Общие сведения о гидравлических машинах

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ухтинский государственный технический университет

В. В. Соловьёв, Д. Г. Селиванов

 

 

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Курс лекций

 

Учебное пособие

 

Ухта 2011

УДК 621. 51 (075.8)

С 60

 

Соловьёв В. В.

Гидравлические машины. Курс лекций [Текст]: учеб. пособие / В. В. Соловьёв, Д. Г. Селиванов – Ухта: УГТУ, 2011. – 59 с.: ил.

 

 

ISBN 978-5-88179-658-7

 

Учебное пособие «Гидравлические машины. Курс лекций» предназначено для студентов дневного и заочного обучения специальности 130602 «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов» изучающих дисциплину «Гидравлические машины».

Пособие включает в себя десять лекций. В лекциях содержится краткая информация по принципу действия и теории расчета основных параметров различных гидравлических машин, используемая студентами при выполнении контрольных и курсовых работ.

 

 

Учебное пособие рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советомУхтинского государственного технического университета.

 

Рецензенты: Л. Н. Ахтимирова, заместитель директора общества с ограниченной ответственностью «Гелент», г. Ухта; В. П. Ларуков, начальник отдела обустройства нефтяных и газовых месторождений филиала ООО «ЛУКОЙЛ-Инжениринг» ПечорНИПИнефть в г. Ухта.

 

 

© Ухтинский государственный технический университет, 2011

© Соловьев В. В., Селиванов Д. Г., 2011

 

ISBN 978-5-88179-658-7

ЛЕКЦИЯ № 1

Общие сведения о гидравлических машинах

 

1.1. Применение гидравлических машин в нефтяной и газовой промышленности

 

Гидравлические машины в технологических процессах, связанных с добычей и транспортом нефти и газа широко применяются:

1). При бурении скважин: насосы буровые (поршневые и плунжерные), насосы центробежные (шламовые, подпорные, вспомогательные); забойные двигатели (турбобуры и винтовые); элементы гидроуправления (гидроцилиндры, гидропневмоаккумуляторы и т.д.); гидропередачи (гидромуфты, гидротрансформаторы, гидротормозы).

2). Для подъёма жидкостей (нефти, воды и их смесей) из скважин: погружные штанговые насосы; погружные электроцентробежные насосы; погружные винтовые насосы; гидроприводные плунжерные насосы; струйные насосы эжекторного типа.

3). Для внутрипромыслового, магистрального транспорта (нефти, воды и их смесей): центробежные насосы; поршневые и плунжерные насосы; винтовые насосы.

4). Для закачки жидкостей в пласт (поддержания пластового давления, гидроразрыва пластов): центробежные насосы; поршневые и плунжерные насосы.

5). Для цементирования скважин: поршневые и плунжерные, центробежные насосы, установленные на передвижных цементировочных агрегатах.

6). В системах гидропривода машин и комплексов: гидроцилиндры; шестерённые насосы и гидродвигатели; пластинчатые насосы и гидродвигатели; роторные аксиально-поршневые и радиально-поршневые насосы и гидродвигатели; поворотные гидродвигатели; гидроаппараты, регулирующие устройства и запорная арматура.

 

2. Классификация гидравлических машин

 

1). По принципу действия гидравлические машины делятся на 2-а класса:

Динамические. Их признаки:

а) наличие лопаточного аппарата, обтекаемого рабочей средой;

б) непрерывность потока в каналах машин;

в) взаимодействие гидродинамических сил с текучей средой.

Объёмные. Их признаки:

а) наличие рабочих камер (полостей), которые периодически сообщаются с входом и выходом из машины;

б) давление в рабочих камерах изменяется от начального на входе до конечного на выходе плавно (поршневой насос) или скачкообразно (шестерённый насос);

в) усилия на рабочих органах практически не зависят от скоростей омывающих их жидкостей.

2). По назначению:

- машины орудия (насосы) – воспринимают работу через приводной вал или шток и отдают её текучей среде;

- машины двигатели (гидромоторы, гидроцилиндры, поворотные гидродвигатели и др.) – воспринимают энергию от потока жидкости и отдают её через выводной вал или шток;

- гидравлические передачи (гидромуфты, гидротрансформаторы и др.) – агрегаты составленные из объёмных или динамических машин орудий и машин двигателей;

- гидропривод – гидравлические системы, составленные из насоса, гидродвигателя и аппаратуры управления (турбобур или винтовой забойный двигатель, приводимые в движение буровым насосом и др.)

