735

Тепловые расчеты гидропередач содержит ряд допущений и эмпирических коэффициентов. Параметры охладителя (радиатора) и вентилятора, а также параметры настройки термостата или байпасного клапана уточняют по результатам испытаний машины в наиболее неблагоприятных условиях.

12.6. Схемы тепловой защиты разомкнутых гидропередач

жидкости и масла контролируется и регулируется с помощью датчиков и байпасных клапанов ТС1 и ТС2.

АТ

ФРис. 12.7. Охладитель в специальном контуре

Рис. 12.8. Схема жидкостного охлаждения гидравлического масла, совмещённая со схемой охлаждения моторного масла: Н1 – насос силового контура гидропередачи; Н2 – насос системы охлаждения моторного масла; Н3 – насос охлаждающей жидкости; АТ1– охладитель гидравлического масла; АТ2 – охладитель моторного масла; АТ3 – охладитель охлаждающей жидкости; М – гидромотор привода вентилятора; ТС1 и ТС2 – байпасные клапаны; КП – перепускной клапан моторного масла

121

на кронштейн 10 через подшипники 11.

13.2. Основное уравнение лопастного насоса

Характеристики насоса:

Qн – производительность (расход жидкости в выходном патрубке), м3/с; рн – давление (энергия, сообщенная единице объёма жидкости), Па;

Н = рн /( g) – напор (энергия, сообщенная единице веса жидкости), м; Рн = рнQн – мощность на выходе насоса (в напорном трубопроводе), Вт;

Рпн = Т – мощность привода насоса, Вт (Т – вращающий момент на валу насоса, Н м; – угловая скорость вала и колеса, рад/с);

= Рн/Рпн – КПД насоса.

Вращающий момент на колесе Тк расходуется на увеличение и изменение направ-

ления скорости жидкости. Величина Тк меньше момента на валу из-за потерь на трение в подшипниках и на трение торцевых поверхностей колеса о жидкость. Мощность, затрачиваемую колесом на увеличение скорости и изменение направления движения жидкости, называют гидравлической. Она равна:

123

ром диапазоне расходов Qн, соответствующем работе насоса с наибольшим КПД (номинальный режим), эти зависимости весьма близки.

точек Ai (С1, С2, С3), насос работает при меньших значениях КПД.

Точки сходственных режимов (А1, А2, А3 …, В1, В2, В3 … и т.д.) лежат на параболах, проведенных через начало координат.

13.3. Подобие лопастных насосов

Когда говорят о подобии насосов, подразумевают подобие их проточных полостей. Как будет показано ниже, если два насоса подобны друг другу, то характеристики одного из них (производительность, давление, мощность привода) могут быть вычислены через характеристики другого. Знание соотношений между характеристиками подобных насосов существенно упрощает проектирование новых и пересчет характеристик существующих насосов при изменении частоты вращения вала.

Назовём один из подобных насосов натурой (индекс «н»), другой – моделью (индекс «м»). Два насоса подобны при соблюдении следующих условий.

1. Геометрическое подобие проточных полостей:

–один и тот же коэффициент пропорциональности между одноимёнными линейными размерами, зазорами и шероховатостями. Если наружный диаметр колеса натуры больше диаметра колеса модели в 2 раза, то и все остальные линейные размеры, определяющие проточную полость, должны быть больше во столько же раз. Соблюсти пропорциональность шероховатостей и зазоров, как правило, не удаётся, поэтому геометрическое подобие выполняется только для макроразмеров;

–равенство одноимённых угловых размеров;

–одинаковое количество лопаток.

2. Кинематическое подобие потоков: в сходственных точках потоков модели и натуры соответствующие скорости одинаково направлены, а планы скоростей v u геометрически подобны, т.е.:

3. Динамическое подобие потоков. Динамическое подобие напорных установившихся потоков требует равенства числа Re (Reн = Reм), которое у лопастных насосов обычно вычисляют по зависимости Re = u2D2/ν, где D2 – наружный диаметр колеса; ν – кинематическая вязкость жидкости. Если числа Re для потоков натуры и модели более 106, наступает автомодельность, при которой гидравлические потери не зависят от вязкости. В этом случае подобие насосов обеспечивается при соблюдении первых двух условий – геометрического и кинематического.

125

рассчитать значения Q2, p2, Pн2 при частоте n2. Если n2 n1, то рассчитанные характеристики насоса будут расположены выше характеристик при частоте n1. Если n2 n1 – то ниже.

13.4. Насосная установка и её работа на сеть. Выбор насоса

На рис. 13.6 изображена схема соединения простейшей насосной установки с сетью, где обозначено: 1 – электродвигатель; 2 – насос; 3 – всасывающий трубопровод; 4 – обратный клапан; 5 – приемный фильтр (сетка). К напорному трубопроводу 6 через вентиль 7 присоединена заливная горловина 8. В напорный трубопровод установлены задвижка 9, расходомер 10 и манометр 12. Разрежение во всасывающем трубопроводе контролируют по мановакуумметру 11.

Рис. 13.6. Схема соединения насосной установки с сетью Насос подаёт воду в водо-

напорный бак 14, откуда она идёт в разводящую сеть 13. Напорный трубопровод может быть подведён к гидромонитору 15 – водомётной машине для разрушения грунта.

Перед началом работы всасывающий трубопровод и насос необходимо заполнить водой через горловину 6. Затем включить электродвигатель. При закрытых вентилях 7 и 9 насос должен развить максимальное давление. После этого открыть вентиль 9. При работающих потребителях манометр 12 и расходомер 10 должны показать давление и расход, близкие к номинальным значениям для данного насоса. Это является доказательством исправности насоса и правильности его подбора к питаемой сети.

