Гидравлика и гидропривод

В уравнения (10.5) и (10.6) необходимо подставлять абсо­ лютные значения давления. Например, если на входе в на­

сос— вакуум рв, а на выходе — манометрическое давление рм, то

р н = р з — Р \ = (рм+ Ра) — (рв — рв) =Рм + Рв,

т. е. давление насоса равно сумме показаний манометра и ва­ куумметра.

не вскрывают природу преобразования энергии в гидромаши­ не. Поэтому запишем уравнение Бернулли для сечений, прове­ денных по границам рабочих органов машины, т. е. выделим между сечениями участок, где происходит непосредственное преобразование энергии жидкости.

Так как насос и гидродвигатель являются взаимообратимыми машинами, рассмотрим указанную классификацию на при­ мере насосов. Для этого проведем сечения 5 и 6 по границам рабочих органов насоса (рис. 10.3, б). По аналогии с уравне­ нием (10.1) полный напор насоса

где с6, съ— абсолютные средние скорости жидкости в соответ­ ствующих сечениях.

‘ Из уравнения (10.7) видно, что приращение напора насоса возможно за счет любого из слагаемых уравнения. На этом и основана классификация насосов [2, 11]: если приращение энергии в насосе обусловлено только вторым слагаемым, то он называется объемным (сюда относятся поршневой, пластинча­ тый, шестеренный, винтовой и другие насосы), если — первыми двумя слагаемыми, то он называется гидродинамическим (ло­ пастной, вихревой и др.). Аналогичную классификацию имеют и гидродвигатели.

Вгидроприводе практическое применение нашли только объ­ емные и гидродинамические машины.

Вобъемных гидромашинах преобразование энергии проис­

ходит .в замкнутом объеме за счет его принудительного измене­ ния. В основе принципа действия этих машин лежит закон Пас­ каля (см. 2.4). Напор такой машины не зависит от скорости жидкости [см. (10.7)]. В гидродинамических машинах преоб­ разование энергии происходит за счет силового взаимодействия лопастей колеса машины с жидкостью (см. 9.3). Напор такой гидромашины пропорционален скорости жидкости [см. (10.7)].

В зависимости от типа насоса и гидродвигателя, входящих в гидропередачу, она может называться соответственно объем­ ной (если гидродвигатель и насос — объемные машины) и гид­ родинамической (если гидродвигатель и насос — лопастные ма­

типа ТЭГ).

10.4. Баланс мощности.

Основные технические показатели гидропередачи

Преобразование энергии в гидромашине сопровождается объ­ емными, гидравлическими и механическими потерями.

Объемные потери мощности ДN0 обусловлены утечками AQ жидкости через неплотности (в том числе и регулируемыми утечками). В соответствии с уравнениями (4.32) и (8.4)

Гидравлические потери ДЯг, обусловленные гидравлически­ ми сопротивлениями, определяются потерями напора ДН (поте­ рями давления Др = р^ДЯ) в самой машине. Эти потери воз­

растают с увеличением скорости жидкости и не зависят от дав­ ления.

Механические потери ДNM— это потери от трения в подшип­

мая насосом жидкости); ДЛ^„— суммарные потери мощности в насосе; NA,B— мощность гидродвигателя (полезная мощность на валу); Nn — мощность, потребляемая гндродвигателем (мощ­ ность, отдаваемая потоком жидкости гидродвигателю); ANa — суммарные потери мощности в гидродвигатслс.

Баланс мощности гидропередачи (рис. 10.3, в)

где AN„ — потери мощности в гидролинии, состоящие только из объемных ДА^л.о и гидравлических ANns потерь, т. е. ANA=

= A N A .O- \ - A N л.г-

Основным техническим показателем гидропередачи являет­ ся ее КПД. Для передач с вращательным движением входного и выходного звеньев основными являются также передаточное отношение и коэффициент трансформации момента.

Коэффициенты полезного действия: гидропередачи

а для гидропередачи с вращательнымдвижениемвходного и выходного звеньев —

где Мд, Мн — момент на валу соответственно гидродвигателя и насоса; <од, ©н — угловая скорость вала соответственно гидро­ двигателя и насоса; Км — коэффициент трансформации момен­ та; i — передаточное отношение.

