Кінець МОДУЛЯ №1

(готуйся до контрольной роботи)
РОЗДІЛ 2. Гідромашини і гідравлічний привод.

Тема 2.1. Загальні повідомлення про гідравлічні машини.

 

Визначення гідравлічних машин, галузь їх використання. Класифікація насосів і гідродвигунів. Принцип дії об’ємних і динамічних машин. Головні параметри : подача (витрата) , напір , потужність і ККД. Кавітація , височина всасування , висота нагнітання.

Література:(1) ст. 154-155, 272-274, (2) ст.179-183, (4) ст. 41-90.

 

Методичні вказівки.

 

Гідравлічні машини – це машини, які створюють або використовують потік рідини під тиском. Їх класіфікують за різними ознаками. В залежності від напрямку передачі енергії їх розділяють на дві основні групи: насоси і гідродвигуни.

Насоси сприймають енергію через приводний вал або шток і віддають її рідині.

Гідродвигуни сприймають енергію від потоку рідини під тиском і віддають її на вихідний вал або шток. Більшість гідромашин може працювати як в режимі насоса, так і в режимі двигуна.

По принципу дії гідравлічні машини розділяють на два основних класи: об’ємні (поршневі і роторні) і динамічні (лопатні і вихрові).

В об’ємному насосі об’єми робочих камер в процесі роботи насоса періодично змінюються. Збільшення об’єму камер супроводжується заповненням їх рідиною, а зменшення обє’му – витісненням рідини в напірний трубопровод. При цьому рідині сполучається потенційна енергія тиску при практично незмінній кінетичній енергії рідини.

В динамічному (наприклад лопатному) насосі в процесі роботи (обертання робочого колеса) має місце силова дія обтікаємих лопаток робочого колеса на потік. При цьому рідині сполучається як потенційна, так і кінетична енергія.

Головними параметрами насосів являються: подача, напір, потужність, ККД, частота обертання.

Подача насоса Q – витрата рідини через його напірний патрубок. В СІ розмірність м³/с.

Напір насоса Н – це різниця енергій одиниці ваги рідини або повних напорів після насоса і перед ним

Н=

де індекс н – напірний патрубок;

індекс в – всмоктувальний патрубок.

 

Тиск насоса – р=rgH.

 

Корисна потужність насоса – потужність, придбана потоком рідини в насосі – це робота, яка передається насосом за одиницю часу, вимірюється в Ватах

N_г=rgHQ=pQ

 

Споживаєма потужність – це потужність підведена до вала насоса від зовнішнього джерела.

N_b=Mw , N_w=Fv

де М – крутний момент на валу насоса;

w - кутова швидкість обертання валу;

F – зусилля на точці;

v – швидкість потоку.

 

Коефіцієнт корисної дії насоса

h=

Втрати потужності в насосах розподіляються на три види:

- механічні – втрати потужності на тертя в підшипниках, їм відповідає механічний ККД h_м ;

- об’ємні – втрати потужності на перетікання частини рідини q через зазори між робочим органом і корпусом. Об’ємним втратам відповідає об’ємний ККД

h_о=

де Q_к – подача робочого органа;

- гідравлічний – втрати потужності за рахунок втрат напору h під час руху рідини через елементи насосу. Їм відповідає гідравлічний ККД

h_г=

де Н_т – теоретичний напір, тобто напір, який створює робочий орган.

ККД гідромашини – це добуток часткових ККД

 

h=h_м×h_о×h_г

 

Гідродвигун є машиною, зворотньою насосу.

Корисна потужність гідромотора

N_гм=М×w

 

а силового гідроциліндра

 

N_гц=F×v

Споживана гідродвигуном потужність на вході

N_в=Dp_дQ

 

де Dр_д – різниця тисків на вході і виході двигуна.

 

Отже, ккд гідромотора

h=

 

ккд силового гідроциліндра

h=

 

Ще один параметр гідромашини – частота обертання робочого колеса n, с^-1 , або кількість подвійних ходів штока за секунду.

Для об’ємних машин важливим параметром є робочий об’єм V₀ – різниця найбільшого і найменшого об’ємів робочих камер, через які рідина протікає за один оберт або подвійний хід.

Необхідно мати на увазі, що любий насос може працювати при різних режимах, тобто при різних подачах, напорах і частотах обертання.

Кожному режиму роботи буде відповідати певне значення ККД насоса і спожита ним потужність. Режим роботи насоса (робоча точка) при деякій постійній частоті обертання визначається по точці перетину характеристик насоса і трубопровода. Для нормальної роботи насоса любого типу необхідно, щоб апсолютний тиск на вході в насос був більше тиску насиченої пари на величину, називаєму кавітаційним запасом тиску. В противному випадку у вхідній частині насосу де апсолютний тиск мінімальний може виникнути кавітація.

Питання для самоперевірки.

1. Яке призначення насоса, мотора?

2. Принцип дії об’ємних і динамічних гідромашин.

3. Що таке напір насоса і як його виразити через параметри рідини на вході і виході?

4. Що таке ККД насоса і як його виразити через механічний, об’ємний і гідравлічний ККД ?.

5. Як виразити механічний, об’ємний, гідравлічний ККД?

6. Як виразити корисну потужність насоса?

7. Як виразити спожиту потужність насоса через його корисну потужність?

8. Поясніть процес кавітації. Що таке висота всмоктування, висота нагнітання? Протикавітаційні заходи.

Задачі.

Задачі даної теми зводяться до визначення потужності, спожитої насосом, подачі насоса, робочого об’єма, побудові характеристик центробіжних насосів при різниці частоти обертання, визначення ККД . Для їх роз’язання треба використовувати вище перераховані формули і відношення, а також відомі формули для визначення геометричних розмірів.

 

Приклад 2.1.1. Насос (Мал.21) подає воду із нижнього бака в верхній на висоту h=10 м по трубопроводу довжиною L=12 м і діаметром d=100 мм. Визначити ККД насоса, якщо при подачі Q=36 м³/год споживана потужність N=1,5 кВт.Прийняти коефіцієнт тертя l=0,025 і суму коефіцієнтів місцевих втрат Sx=10.

Розв’язок.

ККД насоса дорівнює відношенню корисної потужності до спожитої

h=

Корисна потужність насоса це потужність отримана рідиною в насосі

N=rgQH

 

Напір насоса Н дорівнює напору Н_потр , тобто тому, який необхідно придати рідині, щоб вона текла по даному трубопроводу з заданою витратою. В даному прикладі:

Н_потр=h+=11,076 м.

Корисна потужність:

N_n=rgQH=1000×9,8×(36/36000)×11,076=1085,448 Вт.

ККД насоса:

h==0,724 .

Приклад 2.1.2.В скільки раз підвищиться ККД насоса, якщо при його доводці вдалося збільшити гідравлічний ККД h_г на 2% , а механічний h_м на 1,5%.

 

Розв’язок.

