Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ГЛАВА XV. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ.
ОБЩАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ
В современном коммунальном хозяйстве и промышленности широко используются разнообразные гидравлические машины, основное назначение которых:
К гидравлическим машинам относятся:
15.1. Насосы
Наиболее распространенным видом гидромашин являются насосы.
Насосы – это гидравлические машины, сообщающие протекающей через них жидкости механическую энергию и предназначенные для перемещения жидкости и повышения в ней давления.
Насосы используются в разных отраслях промышленности и коммунального хозяйства и имеют весьма разнообразное назначение. Обширная группа водяных насосов применяется в водопроводах, системах охлаждения, откачивает воду из колодцев и шахт. Существуют насосы, предназначенные для перекачивания агрессивных жидкостей, их смесей с твердыми веществами (пульпы), подачи смол, масел, нефтепродуктов и других густых жидкостей.
Конструктивное исполнение насосов зависит от их назначения. Например, детали насосов, соприкасающиеся с агрессивными жидкостями, изготавливаются из керамики, пластмассы и других материалов, устойчивых к разъеданию. Детали пульпонасосов (углесосов, землесосов) выполняются из износоустойчивых материалов, футеруются ими, например, наплавляются высокопрочными сталями и сплавами.
По принципу действия насосы делятся на объемные и лопастные.
15.1.1. Объемные насосы
В объемных насосах подача жидкости и повышение давления происходят вследствие вытеснения ее из рабочего объема движущимся рабочим органом.
В поршневом насосе, схема которого приведена на рис. 15.1, возвратно-поступательно движущийся поршень 1 вытесняет жидкость из цилиндра через открывающийся при этом нагнетательный клапан 2.
|
2 1 3
|
Рис. 15.1
При обратном ходе поршня в цилиндре создается разряжение, и жидкость всасывается в цилиндр через всасывающий клапан 3.
Из всех видов насосов поршневые создают наибольшее давление, достигающее 100 МПа и более. Производительность поршневых насосов не превышает 40–50 литров в секунду.
В пластинчатом насосе (рис. 15.2) жидкость переносится со стороны всасывания 1 на сторону нагнетания 2 между пластинами 3, совершающими круговое движение совместно с вращающимся ротором 4. Насосы этого типа создают давление до 18 МПа и имеют производительность до 5–7 л/с.
Рис. 15.2
Шестеренные насосы (рис. 15.3) обычно состоят из двух шестеренок (2 и 4), находящихся в зацеплении и помещенных с очень малыми радиальными и торцевыми зазорами в корпус 1. При вращении шестеренок жидкость, заполняющая впадины между зубьями, переносится со стороны всасывания 5 на сторону нагнетания 3, где она вытесняется из впадин зубьями.
Вследствие этого на стороне всасывания создается пониженное давление, а на стороне нагнетания давление повышается.
Рис. 15.3
Такие насосы создают давление до 20 МПа, их производительность достигает 8–10 л/с.
15.1.2. Лопастные насосы
К группе лопастных относятся центробежные и пропеллерные (осевые) насосы.
В центробежном насосе (рис. 15.4) на жидкость, заполняющую каналы между лопастями колеса 1 и вращающуюся вместе с ним, действует центробежная сила, отбрасывающая ее от центра колеса на периферию. Таким образом создается повышенное давление на периферии и разрежение в центре. Под действием этой разности давления все новые порции жидкости засасываются через центральное отверстие 2 колеса и выбрасываются с его периметра в сборную улитку 3, откуда через нагнетательный патрубок 4 жидкость подается к потребителю.
Рис. 15.4
Одноколесные центробежные насосы могут создавать давление не более 0,5–1 МПа, многоколесные – до 15–20 МПа. Производительность центробежных насосов достигает 3000 л/с.
Рис. 15.5
Осевой насос имеет лопасти, представляющие собой часть винтовой поверхности (рис. 15.5). При вращении колеса лопасти как бы ввинчиваются в жидкость и заставляют ее перемещаться вдоль оси вращения. Сечение лопастей имеет обтекаемую форму, схожую с формой самолетного крыла. Осевые насосы создают сравнительно малое давление (до 0,5 МПа), но зато имеют большую производительность – до 20–25 тыс. л/с.
Разнообразие конструкций насосов определяется широкой сферой их применения. Так, например, для обслуживания гидропрессов чаще всего используются кривошипные поршневые насосы, создающие высокое давление и имеющие достаточную производительность. Пластинчатые и шестеренные насосы не обеспечивают необходимых для гидропрессов давления и производительности.
Для откачивания воды из шахт устанавливаются центробежные насосы. Осевые насосы при высокой производительности не обеспечивают необходимого напора.
Для подачи смазки обычно применяются шестеренные насосы ввиду их простоты и надежности. Центробежные насосы для этого непригодны из-за невозможности получения малых производительностей.