КПД гидропередачи

11 = Л/д.в/Л/„.н= 38,9/55=0,707.

Передаточное отношение

i=nJnH=60/1470 -0,0407 .

Коэффициент трансформации момента

Для гидродинамических передач наряду с понятием переда­ точного отношения i часто пользуются понятием скольжения 5, определяющим относительное отставание (проскальзывание) вала г.идродвигателя от вала насоса:

10.5.Рабочая жидкость

Вгидроприводе рабочая жидкость является одновременно но­ сителем энергии и смазкой. При этом она подвергается воз­ действию высоких давлений, скоростей и температур. Напри­ мер, в гидроприводе горных машин возможен перепад давле­

ния до 32 МПа, а в механизированных крепях — до 80 МПа. Скорость движения жидкости в отдельных элементах гидро­

физико-химические свойства. Так, при протекании масла с боль­ шой скоростью через узкие щели происходит постепенное пре­ образование его молекулярного строения, и смазывающие свой­ ства масла ухудшаются. Перемешивание масла с воздухом (пенообразование) приводит к окислению масла и ускоренному изменению его молекулярной структуры. Особенно интенсивно этот процесс протекает при высоких температурах (более 60 °С). При этом ухудшаются антикоррозийные свойства масла: из него выпадают шлаки (зола), а на поверхностях элементов гидропривода образуется смола, что приводит к заращиванию узких щелей, а иногда, и к заклиниванию трущихся пар. По указанным причинам рабочую жидкость приходится периоди­ чески заменять. Срок службы рабочей жидкости можно про­ длить введением специальных присадок, ограничением темпе­

мально возможную температуру в установившемся режиме ра­ боты; давление рабочей жидкости в гидроприводе; допустимую длительность эксплуатации; стоимость рабочей жидкости.

Обеспечить нормальнук) работу гидропривода можно в том случае, если рабочая жидкость чистая, т. е. не содержит меха­ нических примесей и влаги, выделяет наименьшее количество паров и газов, обладает антикоррозийностью, химической стой­ костью, хорошей смазывающей способностью, не вызывает смо­ лообразования, не склонна к пенообразованию и, в ряде слу­ чаев,— негорючая, имеет минимальное изменение вязкости в пределах рабочих температур и не оказывает вредного дейст­ вия на здоровье обслуживающего персонала.

Взначительной мере этим требованиям отвечают минераль­ ные масла (см. прил. 2). Для объемного гидропривода горных машин обычно применяют индустриальные масла И-20А, И-ЗОА

иИ-40А.

Вгидродинамических передачах, где скорости циркуляции жидкости большие, применяют маловязкие жидкости (напри­ мер, в гидромуфтах применяют индустриальное масло И-12А или, чаще, водомасляные эмульсии). Гидропривод механизиро­ ванных крепей работает только на эмульсиях.

Эмульсия представляет собой механическую смесь специ­ альных присадок ВНИИНП-117 или Аквол-3 и чистой воды. Качественно приготовленная эмульсия агрегатно устойчива в процессе хранения и работы при высоком давлении, обладает смазывающими и коррозионно-защитными свойствами.

Защитные действия эмульсии от коррозии заключаются в создании на омываемых поверхностях деталей гидрооборудова­ ния пленки, образующейся из частиц (капель) присадки. Плен­ ка препятствует доступу воды и других агрессивных сред, а

в сопрягаемых подвижных элементах.

Наиболее пригодной считается эмульсия, в которой содер­ жится не менее 90% глобул (частиц) присадки размером поряд­ ка 5 мкм.

Присадка ВНИИНП-117 —*продукт нефтеперегонки черно­ коричневого цвета с кинематической вязкостью 14—30 мм2/с при температуре 50 °С. Эмульсия на основе ВНИИНП-117 при­ готавливается из расчета 1,5% присадки в массе готовой про­ дукции.

