Материал: А27516 Сабуров АГ Гуляева ЮН Основы гидравлики гидравлич-х машин и гидропривода Конспект лекций
или окончательно
(4.29)
где n – частота вращения ротора.
Действительная производительность меньше теоретической, так как число пластин ротора конечное; кроме того, существуют утечки жидкости через неплотности, которые учитывают объемным КПД ηоб = 0,70 – 0,95. Поэтому действительная производительность составляет
(4.30)
где z – число пластин, δ – толщина пластины. Подача шиберных насосов – пульсирующая; для уменьшения пульсаций в насосах устанавливают от 4 до 12 пластин. Шиберные насосы обладают значительной производительностью, несмотря на свои малые габаритные размеры. Это достигается большой частотой вращения ротора. Регулирование производительности можно осуществлять изменением частоты вращения ротора или изменением эксцентриситета.
4.11. Шестеренчатые насосы
Схема устройства шестеренчатого насоса изображена на рис. 4.26. В корпусе 1 находятся две шестерни 2, одна из которых (ведущая) приводится во вращение от электродвигателя. Когда зубья шестерен выходят из зацепления, образуется разрежение, под действием которого происходит всасывание жидкости. Она поступает в корпус, захватывается зубьями шестерен и перемещается вдоль стенок корпуса в направлении вращения. В области, где зубья вновь входят в зацепление, жидкость вытесняется и поступает в нагнетательный трубопровод.
Производительность шестеренчатого насоса определяется сле-дующим образом. При вращении шестерен каждый зуб освобождает в соответствующей впадине объем, равный V = bf, где b – ширина зуба, f – площадь сечения зуба. Если шестерни имеют равное число зубьев z и частоту вращения n, то теоретическая производительность насоса составит
Qт = 2bfzn, (4.31)
где 2 – число шестерен. На практике при работе насоса неизбежны утечки жидкости через зазоры между зубьями и между шестернями и стенками корпуса, которые учитываются объемным КПД ηоб.. Тогда действительная производительность равна
Q = 2ηобbfzn. (4.32)
Для новых насосов ηоб = 0,9 и выше, однако по мере износа шестерен объемный КПД значительно снижается и составляет порядка ηоб = 0,7.
1
2
Рис. 4.26
Регулирование шестеренчатых насосов обусловлено особенностью их характеристики Q – Н, общий вид которой не отличается от аналогичной характеристики поршневых насосов (см. рис. 4.18). В сязи с этим изменение производительности шестеренчатых насосов осуществляют изменением частоты вращения шестерен или переспуском жидкости из нагнетательного трубопровода во всасывающий.
На рис. 4.26 показан насос с внешним зацеплением шестерен. Кроме них, существуют насосы с внутренним зацеплением; они более компактны, но сложнее по устройству и поэтому применяются реже. Производительность насосов с внутренним зацеплением шестерен определяется по зависимости, аналогичной (4.31):
Q = ηоб bf (z1n1 + z2n2), (4.33)
где z1 и z2 – количество зубьев у шестерен, n1 и n2 – частоты вращения шестерен.
Пример 3. Определить производительность шестеренчатого насоса по следующим данным: частота вращения n = 600 об/мин, число зубьев z = 12, ширина зуба b = 30 мм, площадь сечения зуба, ограниченная внешней окружностью соседней шестерни, f = 7,85 см2, объемный КПД ηоб = 0,7.
Решение. В соответствии с зависимостью (4.32) производительность равна
Q = 2ηобbfzn = 2∙0,7∙0,03∙7,85∙10– 4∙12∙650/60 = 4,3∙10–3 м3/с.
4.12. Винтовые насосы
Устройство винтового насоса схематично показано на рис. 4.27. В корпусе 1 насоса, в котором заключен цилиндр 2 с внутренней профилированной винтовой поверхностью (обоймой), устанавливается винт 3. Между обоймой и винтом образуются замкнутые полости, заполняемые при работе насоса жидкостью; при вращении винта они перемещаются вдоль оси насоса от всасывающего патрубка к нагнетательному. Для соблюдения устойчивой работы насоса осевое перемещение жидкости не должно превышать 5,0 – 5,5 м/с.
Насос, изображенный на рис. 4.27, называется одновинтовым (героторным). Наиболее совершенными являютя трехвинтовые насосы, в которых один винт является ведущим, а два – ведомыми. Винты находятся в зацеплении, их оси параллельны. Направление нарезки каждого ведомого винта противоположно направлению нарезки ведущего. Все винты обычно выполняют двухзаходными. Соотношения размеров винтов выбраны такими, что ведомые винты получают вращение не от ведущего винта, а под действием давления перекачиваемой жидкости. Поэтому нет необходимости в установке зубчатой передачи между ведущим и ведомыми винтами. При вращении винтов жидкость, заполняющая впадины в нарезках, перемещается за один оборот вдоль оси насоса на растояние, равное шагу винта. Ведомые винты при этом играют роль герметизирующих уплотняющих обкладок, препятствующих протеканию жидкости из камеры нагнетания в камеру всасывания.
1
2
3
Рис. 4.27
По сравнению с другими роторными насосами винтовые насосы имеют следующие преимущества: равномерная плавная подача (не пульсирующая); долговечность благодаря малому износу; отсутствие шума, перемешивания и взбалтывания перекачиваемой жидкости, а также выделения из жидкости растворенных газов.
4.13. Краткие сведения о насосах предприятий пищевых производств
В мясной отрасли для перекачивания жира и бульонов используют роторные насосы (шестеренчатые, шиберные, героторные). Для подачи крови и шквары применяют шиберные насосы. Кровь перекачивают также героторными насосами. Кислые среды, растворители и экстракты транспортируют при помощи поршневых и центробежных насосов.
На предприятиях молочной отрасли промышленности широкое распространение получили центробежные насосы. Их применяют для подачи маловязких продуктов в теплообменные аппараты, фильтры, сепараторы, автоматы для фасовки, линии безразбрной мойки трубопроводов, резервуаров, а также для опорожнения автомобильных и железнодорожных цистерн. Шестеренчатые насосы используют, как правило, для перекачивания вязких молочных продуктов (сливок, сгущенного молока с сахаром, кефира, смеси мороженного, творожного сгустка). Поршневые и плунжерные насосы применяют для транспортирования вязких жидкостей, которые нельзя перекачивать центробежными насосами, а также в тех случаях, когда необходимо создавать большое давление (например, при подаче сгущенного молока в форсунки распылительных сушилок под давлением 15 МПа или при гомогенизации молока под давлением 30 МПа). Плунжерные насосы используют в качестве дозирующих при объемном дозировании высокожирных сливок в маслообразователь, заквасок, подкисленного и ферментированного молока. Шиберные насосы применяют для перекачивания густых и малотекучих продуктов (например, творога).
В винодельческой и пивоваренной отраслях применяют в основном поршневые, шестеренчатые, шиберные, винтовые и центробежные насосы. Поршневые насосы используют для перекачивания сусла, вин, пива; шестеренчатые – для подачи мезги, дрожжей, соков; шиберные насосы предназначаются для перемещения мезги, пива; винтовые насосы используют для перемещения мезги, дрожжей, сусла, вин, пива; центробежные насосы применяют для перекачивания пива, сусла, вина, соков.
На предприятиях кондитерской и хлебопекарной отраслей применяют в основном поршневые, плунжерные, шестеренчатые, шиберные и цетробежные насосы. Поршневые и плунжерные насосы предназначены для обслуживания вакуум-выпарных аппаратов для упаривания карамельных сиропов и начинок. Шестеренчатые насосы применяют для перекачивания вязких жидкостей: патоки, пюре, сиропа, начинки, шоколадной массы, тертого какао и т. д. Шиберные насосы используют для перемещения фруктового пюре, сгущенного молока, шоколадных масс. Центробежные насосы применяют для перекачивания жидких дрожжей, заварки, питательной среды.