Простейшая сеть — это напорный трубопровод и потребитель. Насос сообщает жидкости энергию, которой должно быть достаточно для её подъёма на высоту h (см. рис. 13.6), преодоления суммы линейных и местных потерь давления на пути от насоса до потребителя, а также для работы потребителя в соответствии с его технологическим назначением.

Необходимое давление насоса рн (давление на входе в сеть рвх):

где gh – давление, необходимое для подъёма воды на высоту h; p – сумма линейных и местных потерь давления на пути от насоса до потребителя; pпот – давление, необходимое потребителю.

Правильность выбора насоса к сети можно проверить наложением характеристики насоса рн = f (Qн) на характеристику сети, под которой понимают зависимость давления на входе в сеть от расхода жидкости, т.е. рвх = f (Q). Характеристику сети рвх = f (Q) вычисляют по формуле (13.14). Точка пересечения характеристик определяет режимную точку работы насоса (рис. 13.7). Она должна быть максимально приближена к точке номинального режима работы насоса. При этом производительность насоса должна быть примерно равна расходу, необходимому для работы потребителя.

127

Каждый следующий насос ставят на таком расстоянии, чтобы давления предыдущего насоса было достаточно для преодоления потерь давления на участке трассы между насосами.

13.5. Допустимая высота всасывания

При работе насоса статическое давление во входном патрубке ниже атмосферного. Ещё ниже давление на тыльной стороне лопаток. Это может приводить к кавита-

ции жидкости и, как следствие, к уменьшению производительности и срока службы насоса.

Кавитация начинается с образования пузырьков, заполненных газом и паром жидкости. Это происходит при понижении давления, ведущему к усилению парообразования и ухудшению растворимости воздуха в жидкости. Если жидкость с такими пузырьками попадает в область повышенного давления, пар в пузырьках конденсируется, а воздух сжимается и растворяется в жидкости. Происходит быстрое схлопывание пузырьков, что ведёт к местному росту давления и повышению температуры. В результате множества ударных импульсов, идущих от центров исчезнувших пузырьков, на поверхностях окружающих деталей со временем происходит усталостное выкрашивание (эрозия) металла.

Статическое давление рв во всасывающем патрубке насоса (рис. 13.8) ниже атмосферного и равно:

Пример. Для насоса НЦС-1, имеющего Вр доп = 40000 Па и работающего в номинальном режиме при р = 4000 Па, допустимая высота всасывания равна:

hдоп = (101325 – 4000 – 40000)/(1000 9,81) = 5,84 м.

Контрольные вопросы и задачи

1. Дайте определения основных характеристик лопастного насоса (производительность, давление, напор, мощность на входе и выходе, КПД). 2. Используя понятие импульса вращающего момента, получите основное уравнение лопастного насоса. 3. При каких условиях теоретическое давление достигает максимума? Вычислить максимальное теоретическое давление лопастного насоса, если ρ = 1000 кг/м3, D = 200 мм, n = 2900 об/мин. 4. Сформулируйте условия геометрического, кинематического и динамического подобия лопастных насосов. 5. Сделайте выводы зависимостей, определяющих отношения производительностей, давлений, мощностей привода и вращающих моментов на колесах подобных лопастных насосов. 6. Во сколько раз увеличатся производительность, давление и мощность привода лопастного насоса, если в два раза увеличить: а – наружный диаметр колеса; б – частоту вращения колеса? 7. Как вычислить характеристики насоса после изменения частоты вращения его колеса? 8. Назовите критерии правильности подбора насоса к сети. 9. Рассчитайте необходимое давление на выходе насосной установки, если высота подъема воды 15 м, необходимое давление у потребителя 0,3 МПа, сумма линейных и местных потерь давления в сети 0,1 МПа. 10. Определите понятие «кавитация жидкости». 11. Сформулируйте условия отсутствия кавитации в межлопастном пространстве насоса. 12. Как через допустимый вакуум вычислить допустимую высоту всасывания лопастного насоса?

14.ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ МУФТЫ И ТРАНСФОРМАТОРЫ

Вприводах многих машин применяют передачи,

содержащие гидродинамические муфты и гидродинамические трансформаторы. В них энергия передаётся скоростным потоком масла. Они обладают свойством автоматически уменьшать скорость ведомого вала при увеличении нагрузки и наоборот. В результате упрощаются механическая часть передачи и управление машиной.

На рис. 14.1 показана структурная схема гидродинамического привода, где обозначено: 1 – первичный

двигатель машины; 2 – соединительная муфта; 3 – гидромуфта или гидротрансформатор; 4 – механическая передача; 5 – рабочий орган или ходовое оборудование.

14.1.Назначение, устройство и работа гидродинамической муфты

Назначение – передача вращающего момента, автоматическое уменьшение скорости ведомого звена при увеличении нагрузки, защита двигателя от перегрузки.

Гидромуфта (рис. 14.2, а) содержит лопастные колеса – ведущее насосное 1 (обозначим его Н) и ведомое турбинное 2 (оборзначим его Т). Кожух 3 соединён с насосным колесом. Валы колёс 1 и 2 опираются на подшипники 4, 5, 6, 7. Колёса 1 и 2 имеют торообразные детали – наружные 8, 9 и внутренние 10, 11. Между ними закреплены или заодно с ними отлиты плоские, радиально расположенные лопатки 12 и 13. Вид насосного колеса изображен на рис. 14.3.

На рис. 14.2, б, в, изображены планы скоростей масла в местах перехода с лопаток насосного колеса Н на лопатки турбинного колеса Т и обратно. Обозначено: v – аб-

129