Кроме того, каждый из основных разделов классификации включает в себя множество подразделов.

Все типы гидравлических машин не имеющие клапанов являются обратимыми, то есть после некоторых преобразований конструкции могут использоваться как машины орудия, так и машины двигатели.

 

3. Принципиальная схема насосной установки

 

Принципиальная схема насосной установки и показана на рис. 1.1. Насос любого типа 3 служит для подъёма жидкости из нижнего резервуара или водоёма в верхний резервуар 9. Для измерения разряжения на всасывании служит вакуумметр 4, для измерения давления в линии нагнетания 8 – манометр 5. Регулирование подачи насоса может выполняться задвижкой 6, а производительность насоса измеряется счётчиком или расходомером 7. Для того, чтобы жидкость самотёком не вытекала из ёмкости 9 при остановленном насосе, на всасывающей линии установлен обратный клапан 1.

 

 

Рис.1.1. Принципиальная схема насосной установки:

1 – обратный клапан; 2 – всасывающий трубопровод; 3 – насос;

4 –вакуумметр; 5 – манометр; 6 – задвижка; 7 – расходомер (счётчик);

8 – напорный трубопровод; 9 – резервуар

4. Основные параметры гидравлических машин

 

Основные параметры насосов:

1) Подача – отношение объёма (объёмная подача Q, м³/с) или массы (массовая подача G, кг/с) подаваемой жидкости ко времени. При этом:

, (1.1)

где ρ – плотность жидкости, кг/м³.

Действительная подача – количество жидкости, проходящее через напорный трубопровод в единицу времени, Q_д, G_д. Измеряется счётчиками, расходомерами, мерниками. Теоретическая подача – количество жидкости перемещаемое рабочими органами насоса без учёта потерь в единицу времени, Q_т, G_т.

2) Объёмный коэффициент полезного действия (к.п.д.) определяется из выражения

; (1.2)

3) Напор насоса, Н, м, определяется по формуле

, (1.3)

где z, p, v – соответственно отметка высоты, давление, скорость потока;

к, н – соответственно конечное (после насоса) и начальное (перед насосом);

g – ускорение свободного падения.

4) давление p, Па (Н/м²) определяется по формуле

. (1.4)

5) полезная мощность насоса N, Вт, определяется по формуле

. (1.5)

6) общий к.п.д. определяется по формуле

, (1.6)

где N_п – мощность потребляемая насосом;

η_м, η_г, η_о – соответственно механический, гидравлический, объёмный к.п.д. (потери на трение, гидравлические и объёмные).

7) быстроходность насосов, для объёмных – это частота вращения вала n, об/с, для динамических – коэффициент быстроходности (при n заданной в об/мин)

. (1.7)

Основные параметры гидродвигателей:

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

2) крутящий момент М, Н·м;

3) мощность двигателя, Вт

; (1.8)

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

, (1.9)

где обозначения те же, что и для насосов;

5) гидравлическая мощность гидродвигателя

; (1.10)

6) к.п.д. гидродвигателя

. (1.11)

ЛЕКЦИЯ № 2

1. Динамические гидравлические машины

К ним относятся: турбобуры, центробежные, вихревые, осевые насосы, гидродинамические муфты, турботрансформаторы и др.

1.1. Турбобуры

1). 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, 22 – переводники; 2 – втулка корпуса; 3 – корпус; 4 – контргайка;

5 – колпак; 6 – роторная гайка; 7, 10 – диски пяты; 8 – подпятник;

9 – кольцо пяты; 11 – регулировочное кольцо;

12, 17 – уплотнительные кольца; 13 – статор; 14 – ротор; 15 – втулка средней опоры; 16 – средняя опора; 18 – упор; 19 – втулка нижней опоры;

20 – ниппель; 21 – 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.

2). 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

, (2.1)

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

. (2.2)

Осевая составляющая скорости определяется по формуле

, (2.3)

где Q – расход через турбину;

F – площадь кольцевого сечения;

, (2.4)

D – средний диаметр,

ι – ширина проходного канала.

 

3). Основные параметры турбобуров определяются по формулам:

 

а) скорость вращения вала, об/мин

(2.5)

где η_о – объёмный к.п.д.,

χ – коэффициент стеснения проточной части,

l – ширина канала;

Q – подача бурового насоса.

