Баланс мощности, потери и КПД объемных насосов и гидромоторов

Превращение энергии в гидромашине сопровождается объемными, гидродинамическими и механическими потерями [16].

Объемные потери гидромашины – потери из-за недозаполнения камер, внутренних и внешних утечек и сжимаемости рабочей среды.

Под утечками понимают расход рабочей среды, не используемый для работы гидромашины. При этом внутренние утечки – это утечки между внутренними полостями гидромашины, а внешние утечки – утечки из внутренних полостей гидромашины наружу.

Гидродинамические потери гидромашины – потери, зависящие от скорости движения рабочей среды.

Механические потери гидромашины – потери вследствие механического трения.

Согласно существующим терминам и определениям потребляемая мощность объемного насоса (мощность на валу насоса) N_н.в определяется суммой гидравлической мощности (полезно используемая мощность) N_н и суммарных потерь мощности в насосе ∆N_н. Последние в свою очередь состоят из потерь мощности, которые обусловлены объемными потерями ∆N_н.о, гидродинамическими потерями ∆N_н.г и механическими потерями ∆N_н.м

(3.5)

В связи со сложностью в настоящее время достоверного определения потерь мощности ∆N_н.г, обусловленных гидродинамическими потерями, последние объединяют с потерями мощности ∆N_н.м, обусловленных механическими потерями, и называют их гидромеханическими потерями мощности ∆N_н.гм

.

Проблематичность достоверного аналитического определения потерь мощности ∆N_н.г, обусловленных гидродинамическими потерями, определяется сложностью проточной части насоса и неустановившемся движением жидкости, Это делает невозможным достоверный расчет потерь давления Δр_н в результате рассеивания энергии потока рабочей среды, которые также сложно определить и экспериментальным путем.

С учетом изложенного (3.5) возможно представить следующим образом

. (3.6)

При вращательном характере движения входного звена объемного насоса (рис. 3.1) потребляемую мощность N_н.в насоса возможно определить по зависимости

, (3.7)

где ω_н - угловая скорость вала объемного насоса;

М_н – крутящий момент объемного насоса.

Рис. 3.1. К определению энергетических параметров объемного насоса

Гидравлическая мощность (полезно используемая мощность) N_н объемного насоса

. (3.8)

Отношение гидравлической мощности N_н насоса к потребляемой мощности N_н.в определяет общий КПД объемного насоса η_н

. (3.9)

Общий КПД объемного насоса η_н определяется также произведением объемного η_н.о, гидравлического η_н.г и механического η_н.м коэффициентов полезного действия насоса

,

а с учетом выше приведенных понятий о гидромеханических потерях мощности ∆N_н.гм

, (3.10)

где η_н.гм – гидромеханический КПД объемного насоса.

Согласно [16] определения общего, объемного и гидромеханического КПД гидромашин следующие:

- общий коэффициент полезного действия гидромашины – КПД, который учитывает все потери гидромашины;

- объемный коэффициент полезного действия гидромашины – КПД, учитывающий потери рабочей жидкости гидромашины вследствие утечек;

- гидромеханический коэффициент полезного действия гидромашины – КПД, учитывающий потери на трение и в местных сопротивлениях гидромашины.

Соответственно мощность гидромотора (мощность на его валу) N_м.в равняется потребляемой мощности N_м за вычетом суммарных потерь мощности в гидромоторе ΔN_м, которые по аналогии с объемным насосом обусловливаются объемными ∆N_м.о, гидродинамическими ∆N_м.г и механическими потерями ∆N_м.м

, (3.11)

а с учетом положений о гидромеханических потерях мощности объемного насоса ΔN_н.гм, какие правомерны и для гидромотора, (3.11) возможно представить следующим образом

, (3.12)

где - гидромеханические потери мощности гидромотора.

Потребляемая мощность N_м гидромотора (рис. 3.2) определяется зависимостью

, (3.13)

где Q_м – расход гидромотора (расход рабочей жидкости во входном отверстии гидромотора).

Рис. 3.2. К определению энергетических параметров гидромотора

Мощность N_м.в гидромотора (мощность на его валу)

, (3.14)

где ω_м - угловая скорость вала гидромотора;

М_н – крутящий момент гидромотора.

Отношение мощности N_м.в гидромотора к потребляемой мощности N_м определяет общий КПД гидромотора η_м

. (3.15)

Общий КПД гидромотора η_м также определяется произведением объемного η_м.о, гидравлического η_м.г и механического η_м.м коэффициентов полезного действия гидромотора

,

а с учетом понятий о гидромеханических потерях мощности ∆N_м.гм

, (3.16)

где η_м.гм – гидромеханический КПД гидромотора.