Основные определения. Насос — машина для создания потока жидкой среды

Основы гидропривода

Насос — машина для создания потока жидкой среды. Разли­чают динамические и объемные насосы. В динамическом насосе жидкая среда перемещается под силовым воздействием на нее в камере, постоянно сообщающейся со входом и выходом насоса. В объемном насосе жидкая среда перемещается путем периодического изменения объема занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса.

Объемный гидродвигатель — машина, предназначенная для преобразования энергии потока рабочей среды в энергию движе­ния выходного звена.

Объемные насосы и гидродвигатели (объемные гидромашины) являются энергопреобразователями объемных гидравлических приводов, под которыми понимают совокупность устройств, пред­назначенных для приведения в движение механизмов машин по­средством жидкой рабочей среды под давлением.

Объемный гидропривод определяется так же как гидравличе­ская система, включающая объемные насос и гидродвигатель с соответствующей аппаратурой (устройствами) управления. Эта система служит для передачи посредством жидкости энергии на расстояние, и преобразования ее в механическую работу на вы­ходе системы с одновременным выполнением функций регулирова­ния и реверсирования скорости выходного звена гидродвигателя, а также преобразования одного вида движения в другой. Это преобразование в объемных гидромашинах происходит в резуль­тате вытеснения жидкости из рабочих камер насоса при движении вытеснителей или наполнении этих камер жидкостью под давле­нием в гидродвигателе, т. е. в этих машинах используется энергия давления. Расчетный объем жидкости, вытесняемый в единицу времени из рабочих камер насоса, или поступающий в рабочие камеры гидродвигателя, называют теоретической подачей. Или, иначе, под объемной подачей насоса понимают отношение объема подаваемой жидкости к времени его подачи.

Подачей или расходом жидкости называется, в общем случае, объем жидкости, прошедшей через данное сечение канала (трубопровода) в единицу времени. Величина его Q определяется как произведение средней скорости течения V на площадь f поперечного сечения канала:

где V — объем жидкости, t — время.

Применяют также термин «объемная гидропередача», под которым понимают часть объемного гидропривода, состоящую из объемного насоса, объемного гидродвигателя и соединяющих их гидролиний (магистралей).

Объемным насосом называют гидравлическую ма­шину, преобразующую приложенную к входному его звену (валу) внешнюю механическую энергию в гидравлическую энергию по­тока жидкости. Объемной гидромашинной называют машину, преобразующую механическую энергию привода в потен­циальную энергию потока жидкости (рабочей среды) — при работе машины в генераторном (насосном) режиме и обратно в механи­ческую энергию на выходе гидродвигателя — при работе машины в двигательном режиме. Под рабочей средой понимается рабочая жидкость в объемном гидроприводе и рабочий газ в пневмоприводе.

Объемная гидромашина, предназначенная для работы как в режиме объемного насоса, так и в режиме объемного гидро­мотора, называется насос-мотором. Насосный агрегат с комплек­тующим оборудованием, смонтированным по определенной схеме, обеспечивающей работу насоса, называют насосной установкой.

Всякая объемная гидравлическая машина имеет рабочий орган, который состоит из нескольких взаимодействующих дета­лей определенной геометрической формы, образующих полость изменяемого объема, заполняемую рабочей жидкостью во время нахождения ее во входной камере машины. При достижении по­лостью выходной камеры объём этой полости уменьшается и жидкость выталкивается (вытесняется) в выходную камеру. Для осуществления указанных функций в объемной гидромашине имеется устройство, которое герметично замыкает (ограничивает) вытесняемый объем, а также вытеснитель, изменяющий этот объем в процессе рабочего хода.

Детали, образующие полости изменяемого объема и отделяю­щие входную полость от выходной, являются основными деталями всякой объемной гидромашины. Требованиями к этим деталям являются обеспечение герметичности изменяемого объема, пре­пятствующей вытеканию жидкости из полостей высокого давления, а также обеспечение жесткости конструкции этих полостей. Форма вытеснителей и способ замыкания вытесняемого объема определяет кинематику и конструктивный тип гидромашины.

В гидропередачах жидкостным звеном устанавливают геомет­рические или силовые связи между соединениями или механи­ческими звеньями. Геометрические связи жидкостным звеном осуществляют при помощи определенного геометрически изолиро­ванного объема жидкости, ввиду чего гидропередачи с этой связью называются объемными. Кинематика таких механизмов может быть независимой от нагрузок, и соотношения между кинемати­ческими и нагрузочными показателями режима можно рассматри­вать раздельно.

Если жидкостным звеном установлены между соединяемыми им механическими звеньями силовые связи, то гидропередача называется динамической. Кинематика ее существенно зависит от приложенных нагрузок на выходном валу и не может рассмат­риваться самостоятельно. Иначе говоря, такие механизмы не об­ладают собственной кинематикой, и обратная связь в них осу­ществляется по нагрузке. Под нагрузкой понимается комплекс статических и динамических сил, действующих на выходное звено гидродвигателя при его движении по заданному закону.

Вытеснение жидкости из рабочих камер насоса и заполнение ею всасывающих камер происходит в результате уменьшения и соответственно увеличения геометрического объема этих камер, герметически отделенных друг от друга. Рабочим органом, непо­средственно совершающим работу вытеснения, является в объем­ном насосе вытеснитель — поршень (плунжер), пластины, зубча­тое колесо, диафрагма и т. д.

Рабочий ход в гидродвигателе осуществляется в результате увеличения объема рабочих камер под действием поступающей в них жидкости под давлением. Под рабочей камерой насоса (или гидромотора) понимается ограниченное изолированное простран­ство, образованное деталями насоса с периодически увеличиваю­щимся и уменьшающимся при работе насоса объемом и попеременно сообщающееся соответственно с нагнетательным и всасы­вающими каналами (с приемной или отдающей полостью гидромашины).