ККД насоса

h=h_мh_оh_г

Позначивши індексом “1” відповідні ККД до доводки насоса, а індексом “2” ККД після доводки, відповідно умовам задачі будемо мати:

h_2м=1,015×h_1м , h_2г=1,02×h_1г , h_2о=h_1о

Відповідно:

h₂=h_2м×h_2г×h_2о=1,05×1,02×h_1м×h_1г×h_1о=1,0353×h₁

тобто після доводки насоса його ККД підвищиться на 3,53%.

 

 

Тема 2.2. Об’ємні насоси.

Принцип дії, загальні властивості і класифікація, область застосування об’ємних насосів. Насоси зворотньопоступальної дії. Будова і область застосування поршневих, плунжерних і діафрагмових насосів. Графік подачі і способи її вирівнювання.Загальні властивості, класифікація і область застосування роторних насосів. Будова і особливості роторних насосів різного типу: шестеренчатих, пластинчатих, роторно-поршневих, гвинтових.

Література:(1) ст. 275-307, (2) ст. 211-246, (4) ст. 189-208.

 

Методичні вказівки.

 

В об’ємних насосах передача механічної енергії рідини (в основному потенційної енергії тиску) відбувається за рахунок витіснення її поршнями, плунжерами, зубами шестерень, гвинтовими поверхнями, пластинами. Витіснювачі замикають порцію рідини в робочій камері, а потім витісняють її в напірний трубопровід.

Обємні насоси розділяють на дві групи:

1. З нерухомими робочими камерами де рідина розподіляється за допомогою клапанів - поршневі насоси.

2. З рухомими робочими камерами – безклапанні, роторні насоси.

Відсутність клапанів в роторних насосах дозволяє використати їх в якості гідродвигунів. Відповідно роторні машини зворотньої дії. В порівнянні з поршневими, низькооборотними насосами, роторні насоси високооборотні, забезпечують більш рівномірну подачу рідини, однак вони придатні лише для неагресивних чистих змащувальних рідин.

Ідеальна (теоретична) подача об’ємного насоса, якщо не було б перетікання рідини через зазори із напірної порожнини у всмоктувальну, не залежала б від напору, розвинутого насососом. Вона визначалась би добутком робочого об’єму насоса на частоту робочих циклів насоса. Дійсна (реальна) подача насоса менше ідеальної внаслідок втрат, перерахованих вище.

Напір об’ємних насосів визначається зовнішнім навантаженням (зусиллям, прикладеним до витискувача). В принципі при роботі апсолютно герметичний об’ємний насос може створювати скільки завгодно високий напір (тиск) при скільки завгодно малій швидкості витискувачів.

В дійсності внаслідок втрат насос може створювати обмежений, але надто високий напір (тиск). Тому для запобігання поломки насоса, або руйнування трубопровода використовуються пристрої, що обмежують тиск, розвинутий насосом – запобіжні клапани або сервомеханізми.

Роторні насоси, конструкція яких дозволяє при незмінній частоті обертання змінювати подачу, називаються регулюємими. Очевидно, що регулюємі насоси складніше і дорожче нерегульованих. Регульовані насоси можуть бути з реверсивною подачею рідини (зі зміною напрямку потоку).

Питання для самоперевірки.

 

1. В чому полягає принцип дії об’ємного насоса?

2. Приведіть схему і поясніть роботу поршневих насосів одинарної і подвійної дії, приведіть графіки подачі цих насосів?

3. Область застосування діафрагмових насосів?

4. Які насоси відносяться до роторних насосів.

5. Приведіть конструктивні схеми і поясніть принцип дії роторних насосів.

6. Що називається робочим об’ємом, робочими камерами роторних насосів? Чим вони утворені?

7. Переваги і недоліки шестеренчатих, гвинтових, пластинчатих, аксіально і радіально роторних поршневих насосів.

8. Напишіть формули для визначення подачі роторних насосів і поясніть їх. Зміною яких параметрів можна здійснювати регулювання подачі насоса?

9. Відношення яких величин являється об’ємний, механічний і повний ККД насосів.

Задачі.

Приклад 2.2.1.Шестеренчатий насос, робочий об’єм якого V₀=80 см³ при частоті обертання n=1200 хв^-1 , розвиває тиск Р_н=10 мПа.

Визначити споживану насосом потужність, якщо об’ємний ККД насоса h₀=0,85 , а повний h=0,74.

Розв’язок.

Теоретична подача насоса

Q_т==1,6×10^-3 м³/с.

Дійсна подача насоса

Q=Q_т×h₀=1,6×10^-6×0,85=1,12×10^-3 м³/с.

Корисна потужність насоса

N_к=p_к×Q=10×10⁶×1,12×10^-3=11,2×10³ Вт

Споживана потужність

N==15,1×10³ Вт=15,1 кВт.

Приклад 2.2.2.Яку подачу забезпечує роторний насос і якщо вакуум на вході в насос p_вак=30 кПа , манометричний тиск на виході із насоса p_ман=1,5 мПа , діаметри всмоктувальної і напірної гідролінії одинакові, споживана потужність насосом N=1,8 кВт , повний ККД h=0,6.

Розв’язок.

Тиск розвинутий насосом:

p_н=p_ман+p_вак=1,5×10⁶+0,03×10⁶=1,53 мПа

Корисна потужність:

N_n=N×h=1,8×0,6=1,08 кВт

Виходячи з цього знайдем подачу, розвинуту насосом:

Q==0,7×10^-3 м³/с

 

 

Тема 2.3. Об’ємний гідропривод.

 

Визначення гідропривода. Принцип дії об’ємного гідропривода. Класифікація об’ємних гідроприводів по характеру руху вихідної ланки і іншими ознаками. Елементи гідропривода (гідродвигуни, гідролінії, тощо), та їх умови позначення на гідросхемах. Об’ємні гідропередачі з регульованим насосом, гідромотором, насосом та гідромотором, дросельнем регулюванням. Принципові схеми приводів машин. Регулювання швидкості і зусиль робочого органу. Робочі рідини, що застосовуються в гідроприводах.

Література:(1) ст. 379-402, (2) ст. 256-259, 309-323, (4)ст. 216-229.

 

Методичні вказівки.

Об’ємний гідропривод являє собою сукупність об’ємних гідромашин (насоса і двигуна), гідроапаратури керування (гідроклапанів, гідророзподільників) і допоміжних пристроїв (кондиціонерів, фільтрів, трубопроводів, тощо). Вони призначені для передачі механічної енергії та перетворення руху за допомогою рідини.