 

б) напор турбобура, м

, (2.6)

где к – количество ступеней турбины,

g – ускорение свободного падения,

η_г – гидравлический к.п.д.;

D – средний диаметр канала.

 

в) мощность турбобура, Вт

, (2.7)

где η_м – механический к.п.д.;

ρ – плотность жидкости.

г) крутящий момент турбобура, Н·м

. (2.8)

 

4). Кинематические коэффициенты турбин определяются по формулам:

а) коэффициент осевой скорости

, (2.9)

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

б) коэффициент активности турбин

, (2.10)

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

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

в) коэффициент циркуляции

, (2.11)

где ω – угловая скорость.

1.2. Центробежные насосы

 

Центробежные насосы относятся к динамическим гидромашинам. Конструктивная схема 1-о ступенчатого центробежного насоса показана на рис. 2.4.

 

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

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

(2.12)

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

- относительная скорость движения жидкости, м/с;

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

Переносная скорость определяется по формуле

(2.13)

где w- угловая скорость вращения вала, рад;

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

n– скорость вращения вала, об/мин.

Относительная скорость w определяется по формуле

(2.14)

где Q_к – 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.

Меридиальные составляющие абсолютных скоростей с_1m и с_2m опре деляются по формулам

(2.15)

, (2.16)

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

(2.17)

(2.18)

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.

Рис.2.5. Скорости движения жидкости в центробежном насосе

ЛЕКЦИЯ № 3

1. Теоретический напор центробежного насоса

 

Определяется по уравнению Эйлера

(3.1)

При безударном входе, когда с_1u = 0

(3.2)

Напор реального насоса определяется по формуле

, (3.3)

где h_г – гидравлический коэффициент полезного действия.

Реальная подача определяется по формуле

, (3.4)

где h_о – объёмный коэффициент полезного действия;

y – коэффициент стеснения потока;

(3.5)

где z – число лопастей.

Полезная или гидравлическая мощность определяется по формуле

, (3.6)

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

, (3.7)

где h – полный коэффициент полезного действия.

 

2. 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 быстроходности n_s = 4…40. Насосы бывают закрыто- и открыто- вихревые.

 

!!!3. Осевые насосы

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

 

 

Рис. 3.3. 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

. (3.2)

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.

4. Гидродинамические передачи

4.1. Гидромуфты

Представляют собой сочетание двух динамических машин – лопастного насоса и турбины, объединённых системой циркуляции по ним одной и той же жидкости. Вал насоса является входным валом передачи, а турбины - выходным валом. Насосное и турбинное колёса помещают в одном корпусе, при этом необходимость в трубопроводах отпадает. Основные рабочие органы гидромуфты изображены на рис. 3.4.

Гидромуфты не преобразуют крутящий момент, но в отличие от механических муфт позволяют приводить машинув движение под нагрузкой, работают лучше, чем фрикционные муфты, меньше изнашиваются, имеют к.п.д = 0,97…0,98.

 

 

Рис. 3.4. Рабочие органы гидромуфты:

1 – насосное колесо; 2 – турбинное колесо; 3 – вращающийся корпус

Схема привода исполнительного механизма от двигателя приведена на рис. 3.5.

 

 

Рис. 3.5. Схема привода исполнительного механизма через гидромуфту:

1 – двигатель; 2 – исполнительный механизм; 3 – гидромуфта;

Н – насосное колесо; Т – турбинное колесо; Q – вращающийся корпус

 

4.2. Гидротрансформаторы

 

Введение в конструкцию гидропередачи неподвижных венцов лопастного колеса, называемого реактором (рис. 3.6), позволяет автоматически преобразовывать крутящий момент на выходном валу и скорость вращения его в зависимости от нагрузки. Такая машина называется гидротрансформатором и является прообразом автоматической коробки передач.

На рис. 3.6 изображён комплексный гидротрансформатор. Реактор в этой гидромашине установлен на муфте свободного хода, поэтому он может работать и как гидромуфта. Главные свойства гидротрансформатора:

а) бесступенчатость передачи;

б) автоматическое изменение передаточного отношения в зависимости от нагрузки на валу;

в) крутящий момент двигателя при этом может оставаться неизменным.

