Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Основные параметры гидродвигателей




1) частота вращения вала n (или угловая скорость );

2) крутящий момент М, Н·м;

3) мощность двигателя, Вт

;

4) перепад полного (статического и динамического) давления, Па

,

где обозначения те же, что и для насосов;

5) гидравлическая мощность гидродвигателя

;

6) к.п.д. гидродвигателя

.

ЛЕКЦИЯ № 2

Динамические гидравлические машины

К ним относятся: турбобуры, центробежные, вихревые, осевые насосы, гидродинамические муфты и турботрансформаторы. Рассмотрим принцип действия и основные расчётные формулы для каждого из них.

Турбобуры

Назначение и конструкция

Предназначены для вращения долота при бурении скважины без вращения бурильной колонны. Представляют собой многоступенчатую (до 100 ступеней) гидромашину (рис. 2.1).

 

 

Рис. 2.1 – Односекционный турбобур

1, 24 – переводники; 2 – втулка корпуса; 3 – корпус; 4 – контргайка;

5 – колпак; 6 – роторная гайка; 7, 10 – диски пяты; 8 – подпятник; 9 – кольцо пяты; 11, 17 – регулировочные кольца; 12, I8 – уплотнительные кольца;

13 – статор; 14 – ротор; 15 – втулка средней опоры; 16 – средняя опора;

19 – упор; 20 – шпонка; 21 – втулка нижней опоры; 22 – ниппель; 23 – вал

Каждая ступень турбины состоит из двух лопаточных систем: статора и ротора. Буровой раствор проходит через каждую ступень и создаёт крутящий момент ротору относительно статора. Крутящие моменты ступеней складываются, создавая общий крутящий момент турбобура.

Кинематика движения жидкости в турбобуре

Разрез статора и ротора представлен на рис. 2.2.

 

Рис. 2.2 – Разрез ротора и статора

1 – вал; 2 – ротор; 3 – лопасти; 4 – статор; 5 – корпус

 

При конструировании турбобуров рассматривается только безударный режим входа жидкости. Треугольники скоростей на входе и выходе из турбины представлены на рис. 2.3.

 

Рис. 2.3 – Треугольники скоростей при безударном режиме

 

Вектор относительной скорости обтекания лопаток определяется как

,

где с – абсолютная скорость жидкости,

u – окружная скорость жидкости.

При безударном режиме: α1 = β2; α2 = β1; c1 = w2; c2 = w1. Безударные входы в ротор и статор достигаются при равенстве

.

Осевая составляющая скорости определяется по формуле

,

где Q – расход через турбину;

F – площадь кольцевого сечения;

,

D – средний диаметр,

ι – ширина проходного канала.

Основные параметры турбобуров определяются по формулам:

· скорость вращения вала, об/мин

где ηо – объёмный к.п.д.,

χ – коэффициент стеснения проточной части,

l – ширина канала;

Q – подача бурового насоса.

· напор турбобура, м

,

где к – количество ступеней турбины,

g – ускорение свободного падения,

ηг – гидравлический к.п.д.;

D – средний диаметр канала.

· мощность турбобура, Вт

,

где ηм – механический к.п.д.

· крутящий момент турбобура, Н·м

.

Кинематические коэффициенты турбин определяются по формулам:

· коэффициент осевой скорости

,

причём, чем > σz, тем < скорости движения жидкости;

· коэффициент активности турбин

,

причём, в основном используются турбины с σа = 0,5;

при σа > 0,5 турбины активные, при σа < 0,5 – реактивные;

· коэффициент циркуляции

,

где ω – угловая скорость.

Центробежные насосы

Центробежные насосы относятся к динамическим гидромашинам. Конструктивная схема 1-о ступенчатого центробежного насоса показана на рис. 2.4. Центробежные насосы не обладают способностью самовсасывания, поэтому перед пуском их следует заполнять жидкостью. Они весьма разнообразны по конструктивному исполнению и назначению.

Абсолютная скорость движения в векторной форме имеет вид

где - абсолютная скорость жидкости относительно корпуса насоса, м/с;

 

Рис. 2.4 – Схема 1-о ступенчатого центробежного насоса

1 – вход жидкости; 2 – всасывающий патрубок; 3 – корпус насоса; 4 – рабочее колесо; 5 – сальник вала; 6 – вал; 7 – лопасти; 8 – напорный патрубок; 9 – выход жидкости

 

- относительная скорость движения жидкости, м/с;

- переносная (окружная) скорость движения жидкости, м/с.