Нестискуємість рідини і герметичність гідроагрегатів забезпечують жорсткий зв’язок між ведучою і ведомою ланками. Запобіжні клапани гідросистеми забезпечують простий і надійний захист гідропривода і машин від поломок і перевантаження при заданому силовому режимі роботи. До других переваг об’ємного гідропривода, які визначають досить глибоке його застосування в якості приводів машин, станків, пресового і ливарного обладнання, бурових пристроїв, тощо, відносяться:

- можливість створення великих передаточних чисел, безступінчастого регулювання швидкості руху вихідної ланки і зусиль робочого органу в широкому діапазоні;

- велика питома потужність (відношення маси до переданої потужності);

- мала інерційність, що забезпечує швидку зміну режимів роботи (пуск, реверс, зупинка), так як момент інерції рухомих частин гідродвигунів в 5-6 разів менше момента інерції рухомих частин електромашини тієї ж потужності.

Повний ККД привода хоч і нижче, чим у електропривода, але досить високий (80-85%). Він визначається, як відношення корисної потужності гідродвигуна (потужності на штоці гідроциліндра чи на валу гідродвигуна) і потужності насоса

h=

Повний ККД привода дорівнює добутку повних ККД насоса, гідродвигуна і гідравлічного ККД передачі

h=h_н×h_д×h_гп

 

Гідравлічний ККД передачі враховує гідравлічні втрати на тертя по довжині труб і місцеві гідравлічні опори:

h_гп=

де p_н – тиск насоса;

Dp=Dp_тр+Dp_м – втрати тиску на тертя по довжині труб і на місцевих опорах.

 

Гідроприводи можуть бути різними в залежності від типу гідродвигуна, робочої частини та типу керування. Найбільш розповсюджені схеми гідроприводу зворотньо-поступальної та обертальної дії. В цьому випадку гідродвигуном є силовий циліндр, у другому – гідромотор. В обох випадках можуть використовуватись об’ємні насоси будь-якого типу: роторно-поршневі, шестеренчаті, гвинтові, пластинчаті. В залежності від способу циркуляції робочої рідини гідроприводи ділять на замкнуті і розімкнуті.

Одна з найбільш вагомих переваг об’ємного гідропривода перед механічним – це можливість безступінчастого регулювання швидкості і зусиль робочого органа в широкому діапазоні.

Регулювання швидкості гідродвигуна при постійній потужності на вході можна здійснити двома способами:

1. Дроселюванням;

2. Зміною подачі насоса (машинним способом).

Дроселювання.

Дроселем називається регулюючий аппарат, призначений для підтримки заданої величини витрати в залежності від величини перепаду тиску в підведених і відведених потоках рідини. Регулювання швидкості гідродвигуна дроселюванням широко розповсюджено на машинах малої потужності з простою трансмісією завдяки простоті і низькій собівартості виготовлення агрегатів. При цьому способі використовується нерегулюємий насос, а кількість рідини, що подається в гідродвигун змінюється за рахунок перепуску частини рідини в бак через перепускний клапан.

Розрізняють три способи дросельного регулювання:

- з дроселем в напірній лінії;

- з дроселем в зливній лінії;

- паралельно до гідродвигуна на окремому відгалудженні від напірної лінії.

При установці дроселя в напірній лінії регулювання швидкості гідродвигуна можливо, коли навантаження на вихідну ланку не співпадає з напрямком руху. В протилежному випадку відбудеться розрив потоку рідини в лінії перед поршнем. Крім того система з дроселем в напірній лінії може бути використана коли не вимагається постійна швидкість переміщення штока гідроциліндра.

При установці дроселя на зливній лінії швидкість пересування поршня регулюється кількістю рідини, що витісняється із штокової порожнини і проходячи через дросель зливається в бак. При любому напрямку навантаження на штоці розриву рідини не відбудеться. Опір дроселя регулюють відкриттям прохідного отвору.

Вказані випадки дросельного регулювання не забезпечують постійну швидкість на вихідній ланці при зміні навантаження, так як перепад тиску на дроселі не зостається, а значить не буде постійною витрата рідини, що потрапляє в гідродвигун.

Для стабілізації швидкості, незалежно від навантаження на гідродвигуні застосовують редукційний клапан з регулюємим дроселем, який називається регулятором потоку. Роль редукційного клапана – забезпечити постійний перепад тиску на дроселі.

Недоліки дросельного регулювання – низький ККД , особливо на малих обертах, коли велика кількість рідини перепускається в бак.

Машинне регулювання.

Машинне регулювання може здійснюватись в трьох варіантах:

- зміною робочого об’єму насоса (подачі). Забезпечується незалежність навантаження від швидкості руху силового органу.

- зміною робочого об’єму гідромотора. Забезпечується сталість вихідної потужності при зміні крутного моменту.

- зміною робочих об’ємів насоса і мотора.

У гідроприводах обертального руху часто використовують останній варіант, який забезпечує широкий діапазон регулювання.

Вибір тієї чи іншої схеми регулювання залежить від призначення гідроприводу, від прийнятих у схемі насосів і гідромоторів. Однак незважаючи на ряд переваг машинного регулювання, гідроприводи з дросельним регулюванням дешеві і поки використовуються ширше.

При вивченні цієї теми необхідно розглянути основні схеми гідроприводів з дросельним і об’ємним регулюванням швидкості і зусиль, розібратись в умовних позначеннях, вивчити принцип дії, недоліки і переваги.

Робочі рідини об’ємних гідроприводів повинні мати хороші змащуючі властивості по відношенню до матеріалів тертьових пар і ущільнень, невелику зміну в’язкості в діапазоні робочих температур, високий об’ємний модуль стисливості, високу температуру кипіння при нормальному тиску, бути нейтральними до матеріалів гідросистеми, володіти стабільністю характеристик в процесі експлуатації і зберігання, бути пожежнобезпечними, нетоксичними, мати хороші діелектричні властивості.

Цим вимогам в найбільшій мірі відповідають мінеральні (нафтові) мастила та синтетичні рідини на кремнійорганічній основі (силіконові), які широко застосовуються в якості робочих рідин об’ємних гідроприводів.

Питання для самоперевірки.

 

1. Що називається об’ємним гідроприводом.

2. Із яких головних елементів складається об’ємний гідропривод? Приведіть приклади.

3. Принцип дії об’ємного гідропривода?

4. Основні недоліки і переваги об’ємного гідропривода в порівнянні з електричним, механічним.

5. Який вплив на роботу гідропривода оказує в’язкість рідини?

6. Які вимоги ставляться до робочих рідин і чому?

7. Якими способами відбувається безступінчасте регулювання швидкості вихідної ланки гідродвигуна в об’ємних гідроприводах?

8. Які особливості дросельного регулювання при різному розміщенні дроселя в гідроприводі?

9. Порівняти з економічної точки зору різні способи регулювання швидкості руху вихідної ланки гідродвигуна.

10. З якою метою в системах гідропривода застосовують регулятор потоку?

11. Які недоліки і переваги дросельного і об’ємного регулювання?

12. В яких випадках застосовується дросельне і об’ємне регулювання?

13. Які відносні недоліки і переваги гідропривода з розімкнутою і замкнутою циркуляцією рідини?

Задачі.