15.2. Гидротурбины
Гидравлические турбины являются устройствами (машинами), в которых энергия потока жидкости преобразуется в механическую энергию. Поток жидкости тем или иным способом направляется на рабочее колесо турбины и, воздействуя на лопасти, приводит его во вращение. На валу колеса создается крутящий момент, который используется для приведения в движение механизмов. Чаще всего вал турбины непосредственно соединен с валом электрического генератора, вырабатывающего электрическую энергию.
По принципу действия турбины делятся на активные и реактивные.
15.2.1. Активные турбины
В активных турбинах происходит преобразование кинетической энергии жидкости в механическую энергию турбины путем прямого воздействия струи воды на лопасти турбины. Давление в жидкости на входе и выходе турбины одинаковое и равно атмосферному.
Рис. 15.6
Активные турбины выполняются в основном ковшовыми. На рис. 15.6. приведена схема активной турбины Пельтона. Колесо турбины представляет собой диск, на окружности которого закреплены лопасти в виде ковшей. Струи воды бьют из специальных сужающих сопел 1, одновременно воздействуя на часть лопастей 2. Мощность турбины регулируется иглой, перемещающейся внутри сопла в осевом направлении и изменяющей расход воды. Активные турбины используют большие напоры – 150–1750 м водяного столба.
15.2.2. Реактивные турбины
В реактивных турбинах изменяется как кинетическая, так и потенциальная энергия жидкости, и давление в жидкости на входе больше, чем на выходе. Реактивные турбины могут быть радиально-осевыми и пропеллерными (осевыми).
Рис. 15.7
На рис. 15.7 приведена схема радиально-осевой турбины системы Френсиса. Вода через направляющий аппарат 2 поступает в рабочее колесо радиально по всему периметру одновременно на все лопасти 1. Внутри колеса направление потока меняется на 90°, вода начинает двигаться в осевом направлении и отводится через трубу 3.
Такие турбины применяются при напорах 25–300 м водяного столба.
Колесо пропеллерной турбины имеет в принципе ту же конструкцию, что и колесо пропеллерного (осевого) насоса (рис. 15.8). Поток воды из спиральной камеры 1 проходит радиально через аппарат 2 и, повернув на 90°, поступает в осевом направлении на лопасти колеса 3.
Рис. 15.8
При обтекании лопастей возникает касательная составляющая силы давления на лопасть, которая создает крутящий момент, вращающий рабочее колесо.
Пропеллерные турбины применяют при малых напорах – меньших 25 м водяного столба.
15.3. Гидропередача
Гидромашины обладают свойством обратимости, которое заключается в том, что при изменении направления подачи жидкости в машину и распределения давления по сторонам рабочего органа насос может быть превращен в гидродвигатель, и наоборот, гидродвигатель может работать как насос. Наиболее нагляден принцип обратимости на примере осевых (пропеллерных) насоса и турбины.
На рис. 15.9 изображена схема гидропреобразователя.
Рис. 15.9
Здесь в одном агрегате совмещены пластинчатый насос 1 и пластинчатый двигатель 2, гидравлически замкнутые друг на друга. Жидкость, нагнетаемая насосом, поступает в аналогичный ему по конструкции двигатель. Она давит на пластины, выдвинутые из пазов ротора, и создает крутящий момент, вращающий ротор двигателя. Отработавшая в двигателе жидкость вновь поступает на всасывание в насос. Валы насоса и двигателя механически не связаны, поэтому могут вращаться с разной скоростью и даже в разные стороны, могут быть параллельными или соосными.
Такое свойство обратимости позволяет создать целую группу гидравлических машин и механизмов, именуемых гидропередачами. В зависимости от того, какого типа гидродвигатели составляют основу гидропередачи, различают гидродинамические и объемные гидропередачи.
15.3.1. Гидродинамическая передача
В гидродинамической передаче (рис. 15.10) размещенные в одном корпусе 1 центробежный насос 3 и радиально-осевая турбина 2 посажены на соосные валы, не имеющие жесткой механической связи.
Рис. 15.10
Жидкость, нагнетаемая насосом, поступает в турбину, приводит ее во вращение и, отработав, вновь попадает в насос. Если в такой передаче преобразуется и крутящий момент, и число оборотов, то она называется гидротрансформатором. Если же крутящие моменты на валу насоса M1 (входной) и на валу турбины M2 (выходной) остаются одинаковыми, а изменяется лишь передаточное число N, то такая передача называется гидромуфтой.
15.3.2. Объемная гидропередача
Основой объемной гидропередачи могут быть поршневые насос и двигатель (силовой цилиндр) или пластинчатые насос и двигатель. При этом они не обязательно совмещаются в одном агрегате. Насос и двигатель могут быть расположены на удалении друг от друга в соответствии с требованиями технологического процесса, который обслуживается гидропередачей. Жидкость между ними перемещается по трубам через ряд регулирующих и управляющих устройств. Такая гидравлическая система называется объемным гидроприводом.
PAGE 322