Переносная скорость определяется по формуле

где w - угловая скорость вращения вала, 1/с;

r – расстояние от оси вала до частицы жидкости, м;

n – скорость вращения вала, об/мин.

Относительная скорость w определяется по формуле

где Qк – объём жидкости, проходящей через каналы рабочего колеса, м3/с;

F – площадь проходного сечения каналов рабочего колеса, м2.

Основные параметры рабочего колеса, планы и треугольники скоростей приведены на рис. 2.5.

 

b2 с2 u2

a2 b1

w w1

b1 w2

b 2 c1

D2 D1 w d2 u1 a1

а)

w2 c2

c2m w1 c1

c1m

 

b2 b1a1

a2

u2 u1 c1u

c2u

б)

 

Рис. 2.5 – Скорости движения жидкости в центробежном насосе

а) – схема рабочего колеса и планы скоростей; б) – треугольники скоростей

 

Мериадиальные составляющие абсолютных скоростей с1m и с2m определяются по формулам

,

где F1 и F2 – площади проходного сечения канала рабочего колеса соответственно на входе и выходе из него, м2.

где D1, D2 – соответственно внутренний и наружный диаметры рабочего колеса;

b1, b2 – ширина канала соответственно на входе и выходе;

d2 – толщина лопасти по срезу;

z – число лопастей.

ЛЕКЦИЯ № 3

 

1. Теоретический напор центробежного насоса

Определяется по уравнению Эйлера

При безударном входе, когда с1u = 0

Напор реального насоса определяется по формуле

,

где hг – гидравлический коэффициент полезного действия.

Реальная подача определяется по формуле

,

где hо – объёмный коэффициент полезного действия;

y - коэффициент стеснения потока;

где z – число лопастей.

Полезная или гидравлическая мощность определяется по формуле

где r - плотность жидкости, кг/м3;

Н – напор, м;

Dр – перепад давления на входе и выходе из насоса, Па;

Приводная мощность двигателя определяется по формуле

,

где h - полный коэффициент полезного действия.

 

Вихревые насосы

Рабочим органом является рабочее колесо с радиальными или наклонными лопатками, помещёнными в цилиндрический корпус с малыми зазорами (рис. 3.1).

 

Рис. 3.1 – Схема закрыто-вихревого насоса

1 – рабочее колесо; 2 – кольцевой канал; 3 – напорный патрубок; 4 – перемычка; 5 – всасывающий патрубок

В боковых стенках корпуса по периферии имеется концентричный канал, начинающийся у всасывающего патрубка и заканчивающийся у напорного. Канал прерывается перемычкой, служащей уплотнением между напорной и всасывающей полостями. В канале возникает продольный вихрь (рис. 3.2).

Рис. 3.2 – Продольный вихрь

 

При смешении жидкостей происходит интенсивное вихреобразование, возрастание давления вдоль канала. Поэтому напор вихревых насосовв 3…9 раз больше, чем у центробежных при тех же параметрах. Вихревые насосы обладают способностью самовсасывани я, т.к. жидкость остаётся после остановки насоса в кольцевом канале. Многие из них могут работать на смеси жидкости и газа. Недостатком является низкий к.п.д. (η) – 35…38 %. Эти насосы непригодны для перекачки жидкостей содержащих абразивные частицы. Применяются они при мощностях (N) до 25 кВт, при напоре (Н) до 250 м, при подачах (Q) до 12 л/с. Коэффициент быстро-

ходности ns = 4 ÷ 40. Насосы бывают закрыто- и открыто- вихревые.

Осевые насосы

В осевом насосе жидкость движется вдоль оси насоса (рис. 3.3).

 

Рис. 3.4 – Схема осевого насоса

1 – вход жидкости; 2 – корпус; 3 – рабочее колесо; 4 – направляющий

аппарат; 5 – вал; 6 – выход жидкости

 

Окружные скорости равны u1 = u2 = u. Теоретический напор определяется по формуле

.

Осевые насосы отличаются большими Q при малых Н. К.п.д. их достигает 0,9. Диаметры насоса, как правило, не отличаются от диаметров всасывающей трубы. Они применяются: в шлюзовых хозяйствах на каналах; при заполнении, сливе танкеров, железнодорожных цистерн и т.д.

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...