Применяется также термин объемная гидромашина: рабочий процесс в такой машине основан на попеременном заполнении рабочей камеры рабочей жидкостью и вытеснения ее из камеры. В соответствии с этим объемная гидромашина определяется так же как устройство, предназначенное для преобразования энергии движения входного звена в энергию потока жидкости или энер­гии потока жидкости в энергию движения выходного звена в про­цессе попеременного заполнения рабочей камеры жидкостью и вытеснения ее из камеры.

В гидравлических приводах (системах) применяют преиму­щественно роторные насосы, под которыми понимают объемные насосы с вращательным или вращательным и возвратно-посту­пательным движением рабочих органов независимо от характера движения ведущего звена насоса.

Реже применяют возвратно-поступательные насосы — объем­ные насосы с прямолинейным возвратно-поступательным движе­нием рабочих органов независимо от характера движения веду­щего звена. В качестве перекачивающих распространены прямодействующие насосы, под которыми понимают объемные насосы с возвратно-поступательным движением веду­щего звена.

Используются также роторно-вращательные насосы — ротор­ные с вращательным движением рабочих органов и роторно-посту­пательные насосы — роторные с вращательным и возвратно-по­ступательным движением рабочих органов.

В зависимости от типа применяемого гидродвигателя разли­чают поступательный, поворотный и вращательный гидроприводы, а также гидропривод смешанного движения, в который входят не менее двух типов объемных гидродвигателей.

Гидропривод с автоматическим регулированием, в котором параметр движения выходного звена объемного гидродвигателя поддерживается постоянным, называют стабилизированным гидро­приводом, а гидропривод с автоматическим регулированием, в ко­тором параметр движения выходного звена гидродвигателя изме­няется по заданной программе, называют программным гидропри­водом.

Объемная гидромашина, предназначенная для работы, как в режиме объемного насоса, так и в режиме объемного гидродви­гателя, называется обратимой объемной гидромашиной.

По характеру движения выходного звена различают объемные гидродвигатели возвратного и вращательного движения. Первые из них называются силовыми цилиндрами или гидроцилиндрами, а вторые - гидромоторами. Под последним понимается объемный гидродвигатель с вращательным движением выходного звена.

Различают нерегулируемый и регулируемые гидромоторы, под которыми понимаются соответственно гидромоторы с постоянным и с переменным рабочим объемом. Кроме того, раз­личают нереверсивный и реверсивный гидромоторы, под которыми понимается соответственно гидромотор с постоянным и с перемен­ным направлением вращения выходного звена.

Гидропривод, управление которым осуществляется ручным воздействием на регулирующий орган без подвода дополнительной энергии извне, называют гидроприводом ручного управления. При использовании же воздействия на регулирующий орган гидро­машины сервомеханизма, а также в случае дистанционного упра­вления, будет иметь место гидропривод автоматического управ­ления.

Гидролиния (гидросеть) — устройство, предназначенное для прохождения рабочей среды в процессе работы объемного гидропривода. Различают всасывающую и напорную гидро­линии: по первой рабочая жидкость движется к насосу, а по второй жидкость движется от насоса к распределителю или непо­средственно к гидродвигателю. Гидролинию, по которой жидкость движется от распределителя к объемному гидродвигателю, назы­вают исполнительной гидролинией; гидроли­нию, по которой жидкость движется в бак от гидроаппарата или непосредственно от объемного гидродвигателя, называют сливной гидролинией.

Под аппаратами управления понимают устройства, предназна­ченные для управления параметрами гидросистемы (гидропри­вода). Насос и гидродвигатель связаны между собой и с аппа­ратами управления гидролинией.

Объемная подача насоса — отношение объема подаваемой жидкости ко времени.

Рабочий объем насоса — разность наибольшего и наименьшего значений замкнутого объема за один оборот.

Геометрическая (идеальная) подача — сумма подач и объем­ных потерь насоса.

Давление на входе в насос и на выходе из насоса — соответ­ственно давление рабочей жидкости на входе и на выходе из насоса.

Подпор — разность высот уровня рабочей жидкости в опорож­няемой емкости (баке, резервуаре) и центра тяжести сечения входа в насос.

Высота самовсасывания — высота самозаполнения подводя­щего трубопровода самовсасывающим насосом.

Мощность насоса — мощность, потребляемая насосом.

К. п. д. насоса — отношение полезной мощности насоса к его приводной мощности.

Номинальный режим насоса — режим его работы, обеспечи­вающий заданные технические показатели.

Оптимальный режим насоса — режим работы насоса при наи­большем значении к. п. д.

Кавитационный режим насоса — режим работы насоса в усло­виях кавитации, вызывающей изменение основных технических показателей.

Помимо объемного гидропривода различают также гидродина­мический привод (передачу), состоящий из гидродинамической передачи и устройства управления, а также вспомогательных аппаратов и гидролиний. Гидродинамическая передача соответ­ственно состоит из лопастных (центробежных) насоса и гидродвигателя (турбины). Энергия от насоса к турбине передается гидродинамическим взаимодействием потока жидкости и рабочих колес
машин. Следовательно, в этих передачах в основном используется кинетическая энергия жидкости (скоростной напор), тогда как в объемных гидропередачах в основном используется энергия давления.

Гидропередачей также часто называют устройства, предназна­ченные для передачи механической энергии посредством жидкости независимо от типа передач (объемного или гидродинамического), причем понятия «насос» и «гидродвигатель» объединяют в общем названии «гидромашина», понимая под этим преобразователь энергии — механической в гидравлическую и гидравлической в механическую.