При розв’язуванні задач гідроприводи при розрахунках можна розглядати, як складні трубопроводи з насосною подачею, а гідродвигуни – як особливі місцеві опори, що визивають втрату тиску DР. Ця величина вважається незалежною від витрати рідини (швидкості переміщення вихідної ланки поршня). Для гідроциліндрів величина DР приблизно визначається, як частка від ділення навантаження вздовж штока на площу поршня з сторони нагнітання.

При розрахунку вказаних систем необхідно врахувати те, що витрата рідини на вході в гідроциліндр з одностороннім штоком відрізняється від витрати на виході, так як площі поршня різні.

 

Приклад 2.3.1.Визначити повний ККД привода, що складається у насоса, гідромотора, гідроапаратури, якщо ККД насоса h_н=0,92 , ККД мотора h_м=0,94 , тиск розвинутий насосом p_н=10 мПа , гідравлічні втрати тиску на тертя по довжині труб та в місцевих опорах DР=0,2 мПа.

Розв’язок.

Повний ККД гідропривода дорівнює добутку ККД насоса, ККД мотора і гідравлічного ККД передачі.

ККД гідропередачі дорівнює

h_г==0,98

Тоді повний ККД гідропривода

h=h_н×h_м×h_п=0,92×0,94×0,98=0,847

 

Приклад 2.3.2.Визначити потужність, спожиту насосом об’ємного гідропривода з дросельним регулюванням (Мал. 22), втрати потужності із-за злива мастила через гідроклапан і ККД гідропривода, якщо зусилля на штоці гідроциліндра F=63 кН.

Прийняти втрати тиску в напорній і зливній лінії однаковими і рівними Dp=0,2 мПа, витрата масла через гідроклапан Q_к=1,55 л/хв. Об’ємний і механічний ККД гідроциліндра h_о=1 , h_м=0,97. ККД насоса h_н=0,8. Діаметр поршня D=125 мм , діаметр штока d=63 мм. Дросель настроєний на пропуск витрати Q_др=12 л/хв, коефіцієнт витрати дроселя m=0,65 , площа його прохідного перерізу S=8 мм² . Густина масла r=850 кг/м³. Втрати масла в гідроапаратурі не приймати до уваги.

 

Розв’язок.

Швидкість руху поршня

V_п==9,78 дм/хв

Витрата мастила, потрапляємого в гідроциліндр

Q_ц==8,95 л/хв

Подача насоса

Q_н=Q_ц+Q_кл=8,95+1,55=10,5 л/хв

Перепад тиску на дроселі визначається із виразу витрати через дросель

Q_др=

Dp_др==0,63×10⁶ Па=0,63 мПа

Тиск в правій порожнині гідроциліндра

p_цп=Dp_др+Dp_дл=0,63+0,2=0,83 мПа

Тиск в лівій (штоковій) порожнині гідроциліндра

p_цл==8,24×10⁶Па= =8,24 мПа

Споживана насосом потужність

N==1,846 кВт

Втрати потужності із-за злива мастила через гідроклапан:

N_кл=Q_кл×Р_н==218 Вт

Корисна потужність гідропривода – корисна потужність гідроциліндра

N_п=F×V_п==1026,9 Вт = 1,027 кВт

ККД гідропривода

h==0,56 .

 

 

Тема 2.4. Обладнання і схеми об’ємного гідроприводу.

 

Силові гідроциліндри їх призначення і будова. Розрахунок гідроциліндрів. Поворотні гідродвигуни. Роторні гідродвигуни – гідромотори. Зворотність роторних насосів і моторів. Гідромотори шестеренчатих, гвинтових, пластинчастих і роторно-поршневих типів. Розрахунок крутного моменту і потужності на валу гідромотора. Регулювання робочого об’єма гідромотора. Високомоментні мотори.

Розподільні пристрої. Призначення, принцип дії і основні типи (золотникові, кранові, клапанні).

Клапани, гідроакамулятори, фільтри, гідробаки, гідролінії, з’єднання, їх класифікація, будова і принцип дії.

Дроселі і регулятори потоку.

Література: (1) ст.307-357, 365-367, 373-379, 410-416, (2) ст. 260- 308, (4) ст. 221-224.

Методичні вказівки.

 

Об’ємним гідродвигуном називається об’ємна гідромашина призначена для перетворення енергії потоку робочої рідини в енергію руху вихідної ланки (штока гідроциліндра або вала гідромотора).

В залежності віід характера руху гідромотори діляться на три класи:

- гідроциліндри з поступальним рухом вихідної ланки (плунжерні, поршневі, телескопічні, односторонньої дії, двосторонньої дії, одноштокові, двоштокові);

- поворотні гідродвигуни – з обмеженим кутом поворота вихідної ланки (вала);

- гідромотори – з обертальним рухом вихідної ланки (вала).

Гідроциліндри являються самими розповсюдженими гідродвигунами в сучасних машинах з об’ємним гідроприводом.

Студенту необхідно засвоїти конструктивні схеми гідроциліндрів односторонньої і двухсторонньої дії, телескопічних гідроциліндрів, гідроциліндрів одноштокових і двухштокових, а також усвоїти розрахункові формули для визначення зусилля на штоці, швидкості його руху, необхідної витрати, розвинутої потужності з врахуванням ККД гідроциліндра.

Поворотні гідродвигуни бувають двох типів:

- гідродвигуни з перетворенням поступального руху в обертальний – поршневі поворотні двигуни, в яких поступальний рух поршня перетворюється в поворотний рух вихідної ланки з допомогою зубчатої передачі;

- гідродвигуни без перетворення характера руху – шиберні поворотні гідродвигуни (одно і двохшиберні).

Збільшення кількості шиберів (при однакових габаритах двигуна і одинаковому тиску рідини) збільшує крутний момент на валу гідродвигуна але зменшує можливий кут повороту вихідного вала.

Гідромотори являють собою об’ємні роторні гідромашини. Великої різниці в конструкції насоса і гідромотора немає, а в ряді випадків вони абсолютно однакові. Так як і насоси вони можуть бути регульовані і нерегульовані, реверсивні і нереверсивні, однократної і багатократної дії. Основними геометричними параметрами об’ємних роторних гідромоторів, як і насосів, являється робочий об’єм.

При вивченні роторних гідромоторів необхідно засвоїти їх принцип дії, розрахункові формули для визначення крутного моменту, потужності, частоти обертання. Звернути увагу на спосіб зміни цих параметрів (регулювання).

Гідроапарати – це пристрої, призначені для зміни параметрів робочої рідини (напрямку потока, тиску, витрати) або для підтримки їх заданого значення. До гідроапаратів відносяться гідророзподільники, гідроклапани, гідродроселі.

Якщо гідроапарат дозволяє зміну параметрів потоку робочої рідини в прцесі роботи шляхом різного ступеню відкриття чи закриття прохідного перерізу, то він називається регулюємим. Якщо змінювати параметри рідини можна тільки в неробочому стані, то такі гідроапарати називаються настроюваними і нерегульованими.