 

Рис. 3.6. Схема комплексного гидротрансформатора:

1 – турбинное колесо; 2 – насосное колесо; 3 – реактор;

4 – муфта свободного хода

Рабочей жидкостью служат минеральные масла, дизтопливо, их смеси, тормозные жидкости. Гидротрансформаторы и гидромуфты широко используются в дизельном приводе буровых установок.

ЛЕКЦИЯ № 4

1. Объёмные гидравлические машины

К ним относятся:

1) роторные машины (роторно-вращательные, роторные радиально-поршневые, роторные аксиально-поршневые); 2) поршневые и плунжерные машины; 3) мембранные и шланговые машины; 4) гидроцилиндры, 5) гидропреобразователи.

1.1. Роторно-вращательные гидравлические машины

 

Подразделяются на: шестерённые, винтовые, пластинчатые, с вращающимися поршнями.

1.1.1. Шестерённые гидравлические машины

Шестерённые насосы выполняются с шестернями внешнего (рис. 4.1) и внутреннего зацепления (рис. 4.2).

 

 

Рис. 4.1. Схема насоса с шестернями наружного зацепления

 

Они могут использоваться как в качестве насосов, так и гидродвигателей. Шестерни бывают: прямозубыми, косозубыми или шевронными.

Гидравлические машины 1-го типа более распространены, так как имеют более простую конструкцию. При вращении шестерен жидкость, заключённая во впадинах зубьев переносится из камеры всасывания «в» в камеру нагнетания «н», которая образована корпусом насоса и зубьями шестерен. Разность объёмов, описываемых рабочими поверхностями, вытесняется в нагнетательную линию насоса.

Насосы отличаются: надёжностью, малыми габаритами и массой. Давления достигают 30 МПа, подачи – 20 м³/мин, частоты вращения – 18000 об/мин. Объёмный к.п.д., η_о – 0,98, а общий к.п.д., η – 0,9.

Рис. 4.2. Шестеренный насос с внутренним зацеплением:

1, 4 – отводящие и подводящие окна; 2 – внутренняя шестерня;

3 – наружная шестерня; 5 – уплотняющий серповидный элемент

 

Срок службы до 5000 часов. Насосы работают на жидкостях с диапазоном вязкостей – от 10 до 800 сст и выше. Предназначены для перекачки: нефти, масел и нефтепродуктов (даже мазутов).

При расчётах насосов пользуются следующими формулами

1) теоретическая подача насоса определяется из выражения

, (4.1)

где d_н – диаметр начальной (делительной) окружности ведущей шестерни;

m – модуль зацепления;

b – ширина шестерни;

n – частота вращения вала.

2) модуль зацепления для эвольвентного профиля определяется по эмпирической зависимости

или , (4.3)

где h₁ – высота зуба (проекция расстояния от точки зацепления до вершины зуба);

Q_т – теоретическая подача, л/с.

3) диаметр делительной окружности определяется по формуле

, (4.4)

где z – число зубьев (округляется до целого числа).

Эффективная (действительная) подача определяется по формуле

, (4.5)

где η_о – объёмный к.п.д.

4) приводная мощность определяется по формуле

, (4.6)

где Р_н – давление нагнетания;

η_м – механический к.п.д.

При конструировании насосов принимают b = (4…8)·m; b/d_н = 0,4…0,6.

 

При расчёте гидродвигателя пользуются следующими формулами

1) рабочий объём

; (4.7)

2) расчётный крутящий момент на валу

, (4.8)

где Δр – перепад давления на входе и выходе из двигателя.

3) мощность на валу

. (4.9)

4) эффективный момент

. (4.10)

5) эффективная мощность

. (4.11)

6) расчётный расход насоса для привода гидродвигателя

. (4.12)

7) фактическая подача насоса

. (4.13)

8) подводимая мощность

или . (4.14)

9) полный к.п.д.

. (4.15)

 

1.2. Винтовые гидравлические машины

 

Их можно рассматривать как машины с косозубыми шестернями, число зубьев которых равно числу заходов винтовой нарезки. Бывают 1-о, 2-х и 3-х винтовыми. Могут работать как в режиме насоса, так и гидродвигателя.

 

!!!1.2.1. Одновинтовые насосы

 

Для перекачки жидкостей под невысоким давлением применяют одновинтовые насосы (рис. 4.3), которые отличаются простотой изготовления и надежностью в эксплуатации. Насос имеет 1-у движущуюся деталь - винтовой ротор.