Глава 5. Гидравлический привод
5.1. Назначение и классификация гидравлических приводов
Для привода машин в технике, применяют, наряду с механическим, электрическим, пневматическим приводом, гидравлический привод (гидропривод). По характеру гидравлической передачи гидропривод классифицируют на объёмный и гидродинамический.
Объёмный гидропривод состоит из объёмного насоса (ведущее звено), объёмного гидродвигателя (ведомое звено) и вспомогательных устройств (бак для рабочей жидкости, дроссели, клапаны, фильтры золотники, трубопроводы и др.). Насос и гидродвигатель объёмного гидропривода вообще конструктивно не отличаются; любой объёмный насос может работать в режиме гидродвигателя, если в него подавать жидкость под давлением, а с рабочего органа снимать механическую мощность. Такие обратимые насосы и гидродвигатели принято называть общим термином "гидромашины". В объёмных приводах наиболее часто применяют поршневые, шестерёнчатые, винтовые, шиберные, роторно-поршневые гидромашины вследствие того, что они надёжны и долговечны в эксплуатации, нетребовательны к уходу, имеют небольшие габаритные размеры и высокий КПД, способны работать при длительных перегрузках и в различных климатических зонах. Насос и гидродвигатель могут конструктивно составлять нераздельный узел; такой гидропривод называется гидропередачей.
Принцип действия объёмного гидропривода заключается в следующем. Насос подаёт рабочую жидкость под давлением в гидродвигатель, который преобразует энергию давления жидкости в механическую энергию, за счёт которой рабочий орган перемещается и совершает при этом полезную работу. Объёмный гидропривод характеризуется сравнительно большим давлением (до 2–3 МПа) и малыми расходами рабочей жидкости, поэтому он называется также гидростатическим приводом. По виду движения рабочего органа объёмный гидропривод подразделяют на гидроприводы возвратно-посту-пательного и вращательного движения.
По виду управления объёмный гидропривод классифицируют на нерегулируемый, регулируемый с ручным управлением, регулируемый с автоматическим управлением, следящий.
По циркуляции рабочей среды гидроприводы разделяют на гидроприводы с замкнутым и разомкнутым контурами циркуляции рабочей жидкости. Замкнутый контур циркуляции предполагает подачу жидкости от гидродвигателя непосредственно во всасывающий трубопровод насоса. При разомкнутом контуре циркуляции рабочая жидкость поступает от гидродвигателя в бак, а затем – в насос.
Гидродинамический привод (передача) – это механизм для передачи крутящего момента с ведущего вала на ведомый вал за счет кинетической энергии циркулирующей рабочей жидкости. Гидравлическая передача состоит из предельно сближенных в одном корпусе колёс центробежного насоса и гидротурбины. В отличие от объёмного гидропривода в гидродинамических передачах поток жидкости характеризуется большим расходом и малым статическим давлением. Именно поэтому в гидродинамических передачах в качестве ведущего элемента используются высокопроизводительные центробежные насосы. Лопастные колёса гидродинамических передач вращаются с большей частотой и обусловливают высокую скорость движения рабочей жидкости. При этом из-за больших гидравлических сопротивлений нецелесообразно передавать энергию даже на небольшие расстояния, и колеса насоса и турбины предельно сближают, что позволяет обеспечить высокий КПД гидродинамических передач (более 90 %). В результате сближения лопастных колёс образуется общая для насоса и турбины полость, в которой не происходит значительное преобразование кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления и обратно. Наличие кинетической (а не жесткой) связи между колёсами гидродинамической передачи обеспечивает бесступенчатое изменение частоты вращения ведомого вала в зависимости от нагрузки на нём.
По принципу действия и назначению гидродинамические передачи классифицируют на гидромуфты и гидротрансформаторы.