Розподільні пристрої – це гідроапарати, призначені для направлення і розподілу потоку рідини від насоса до гідромотора і відводу від них відпрацьованої рідини на злив.

Розрізняють кранові, клапанні і золотникові розподільні пристрої. Останні відносно прості у виготовленні і надійні в роботі. Розподільні пристрої розрізняють один від одного кількістю фіксованих позицій розподільника, кількістю каналів розподільника для однієї, якоїсь фіксованої позиції і способом з’єднання між собою напорної і зливної гідроліній при середньому положенні розподільного золотника.

Гідроклапани - по функціональним ознакам діляться на запобіжні, переливні, перепускні, зворотні, редукційні.

Гідродроселі – це регулюючі гідроапарати, що являють собою місцеві гідравлічні опори, призначені для зниження тиску (енергії) потока рідини.

Призначення дроселів – встановлення бажаного зв’язку між витратою робочої рідини і перепадом тиску до і після дроселя. Використовують дроселі: голкові, щілинні, гвинтові і з додатковим пристроєм (регулятором потоку).

Розподільники потоку використовують у гідросистемах для розділення порівну потоку з метою синхронізації руху силових органів машини незалежно від навантаження на них.

До допоміжних пристроїв належать гідробаки, фільтри, гідроакамулятори, ущільнювачі, трубопроводи.

Гідробаки – призначені для збереження запасу робочої рідини.

Фільтри – очищують рідину від забруднення під час її циркуляції. Конструкції фільтрів: сіткові, пластинчаті, повстяні, з запобіжними клапанами.

Гідроакумулятори - пружинні акумулятори, пневмогідроакамулятори використовують тоді, коли виникає потреба в певний період часу забезпечити витрату, яка перевищує подачу насоса.

Ущільнювачі – забезпечують герметичність у гідроприводі. Сюди належать поршневі кільця, манжети, сальники, пркладки, тощо.

Трубопроводи гідроприводів – це звичайні сталеві, а подекуди мідні труби, та гумові рукава високого тиску.

Гідрозамки – пристрої призначені для попередження опускання робочих органів при зупинці і фіксації їх.

Запорні пристрої – пристрої призначені для того щоб не витікала робоча рідина із шлангів при їх роз’єднанні.

 

Питання для самоперевірки.

1. Приведіть конструктивні схеми і поясніть роботу гідроциліндрів односторонньої і двухсторонньої дії, телескопічних гідроциліндрів.

2. Коли застосовуються гідроциліндри з одностороннім і двухстороннім штоком?

3. Як визначити величину необхідної подачі для гідроциліндра?

4. Від яких параметрів гідроциліндрів залежить розвинута потужність і зусилля на штоці? Приведіть формули.

5. Які пристрої служать для гальмування поршня гідроціліндра в крайніх положеннях?

6. Приведіть конструктивні схеми і поясніть принцип дії поворотних гідродвигунів.

7. Приведіть конструктивні схеми і поясніть принцип дії роторних гідромоторів.

8. Від яких параметрів залежить розвинутий на валу роторних гідромоторів крутний момент, потужність і частота обертання?

9. Які конструктивні особливості високомоментних гідромоторів?

10. Що таке гідроапаратура? Класифікація гідроапаратів.

11. Як класифікуються гідророзподільні пристрої по конструктивним ознакам?

12. Які типи клапанів ви знаєте? Їх призначення?

13. Для чого в гідроприводах застосовують дросельні пристрої?

14. В яких місцях в гідроприводі встановлені фільтри? Чого?

15. Що таке гідроакумулятор і коли його застосовують?

16. Що таке подільники потоку? Конструктивні особливості, принцип дії.

17. Що таке стежний гідропривод?

Задачі.

Приклад 2.4.1.Визначити тиск мастила p₁ в робочій порожнині гідроциліндра з двохстороннім штоком (Мал. 23). D=100 мм , d=40 мм , при якому шток гідроциліндра розвиває зусилля F=50 кПа , прийнявши протитиск в зливній порожнині p₂=0,1 мПа і механічний ККД h_м=0,96.

 

Розв’язок.

Зусилля, розвинуте штоком, визначається по формулі:

F=(p₁-p₂)(D²-d²)h_м

Звідки

p₁==8 мПа.

 

Приклад 2.4.2.У гідроциліндрі з діаметром поршня D=160 мм , швидкість руху поршня вліво 0,1 м/с , об’ємний ККД 0,98 , а витрата рідини в штоковій камері 0,5 л/с. Обчисліть діаметр штока (Мал. 24).

 

Розв’язок.

На основі формули

Q=

Звідки

d_м==0,14 м.

Приклад 2.4.3.Радіально-поршневий гідромотор має робочий об’єм V₀=200см³. Визначити при якому робочому тиску p₁ і витраті Q вихідний вал гідромотора розвине крутний момент М=970 Н×м і частоту обертання n=5 с^-1. Прийняти протитиск в зливній порожнині гідромотора p₂=0,23 мПа , гідромеханічний ККД h_гм=0,96 і об’ємний ККД h₀=0,98.

Розв’язок.

Крутний момент на валу гідромотора можна визначити через корисну потужність і кутову швидкість обертання вала

М=

Корисна потужність на валу визначається через параметри робочої рідини

N=(p₁-p₂)Q×h_гм×h₀

Кутова швидкість обертання вала визначається через витрату робочої рідини і робочий об’єм гідромотора.

w=, так як

w=2pn , а n=

Відповідно, крутний момент на валу гідромотора

М=

Звідки

Р₁==31,96×10⁶ Па = 31,96 мПа

Витрата масла

Q==1020×10^-6 м³/с = 1,02 л/с.

 

Приклад 2.4.4.При русі мастила через гідророзподільник з витратою Q=40л/хв втрата тиску становить Dp=0,1 мПа.

Визначити втрати тиску, якщо витрата збільшиться на 50% при незмінному положені золотника. Коефіцієнт витрати прийняти постійним.

Розв’язок.

Витрата мастила через проточний елемент гідророзподільника визначається по відомому виразу

Q=

По умовам задачі при Q=40 л/хв , Dp₁=0,1 мПа , а необхідно визначити Dp₂ при Q₂=1,5×40=60 л/хв. Оскільки S=const і m=const будемо мати:

або

Dp₂=Dp₁=0,225 мПа.

 

Приклад 2.4.5.Кульковий зворотній гідроклапан (Мал. 25) має гостру посадочну кромку і діаметр підвідного отовору d=10 мм.

Визначити ширину щілини х якої достатньо для пропуска через гідроклапан витрати мастила Q=0,6 л/с при перепаді тиску Dp=0,18 мПа.

Прийняти коефіцієнт витрати m=0,6 і густину мастила r=900 кг/м³.

Розв’язок.

Площу перерізу потока мастила, що проходить через щілину клапана можна розрахувати по формулі (приблизно)

S=pdx

Тоді відомий вираз витрати мастила через гідроклапан можна записати

Q=mpdx

Звідки

х==0,15×10^{-2 м = 1,5 мм.}

 

Тема 2.5. Лопатні насоси.

Схема устрою, принцип дії, параметри насосів. Типи насосів. Рівняння Ейлера. Характеристики насосів.Насоссна установка, регулювання роботи насосної установки.

Література:(1) с. 154-207, (2) с. 184-210, (4) с. 123-149.

Методічні вказівки

Основи теорії та експлуатаційні розрахунки лопатевих насосів розглянемо на прикладі відцентрових насосів.

Відцентровий насос складається з таких основних частин: підводу, робочого колеса і спірального відводу. Робоче колесо має задній і передній диски, між якими розташовані зігнуті лопаті. Задній диск закріплений на валу.

Під час роботи насоса колесо обертається в бік, протилежний напрямкові згину лопатей. Крапельки рідини, що є на лопатях, обертаються разом з ними і під дієї відцентрових сил відкидаються в спіральний відвід, а потім потрапляють у напірний патрубок. У ньому швидкість рідини зменшується, а тиск збільшується. Навколо маточини робочого колеса створюється область зниженого тиску, завдяки чому виникає сталий потік рідини через підвід, пов’язаний з всмоктувальним трубопроводом.

Точка К, що є на лопаті (Мал. 26.) , буде рухатися разом з колесом з коловою швидкістю u й одночасно під дією відцентрових сил з відносною швидкістю w. Колова швидкість u спрямована перпендикулярно до радіуса R обертання точки К в бік обертання колеса, відносна швидкість w – по дотичній до лопаті в точці К. У результаті векторного додавання двох швидкостей u i w отримаємо абсолютну швидкість v , з якою рухається рідина в точці К.

Розкладемо абсолютну швидкість v на дві складові: v_u – колову складову абсолютної швидкості та v_м – меридіональну швидкість, спрямовану по радіусу.

Мал. 26.Швидкості рідини в робочому колесі

відцентрового насоса.

 

Кут між напрямком швидкостей v i u позначимо a , а між напрямком швидкості w і зворотнім напрямком швидкості u - b.

Індексом 1 позначимо величини, що стосуються входу на лопать, індексом 2 – виходу.

Подачу відцентрового насоса обчислюють за формулою

Q=2pR₂b₂y₂h₀v_м2 ,

де 2pR₂b₂ –площа зовнішньої циліндричної поверхні робочого колеса;

v_м2 – меридіональна швидкість на виході з робочого колеса;

y₂ – коефіцієнт обмеження потоку на виході з робочого колеса,

,

де z – кількість лопатей;

d₂ – товщина лопатей на виході.

Для обчислення теоретичного напору використовують основне рівняння відцентрового насоса – рівняння Ейлера, дійсне при безмежній кількості лопатей, товщина яких прирівняна до нуля,

.

У багатьох конструкціях відцентрових насосів потік рідини на вході не закручується, a₁=90° , тому в цих випадках

.

Дійсни напір насоса обчислюють за формулою

,

де k – коефіцієнт впливу лопатей:

k=,

j - коефіцієнт напрямного апарата;

z – кількіість лопатей.

 

Для насосів з напрямним апаратом j=0,8…1,0 ; без нього j=1,0…1,3 .

Робочою характеристикою насоса називається залежність напору, потужності, ККД і допустимого кавітаційного запасу Dh_доп від подачі при сталій частоті обертання. Характеристику отримують експериментально.

 

Питання для самоперевірки.

 

1. Поясніть принцип дії центробіжних насосів.

2. Зобразіть паралелограм швидкостей на вході і виході із робочого колеса.

3. Напишіть рівняння подачі центробіжного насоса.

4. Напишіть рівняння дійсного напору насоса.

5. Що таке характеристика центробіжного насоса?

Задачі.

Приклад 2.5.1.Якою буде подача відцентрового насоса, діаметр робочого колеса якого D=180 мм, частота його обертання n=3200 хв^-1 , відносна швидкість потоку w=5 м/с , ширина каналу робочого колеса на виході b₂=12мм, товщина лопаті d=4 мм, кількість лопатей 8. Об’ємний ККД насоса прийняти 0,9 , вихідний кут лопатей 25°.

Розв’язок.

Колова швидкість

u₂==30,14 м/с.

Меридіальна складова абсолютної швидкості на виході v_м2=w×sin b₂=5×sin25°=2,11 м/с. Коефіцієнт обмеження потоку на виході з колеса

=0,866 .

Подачу насоса обчислюють з формули Q=pD₂b₂y₂v_м2h₀=3,14×0,18×0,012´ ´0,866×2,11×0,9=0,0112 м³/с=11,2 л/с.

Приклад 2.5.2.Визначте теоретичний напір насоса при таких даних: діаметр входу лопатей D₁=0,15 м ; діаметр робочого колеса D₂=0,35 м ; абсолютні швидкості на вході і виході v₁=4 і v₂=24 м/с. Кут лопатей на вході a₁=75° , на виході a₂=12°. Швидкість обертання колеса 145 с^-1 .

 

Розв’язок.

Теоретичний напір за Ейлером

,

де v_u2 , v_u1 – відповідно проекції абсолютної швидкості на напрям колової;

u₂ , u₁ – відповідно колові швидкості на виході і вході лопатей:

v_u2=v₂cosa₂ ; v_u1=v₁cosa₁ ; u₂=wD₂/2 ; u₁=wD₁/2 .

Отже,

=59,58 м.

Приклад 2.5.3.Використавши дані попередньої задачі, обчисліть дійсний напір насоса при кількості лопатей 8 і гідравлічному ККД 0,85.

Розв’язок.

Дійсний напір насоса

Н=Н_Т¥kh_г ,

де k – коефіцієнт, що враховує вплив наявності лопатей,

k==0,784 .

Отже, напір насоса

Н=59,58×0,784×0,85=39,7 м.

 

Тема 2.6. Гідродинамічні передачі.

 

Призначення і принцип дії гідродинамічних передач. Гідромуфти і гідротрансформатори. Їх схеми, робота, характеристики.

Література:(1) с. 240-255, (3) с. 327-355, (4) с. 151-186.

Методичні вказівки.

Багато виконавчих механізмів та машин працюють при змінних навантаженнях. Наприклад, трактор тягне вантаж по нерівній дорозі: навантаження на двигун буде діяти ривками з великою зміною моментів. Значно завантажений автомобіль рушає з місця вгору: для цього на колеса треба передати великий момент при малих обертах.

Однак характеристика двигунів не пристосована до змінних навантажень. Двигун розрахований на сполучення певних моментів та частоти обертання вала, у діапазоні яких він працює найефективніше. При зміні зовнішнього навантаження і швидкості обертання вала двигуна умови його роботи погіршуються і він може заглохнути, або вийти з ладу.