Рис. 4.3. Схема одновинтового насоса:

1 – корпус; 2 – ротор; 3 – обрезиненная обойма; а – замкнутая полость

Рабочая камера образуется ротором и неподвижной обоймой. Подача происходит без пульсаций, отсутствуют инерционные потери, что улучшает условия всасывания. В местах герметизации деталей имеет место скольжение с качением, поэтому насосы пригодны для работы на загрязненных жидкостях, их применяют при добыче газированной нефти из скважин, для откачки воды из угольных шахт и т.д. Давление до 5,0 МПа, расходыот 0,05 до 15 л/с; частота вращения до 15 000 об/мин.

Винтовой ротор 2 насоса обычно однозаходный; поперечные его сечения в любом месте представляют собой окружность диаметром «d». Центр сечения ротора смещен относительно его оси «О» симметрии на величину «е». При вращении он совершает движения в прорези корпуса высотой «h». Обойма 3 представляет собой двухзаходный винт.

Подача насоса определяется по формуле

, (4.16)

где h – высота сечения обоймы;

d – диаметр сечения винта;

t – шаг винта;

n – частота вращения винта;

e – эксцентриситет.

При выборе параметров насоса можно использовать опытные соотношения 20 ≤ t_ОБ/е ≤ 35, где t_ОБ – шаг обоймы и 1,5 ≤ 1/d ≤ 3,5.

Эффективная подача определяется по формуле

. (4.17)

 

!!!1.2.2. Двухвинтовые насосы

 

В 2-х винтовом насосе замкнутая камера образована 2-я винтами, находящимися в зацеплении, и неподвижной обоймой. Такие насосы (рис. 4.4) обычно выпускаются на подачи до 300 л/с при давлении до 10 МПа.

В последнее время широко используются на нефтеперекачивающих станциях. Они выполняются обычно с прямоугольной резьбой, что упрощает их изготовление. При этой резьбе ухудшается герметичность насоса. Винты связаны друг с другом при помощи зубчатой пары, размещаемой в общем с винтами корпусе. Расчетная подача двухвинтового насоса определяется по формуле

(4.18)

где D_н, D_в – наружный и внутренний диаметры винта;

t – шаг винта;

n – частота вращения винта.

 

Рис. 4.4. Конструктивная и расчетная схемы двухвинтового насоса

 

1.2.3. Трёхвинтовые насосы

 

Широко распространены также 3-х винтовые насосы. Схема такого насоса представлена на рис. 4.5.

 

 

Рис. 4.5. Схема трехвинтового насоса

Средний винт является ведущим, а два боковых – ведомыми. При этом угол винтовой линии выбирается таким, чтобы боковые винты вращались за счёт давления жидкости. Нарезка винтов обычно 2-х заходная, винты циклоидального профиля с углом подъёма винтовой линии 30…45⁰.

Теоретическая подача 3-х винтового насоса определяется по формуле

, (4.19)

где d_н – наружный диаметр ведомых винтов.

При проектировании насосов принимают:

D_в = d_н; D_н = 5/3 · d_н; d_в = 1/3 · d_н; t = 10/3 · d_н;

где D_в и D_н – внутренний и наружный диаметры нарезки ведущего винта;

d_в – внутренний диаметр ведомых винтов;

t – шаг винтовой нарезки.

Общая длина винтов определяется по формуле

, (4.20)

где m – число перекрытий витков, принимается таким образом, чтобы перепад давления на каждое перекрытие был ≤ 2÷3 МПа.

ЛЕКЦИЯ № 5

1. Пластинчатые гидравлические машины

 

Пластинчатая гидравлическая машина (насос или мотор) – это роторная машина с вращающимся ротором и пластинами, размещёнными в прорезях ротора и совершающими возвратно-поступательное движение в нём при его вращении. Наиболее простым является насос с двумя пластинами 3 и 5 (рис. 5.1, а), расположенными в общем радиальном пазу ротора 7.

 

Рис. 5.1. Принципиальная (а) и расчетная (б) схемы

2-х пластинчатого насоса:

1 – статор; 2 – пружина; 3, 5 – пластины; 4 – нагнетательная полость;

6 – всасывающая полость; 7 – ротор

 

Оси ротора и статора смещены на эксцентриситет е. Между ротором и статором при вращении образуются полости всасывания а и нагнетания б. Для радиального перемещения пластин и обеспечения плотного контакта со статором служит пружина 2. Расчётная схема насоса представлена на рис. 16, б. Подача за один поворот определяется площадью заштрихованной точками. Производительность с учётом объема пластин определяется по формуле

, (5.1)

где В – ширина ротора;

n – частота вращения ротора;

R и r – радиусы статора и ротора;

е – эксцентриситет;

b – толщина пластины.

