Насосы и гидродвигатели. Лопастные насосы
Гидравлическими машинами именуются машины, которые докладывают протекающей через их воды механическую энергию (насос), или получают от воды часть энергии и передают ее рабочему органу для полезного использования (гидравлический движок).
Насосы являются одной из часто встречающихся разновидностей машин. Их используют для разных целей, начиная от водоснабжения населения и предприятии и кончая подачей горючего в движках ракет.
Гидродвигатели имеют огромное значение в энергетике. В истинное время около 20 % всей электроэнергии вырабатывается на гидроэлектростанциях.
Для использования гидравлической энергии рек и преобразования ее в механическую энергию вращающегося вала генератора на гидроэлектростанциях используют гидротурбины, являющиеся одной из разновидностей гидродвигателей.
Мощность современных гидротурбин доходит до 650 тыс кВт. Турбины употребляют и при бурении скважин.
Насосы и гидродвигатели используют также в гидропередачах, предназначением которых является передача механической энергии от мотора к исполнительному рабочему органу, также преобразование вида и скорости движения последнего средством воды.
Гидропередача состоит из насоса и гидродвигателя. Насос, работающий от мотора, докладывает воды энергию. Пройдя через насос, жидкость поступает в гидродвигатель, где передает механическую энергию исполнительному рабочему органу.
Предназначение гидропередач такое же, как и механических передач (муфты, коробки скоростей редукторы и т.д.), но по сопоставлению с последними они имеют последующие достоинства:
1. Большая плавность работы Люфты, неминуемые в элементах механической передачи, также некорректность ее производства приводят к вибрациям. Включение и выключение механической передачи либо изменение ее передаточного числа сопровождается толчками.
2. Возможность получения бесступенчатого конфигурации передаточного числа. В механических передачах изменение передаточного числа обычно делается ступенями. Механические передачи, допускающие бесступенчатое изменение передаточного числа (к примеру, фрикционные) недостаточно надежны и могут применяться только при малой мощности.
3. Возможность получения наименьшей зависимости момента на ведущем валу от нагрузки, приложенной к исполнительному органу. Это упрощает сервис машин и защищает движок и коробку от перегрузки.
4. Возможность передачи огромных мощностей.
5. Малые габаритные размеры и масса.
6. Высочайшая надежность.
Эти достоинства привели к большенному распространению гидропередач, невзирая на их несколько наименьший, чем у механических передач КПД.
В современной технике применяется огромное количество разновидностей гидромашин. Наибольшее распространение получили большие и лопастные насосы и гидродвигатели.
Большие гидромашины (поршневые, шестеренные, аксиально-поршневые и т.д.) работают за счет конфигурации объема рабочих камер, временами соединяющихся с входным и выходным патрубками.
Рабочим органом лопастной машины является крутящееся рабочее колесо, снабженное лопастями. Энергия от рабочего колеса воды (лопастный насос) либо от воды рабочему колесу (лопастный движок) передается методом динамического взаимодействия лопастей колеса с обтекающей их жидкостью. К лопастным насосам относятся центробежные и осевые.
Простая схема центробежного насоса состоит из 3-х главных частей — подвода, рабочего колеса и отвода. По подводу жидкость подается в рабочее колесо из подводящего трубопровода. Предназначением рабочего колеса является передача воды энергии от мотора.
Рабочее колесо центробежного насоса состоит из ведущего и ведомого (обода) с диском, меж которыми находятся лопатки, изогнутые, обычно, в сторону обратную направлению вращения колеса. Ведущим диском рабочее колесо крепится на валу. Жидкость движется через колесо из центральной его части к периферии. По отводу жидкость отводится от рабочего колеса к напорному патрубку либо, в многоступенчатых насосах к последующему колесу.
К более всераспространенным лопастным гидродвигателям относятся радиально-осевые и осевые гидротурбины. Радиально-осевая гидротурбина принципно не отличается по конструкции от центробежного насоса. Направление движения воды в ней и направление вращения колеса обратны движению в центробежном насосе. Радиально-осевая турбина и центробежный насос являются обратимыми машинами и могут работать как в турбинном, так и в насосном режимах.
Разглядим подробнее механизм передачи энергии в лопастной гидромашине. При обтекании потоком крылового профиля (к примеру, крыла самолета) на его верхней и нижней поверхностях появляется перепад давления и как следует, появляется сила Р, которая именуется подъемной силой.
Аналогично этому появляется подъемная сила на лопатках рабочего колеса лопастной гидромашины при движении их в воды. У лопастного насоса направление момента подъемных сил обратно направлению вращения рабочего колеса. Преодолевая этот момент при вращении, колесо совершает работу. Для этого к колесу от мотора подводится энергия, которая, согласно закону сохранения энергии передается воды и наращивает ее удельную энергию.
В предстоящем удельная энергия воды отчасти преобразуется в тепло из-за трения меж слоями воды в насосе и, как следует, пропадает отчасти остается в форме механической удельной энергии, составляя нужный напор насоса. Насос конструируют так чтоб энергопотери быта может быть малыми.
У лопастного мотора (гидротурбины) направление момента подъемных сил совпадает с направлением вращения колеса. Воздействуя на лопатки жидкость крутит рабочее колесо, передавая ему энергию.
Лопастные насосы бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми. Одноступенчатые насосы имеют одно рабочее колесо, многоступенчатые насосы — несколько поочередно соединенных рабочих колес, закрепленных на одном валу. У одноступенчатых насосов консольного типа рабочее колесо закреплено на конце (консоли) вала. Вал не проходит через область всасывания что позволяет применить простейшую форму подвода в виде прямоосного конфузора.
Насос двухстороннего входа имеет раздваивающийся спиральный подвод. Жидкость заходит в рабочее колесо с 2-ух сторон 2-мя потоками. В рабочем колесе эти потоки соединяются и выходят в общий отвод .
Одноступенчатые насосы докладывают воды ограниченный напор. Для увеличения напора используют многоступенчатые насосы, в каких жидкость проходит поочередно через несколько рабочих колес, закрепленных на одной валу. При всем этом пропорционально числу колес возрастает напор насоса.