Двигун пристосовують до змінних умов роботи за допомогою трансмісій, які дають змогу змінювати крутний момент та частоту обертання вихідного вала. Серед багатьох засобів трансформування моменту і частоти обертання вала широко використовують гідродинамічні передачі, які складаються з лопатевих насоса і турбіни, пов’язаних замкненим колом циркуляції. Лопатеві колеса розташовані співвісно і дуже наближені одне до одного. Вал насоса є ведучим, первинним валом передачі, а вал турбіни – веденим, вторинним.

Гідропередача з насосом і турбіною називається гідромуфтою. Якщо в гідропередачі встановлений нерухомий напрямний аппарат – реактор, то це буде гідротрансформатор. Гідромуфта призначена для зміни частоти обертання вихідного вала, а гідротрансформатор змінює як частоту обертання, так і крутний момент.

До гідропередачі, як і до будь-якої трансмісії прикладені три крутні моменти: момент насоса Мн, що дорівнює моменту двигуна; момент турбіни Мт, що дорівнює моменту навантаження; момент нерухомого реактора Мр. Для трансмісії алгебраїчна сума прикладених моментів дорівнює нулю:

Мн+Мт+Мр=0

Параметри гідродинамічних передач:

- внутрішні подача насоса Q; напір насоса Н; геометричні розміри (головний з них активний діаметр D);

- зовнішні кінематичні (частота обертання насоса n₁, турбіни n₂, передавальне відношення і=n₂/n₁); силові (момент насоса Мн, турбіни Мт, коефіцієнт трансформації К=Мт/Мн); енергетичні (потужність насоса Nн, турбіни Nт); економічний (коефіцієнт корисної дії h):

Гідропередача являє собою механізм, який складається з двох максимально зближених в одному корпусі робочих коліс центробіжного насоса і лопатної турбіни (гідродинамічна муфта) або центробіжного насоса, лопатної турбіни і додаткового нерухомого лопатного колеса, так названого реактора, або напрямного апарата (гідродинамічний трансформатор).

При обертанні насосного колеса, завдяки силовому впливу лопатей на рідину, збільшується момент кількості руху рідини, а на турбінному колесі – зменшується. За рахунок цього на валу турбінного колеса виникає крутний момент. Оскільки у гідромуфти прцес проходить між двома колесами, крутний момент на ведучому валу (валу насосного колеса) рівний, не звертаючи увагу на втрати в зазорі між колесами, крутному моменту на ведомому валу (валу турбіни). В гідротрансформаторі, внаслідок наявності реактора, лопатки якого відхиляючи потік, змінюють момент кількості руху рідини, крутний момент на ведучому валу (валу насосного колеса) може бути і менше і більше крутного моменту на ведомому валу (валу турбіни), тобто при передачі з ведучого на ведомий вал крутного моменту проходить його трансформація.

В комплексних гідропередачах (гідротрансформаторах) реактор розміщується на муфті вільного ходу і на деяких режимах може обертатись разом з робочими колесами.

Оцінка енергетичних і експлуатаційних якостей гідродинамічних передач проводиться по їх характеристикам, отриманим на експерементальних стендах.

Гідропередачі використовуються в машинобудуванні і на транспорті: на тепловозах, дорожніх і землерийних машинах, автомобілях, приводах потужних вентиляторів, на буровому та судовому устаткуванні.

 

Питання для самоперевірки.

 

1. Призначення, принцип дії і область застосування гідродинамічних передач?

2. Які два види гідродинамічних передач ви знаєте і чим вони відрізняються один від одного?

3. Переваги і недоліки гідродинамічних передач в порівнянні з іншими трансмісіями.

4. Які вимоги пред’являються до робочих рідин гідродинамічних передач?

5. Із яких головних елементів складається гідромуфта?

6. Поясніть принцип дії гідромуфти.

7. Поясніть принцип дії гідротрансформатора.

8. Зовнішні характеристики гідротрансформатора.

9. Що таке комплексний гідротрансформатор?

 

 

РОЗДІЛ 3. Пневматичний привод.

Тема 3.1.Загальні відомості про гідравлічні машини і пневматичний привод.

 

Призначення, класифікація, позитивні властивості в порівнянні з гідроприводом, недоліки. Принципові схеми пневмоприводів. Елементи схем.

Література:(4) с. 230-233.

Методичні вказівки.

 

У пневмоприводах робочим агентом найчастіше є стиснене повітря, дуже рідко – будь-який газ.

Порівняно з гідроприводом пневмопривод має переваги, так і недоліки.

Переваги пневмоприводу такі:

- невеликі втрати тиску Dр у пневмолініях , які визначають за формулою

Dр=,

Втрати тиску низькі завдяки малій питомій масі повітря (r=1,2 кг/м³), що майже в 600 разів менше, ніж для масла. Тому пневмолінії можна приймати значної довжини (сотні метрів);

- можливість використання в пожежнонебезпечних приміщеннях, оскільки повітря не утворює небезпечних сумішей;

- відпрацьоване в пневмоприводі повітря не забруднює довкілля, тому нема потреби в зливних лініях. Це зменшує масу приводу і спрощує його.

Недоліки пневмоприводу:

- потрібні змащувальні системи;

- ККД нижчий у результаті великих витоків повітря;

- великий шум при виході повітря;

- пневмодвигуни мають меншу потужність, оскільки тиск повітря менший, ніж тиск рідини в гідроприводі.

Пневмопроводи використовують у верстатах, на транспорті, у системах гальмування, поліграфічних машинах, а також у системах для транспортування об’єктів, дистанційного управління, у пневмоавтоматиці.

Пневмоприводи складаються з компресора, пневмоємності, пневмодвигуна, пневмоапаратури, пристроїв для очищення повітря.

Найчастіше використовують поршневі компресори, оскільки вони забезпечують високі тиски (понад 10 мПа). Для цього вони мають декілька ступенів, з’єднаних послідовно.

Пневмоємності (ресивери, пневмоакумулятори) призначені для утримання в них повітря під тиском.

Пневмодвигуни і пневмоапаратура (клапани, пневморозподільники, дроселі) такі ж, як і гідравлічні.

Для очищення повітря від пороху, бруду, вологи і масла використовують фільтри та вологомасловідокремлювачі.

Класифікація пневмоприводів така ж, як і гідроприводів. Найчастіше застосовують пневмоприводи зворотно-поступальної дії з пневмоциліндром, рідше – обертального руху з пневмомотором, ще рідше – поворотні. Регулювання пневмоприводу буває тільки дросельне, машинне не використовують. Уживають тільки незамкнені системи, оскільки повітря викидають в атмосферу. На Мал. 27. Показана принципова схема пневмоприводу.

Питання для самоперевірки.

 

1. Призначення пневмоприводів.

2. Недоліки і переваги пневмоприводів в порівнянні з гідроприводом.

3. З яких основних елементів складається пневмопривод? Дайте їх коротку характеристику.

4. Які види регулювання застосовуються в пневмоприводах?

5. Область застосування пневмоприводів.