Присадка Аквол-3 — смесь минерального масла селективной очистки, эмульгаторов и ингибиторов коррозии. Кинематиче­ ская вязкость присадки 15—30 мм2/с при температуре 50°С. Эмульсия приготовляется из расчета 3% присадки Аквол-3 в массе готовой продукции.

Приготовление эмульсии осуществляется путем тщательно­ го перемешивания присадки с водой по специальной техноло­ гии с соблюдением требований, определенных для каждой при­ садки [7, 12]. Плотность водомасляной эмульсии практически

не отличается от плотности воды. Эмульсия замерзает при той

же температуре, что и вода.

Применение водомасляных эмульсий снижает стоимость ра­ бочей жидкости и потери напора в гидросетях, исключает пожа­ роопасность гидропривода, но поскольку эмульсии имеют мень­ шую вязкость, чем масла, для уменьшения утечек требуются более совершенные уплотнения.

Вопросы для самопроверки

1. Дайте определение гидропривода и укажите его основное назна­ чение.

2.Перечислите основные составные части гидропривода и укажите их

преобразования энергии.

8.Перечислите характерные особенности объемных и гидродинамических

машин.

9.Запишите и объясните уравнения баланса мощности насоса, гидро­

II. ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ И ГИДРОДВИГАТЕЛИ

11.1. Общие сведения

Основными элементами объемных гидромашин являются рабо­ чая камера, подвижный элемент (вытеснитель) и распредели­ тель.

Рабочая камера — это пространство внутри машины, объем которого изменяется. Рабочая камера состоит из основного (по­ лезного), изменяющегося во время работы, объема и неизмен­ ного (вредного), который обусловлен необходимыми конструк­ тивными зазорами между камерой и подвижным элементом. Вредный объем практически не влияет на рабочий процесс объемной машины при малосжимаемых жидкостях, и наобо­ рот, при сжимаемых жидкостях его влияние существенно.

ном элементе появляется усилие (момент), которое передается на выходное звено гидродвигателя. Если выходное звено (вал) может совершать неограниченное вращательное движение, то такой гидродвигатель называется гидромотором. Если поворот вала ограничен углом, меньшим 2я, то такой гидродвигатель называется поворотным. Гидродвигатель, у которого выходное звено совершает возвратно-поступательное движение, называ­ ется гидроцилиндром.

В принципе, насосы и гидродвигатели взаимообратимы, од­ нако непосредственное использование насоса в качестве гидро­ двигателя, и наоборот, возможно только в некоторых машинах.

родвигателях распределение жидкости всегда принудительное. При бесклапанном распределении роль распределителя в ше­ стеренной, пластинчатой и винтовой гидромашинах выполняют уплотнительные части их корпусов и подвижные элементы: зубья и впадины— в шестеренной (см. рис. 11.1, б); ротор и пластины — в пластинчатой (см. рис. 11.1, в); впадины и греб­ ни винтов — в винтовой (см. рис. 11.1, г).

При бесклапанном распределении возможно запирание жид- кости в замкнутом переменном объеме, а следовательно, и рез­ кое изменение давления жидкости в этом объеме, что ведет к крайне негативным явлениям, особенно в насосах, где давле­ ние может изменяться от избыточного до вакуума. При повы­ шении давления в замкнутом объеме может произойти закли­ нивание роторов, и насос прекратит работу. Образование ва­ куума в замкнутом объеме, как правило, приводит к кавита­ ции и, следовательно, к эрозионному (кавитационному) износу элементов конструкции в местах конденсации (захлопывания) пузырьков пара.

В шестеренной гидромашине запирание жидкости (3) про­ исходит во впадинах зубьев (см. на рис. 11.1, б, вид /). При вращении шестерен замкнутый объем изменяется, что приводит к вышеописанным негативным явлениям. Для разгрузки замк­ нутого объема, чаще всего в корпусе насоса, делают специаль­ ные канавки (/(), сообщающие запертую полость с полостью всасывания или нагнетания.

В пластинчатой гидромашине, так же как в шестеренной, возможно запирание жидкости в рабочей камере, поэтому уп­ лотнительную часть корпуса выполняют таким образом, чтобы она лишь незначительно превышала расстояние между сосед­ ними пластинами.