20)

Чаще всего k = 1, но в некоторых конструкциях ее значение достигает 2 и более.

Действительный расход насоса меньше идеального из-за утечек из рабочих камер и полости нагнетания через зазоры, а при больших давлениях жидкости и за счет ее сжимаемости.

Отношение действительного расхода к идеальному называется коэффициентом подачи.

Если сжатие жидкости пренебрежимо мало, коэффициент подачи равен объемному КПД насоса

. (6.21)

Полное приращение энергии жидкости в объемном насосе обычно относят к единице объема и, следовательно, выражают в единицах давления. Так как объемные насосы используют в основном для создания значительных приращений давления, то приращением кинетической энергии в насосе обычно пренебрегают. Вследствие этого давление насоса оценивается разностью давлений на выходе из него и на входе, а напор насоса .

Полезная мощность насоса определяется как .

Мощность, потребляемая насосом , где M_н – момент на валу насоса, ω– угловая скорость его вала.

КПД насоса представляет собой отношение полезной мощности к мощности, потребляемой насосом

По аналогии с лопастными насосами для объемных насосов используют гидравлический, объемный и механический КПД. Первый из них учитывает потери давления, второй – потери на перетекание жидкости через зазоры и третий – потери на трение в деталях насоса.