 

 

Тема 3.2. Компресори і компресорні пересувні установки.

 

Призначення, класифікація компресорів. Поршневі ротаційні, центробіжні компресори, їх принципові схеми, елементи схем, принцип дії і параметри. Розрахунок продуктивності і потужності компресорів. Пересувні компресорні установки, їх види, коротка характеристика. Основні несправності компресорів і їх усунення.

Література:(9) с. 6-25, 49-101.

Методичні вказівки.

Машини для подачі стисненого повітря з тиском вище 0,3 мПа називаються компресорами.

В дорожньо-будівельних машинах найбільше розповсюдження отримали поршневі, ротаційні та центробіжні компресори.

Вони класифікуються по ряду ознак:

- по способу підведення енергії до повітря: об’ємні і динамічні (турбокомпресори);

- по роду стискуємого газу: повітряні, кисневі, тощо;

- по максимальному робочому тиску: низького тиску (0,3-1,2 мПа), середнього (1,2-10 мПа), високого (10-100 мПа), надвисокого (понад 100 мПа);

- по продуктивності: малої продуктивності (до 0,05 м³/с), середньої (до 0,16м³/с), великої (більше 0,16 м³/с);

- по роду привода: з електродвигуном і двигуном внутрішнього згорання;

- по типу циліндра: з циліндрами одинарної (простої) дії і двойної дії;

- по конструктивному розміщенню циліндрів: вертикальні, V-подібні, опозитні;

- по кількості ступенів стиску: одно-, двох-, багатоступеневі.

В компресорах одноступеневого стиску повітря стискується один раз і потім поступає в повітрезбірник. В компресорах двохступеневого стиску повітря стискується двічі: спочатку до визначеного тиску в циліндрі першого ступеню, потім охолоджується в холодильнику і після цього в циліндрі другої ступені до робочого тиску.

Багатоступеневим стискуванням отримують високий тиск повітря, обмежуючи температуру нагнітаємого повітря збільшенням кількості ступенів стиску, так як після кожної ступені стиску повітря охолоджується в міжступеневому холодильнику. При стисненні в одноступеневому компресорі до тиску 0,3 мПа температура стисненого повітря може досягнути 180°С. Масло, яким змащуються тертьові поверхні компресора (поршні, циліндри) для зменшення зносу, при таких температурах розкладається і втрачає свої змащуючі властивості. В результаті виникає можливість спалаху і вибуху масляного нагару, що накопичується в трубопроводах, кришках циліндрів, тому температура нагнітаємого повітря не повинна перевищувати 170°С. Крім того при збільшенні кількості ступеней стиску зменшуються затрати енергії на стискування, збільшується продуктивність і надійність компресора.

Мал. 28. Схема поршневого омпресора двухстепеневого стиску.

1 – циліндр першої ступені;

2 – циліндр другої ступені;

3 – холодильник.

 

Подача поршневого компресора ( м³/хв)

Q_n=F×L_к×N×M×h

де F - площа поршня, м² ;

L - хід поршня,м ;

К - кратність дії;

N - частота обертання вала компресора, хв^-1;

М - кількість циліндрів компресора;

h - коефіцієнт наповнення (0,65…0,9).

 

Потужність поршневого компресора (КВт)

де n - показник політропи ;

p₁ і p₂ - початковий і кінцевий апсолютний тиск, Па ;

Q - подача компресора, (м³/хв) ;

 

Подача ротаційних компресорів (м³/хв)

Q_p=l(pD-S×z)

де L - довжина ротора, м ;

Д - діаметр статора,м ;

S - товщина лопатки, м;

m - ексцентрисистет ;

z - кількість лопаток.

 

В ротаційних компресорах (Мал. 29) стиснуте повітря поступає в камеру А корпуса 3 , тисне на вільно переміщувані в пазах ексцентрично розміщеного ротора 1 лопатки 2 і приводить ротор в обертання. Стиснуте повітря із камери Б потрапляє в напірний трубопровід.

Мал. 29. Схема ротаційного компресора.

 

Живлення різного роду пневмоінструментів і інших споживачів стиснутого повітря при виконанні дорожньо-будівельних робіт відбувається за допомогоюкомпресорних станцій. Їх розрізняють по способу пересування: пересувні і переносні.

Пересувні станції монтують на причіпному візку, який до нового місця роботи буксирують автомобілем чи трактором. Переносні монтують на рамі чи салазках. Перевозять їх в кузові автомобіля.

Основним обладнанням установки є компресор з приводним двигуном, масловідокремлювач, охолоджувач і ресивер (повітряний балон). Додаткове обладнання включає фільтр на всмоктувальному трубопроводі компресора, запобіжні клапани, контрольно-вимірювальну апаратуру.

Кожній моделі компресорної станції присвоюється марка (ПР-10М, НП-10Э, ПР-10Э, ПП-1,5 , тощо).

Перша буква в марці означає спосіб пересування (П – пересувна, Н – переносна), друга – тип компресора (П – поршневий, Р – роторний), цифри – продуктивність компресора в м³/хв , буква М після цифри – станція модернізована, Э – на станції застосовується електричний приводний двигун.

 

Питання для самоперевірки.

 

1. Що таке компресор?

2. Область застосування компресорів і компресорних станцій.

3. Принцип дії поршневих, ротаційних, центробіжних компресорів, їх схеми.

4. Запишіть формулу продуктивності поршневого і ротаційного компресора і поясніть її.

5. З якою метою застосовують багатоступеневе стиснення повітря в компресорах?

6. По яким ознакам класифікують компресори і компресорні станції?

7. В чому різниця між компресорами з циліндром одинарної дії і подвійної дії?

Задачі.

Приклад 3.2.1.Визначити продуктивність поршневого компресора двойної дії, якщо діаметр поршня 0,5 м ; довжина хода поршня 0,8 м ; діаметр штока поршня 0,125 м ; швидкість обертання колінчастого вала 9 с^-1 ; тиск при вході 0,08 мПа ; при виході 0,16 мПа ; V_ср=0,05.

Розв’язок.

Площа поршня

F==0,196 м²

а площа штока

f==0,012 м²

 

Об’ємний ККД

h_о=1-V_ср

де V_ср=- відносний об’єм шкідливого простору;

n – показник кривої розширення в шкідливому просторі (при політропному процесі n=1,20 – 1,35);

р₁ і р₂ – тиск при вході і при виході.

h_о=1-0,05=0,91

Коефіцієнт наповнення менше об’ємного ККД на 4¸5%

h=0,91-0,04=0,87

Відповідно продуктивність компресора

Q=(2F-f)×S×n×h=(2×0,196-0,012)×0,8×90×0,87=24 м³/хв

 

Приклад 3.2.2.На проектуємій компресорніій установці необхідно отримати газ під тиском 0,16 мПа при продуктивності установки Q=0,75 м³/с. Тиск всмоктування 0,08 мПа , показник політропи n=1,35. Визначити витрату потужності на компресор