Для снижения пульсации подачи применяют многопластинчатые насосы. Схема насоса с гидравлическим поджимом пластин представлена на рис. 5.2.

 

Рис. 5.2. Схема многопластинчатого насоса с гидравлическим поджимом пластин:

а – серпообразное питающее окно; б – нагнетательное окно; к – осевое окно для подведения жидкости для перемещения пластин;

1, 4, 5 – пластины; 2 – ротор; 3 – статорное кольцо; 6 – уплотнительный

элемент

 

Теоретическая подача насоса определяется по формуле

, (5.2)

где z – число пластин;

Пластинчатые насосы одинарного действия применяются для гидросистем при давлениях до 5 МПа. При больших давлениях применяют насосы 2-х (рис. 5.3) и реже 4-х кратного действия.

Теоретическая подача насоса двукратного действия определяется по формуле

. (5.3)

Пластинчатые насосы двойного действия выпускаются на давление до 17 МПа, n = 500 об/мин (большой мощности), 1500…3000 об/мин

 

Рис. 5.3. Расчетная схема пластинчатого насоса двукратного действия

 

(средней мощности), и миниатюрные с Q ≤ 1 л/мин – до 30000 об/мин. Q достигает у некоторых насосов 950 л/мин, η_об = 0,6…0,95, η_мех = 0,7…0,9, полный η = 0,85 – для средних насосов.

Теоретический крутящий момент пластинчатого гидромотора одинарного действия определяется по формуле

, (5.4)

Эффективный крутящий момент – по формуле

, (5.5)

где р – перепад давления;

q – удельный объём;

η_мех – механический к.п.д. гидромотора.

Для гидромотора двойного действия

. (5.6)

 

2. Насосы с вращающимися поршнями

 

Для перекачки больших объемов вязких жидкостей под небольшим напором (давлением), применяют коловратные (или с вращающимися поршнями) насосы (рис. 5.4). Профили роторов таких насосов выполнены так, что они плотно замыкаются между собой и с колодцами корпуса. При направлении вращения роторов, указанном на рис. 4, а, объем верхней камеры «а» (отмечено точечной штриховкой) будет уменьшаться и жидкость из нее вытесняться, а объем нижней камеры – увеличиваться и жидкость будет в нее засасываться. Поскольку подобные роторы не могут передавать момент с ведущего ротора на ведомый, они соединяются между собой шестеренной парой, расположенной вне корпуса насоса.

 

 

Рис. 5.4. Схемы насосов с вращающимися поршнями

 

Теоретическая подача такого насосаопределяется по формуле

, (5.7)

где R – внешний радиус ротора;

r – радиус внутренней части ротора;

В – ширина ротора;

n – частота вращения ротора.

Теоретическая подача насоса, представленного на рис. 5.4, в, определяется по формуле

. (5.8)

!!!3. Насосы с роликовыми вытеснителями

 

Для перекачки жидкостей под небольшим давлением применяются насосы, в которых в качестве вытеснителей служат ролики (рис. 5.5). Насос состоит из статорного кольца 2 и ротора 3, в прорези которого свободно помещены

 

 

Рис. 5.5. Насос с роликовыми вытеснителями:

1 – ролики; 2 – статорное кольцо; 3 – ротор

 

ролики 1. Ось статора смещена относительно оси ротора на величину (эксцентриситет) «е», значение которой определяет подачу насоса.

При вращении ротора 3 ролики 1 прижимаются центробежными силами к статорному кольцу 2 и силами сопротивления – к боковой стенке прорези ротора, благодаря чему обеспечивается необходимая герметичность. При своем движении ролики будут частично скользить и частично катиться по цилиндрической поверхности статора и одновременно по поверхности контакта прорезей ротора.

Всасывание и нагнетание жидкости осуществляется через сдвоенные окна, выполненные в боковых крышках насоса.

ЛЕКЦИЯ № 6

1. Роторные радиально-поршневые гидромашины

 

Представляют собой машины с подвижными элементами в виде вращающегося ротора и поршней или плунжеров, вращающихся вместе с ним и совершающих возвратно-поступательное движение в цилин

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: