Гидравлические машины

протекающей через него жидкости рабочему органу или от рабочего органа к протекающей через устройство жидкости, либо осуществляется изме-нение вида движения или преобразование силовых и скоростных энергетичес-ких параметров.
Гидравлические машины классифицируются по трем основным признакам: по назначению, принципу действия и конструкции.
Группу гидравлических преобразователей составляют гидравлические на-сосы и гидравлические двигатели. Это обратимые машины.

Энергетические схемы гидравлического насоса (а) и гидравлического двигателя (б)

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Общие сведения о гидравлических машинах

а

б

через гидравлическую машину с достаточной степенью точности можно пренебречь, так как разность высот ее отдельных элементов незначительна. Следовательно, можно считать, что движущаяся в гидравлической машине жидкость обладает только двумя видами энергии: энергией в поле сил давления и кинетической энергией.

В основе классификации гидравлических машин по принципу действия ле-жит степень использования того или другого вида энергии.
Как известно, полная удельная энергия движущейся жидкости представляет собой сумму трех составляющих:

где z - удельная энергия положения, Дж/Н(м);

- удельная энергия давления, Н(м);

- удельная кинетическая энергия, Дж/Н(м).

делят по принципу действия на две группы: гидрообъемные и гидродинамические машины.
В гидрообъемных машинах используется преимущественно энергия давления жидкости. Кинетическая составляющая незначительна и не превышает 1 % общей энергии. Гидрообъемные машины используются, в основном, для работы с жидкостями, обладающими высокой вязкостью (маслами, бензинами и т. д.).
В гидродинамических машинах основным видом энергии движущейся жидкости является кинетическая. Энергия давления в этих машинах играет второстепенную роль. Гидродинамические машины используются для работы с жидкостями, обладающими низкой вязкостью (водой, газами).
Классификация гидравлических машин по конструкции будет рассмотрена ниже при изучении конкретных устройств.
Как отмечалось выше, к гидравлическим преобразователям энергии относятся гидравлические насосы и гидравлические двигатели (моторы). Поскольку эти машины обратимые, то происходящие в них энергетические процессы совершенно одинаковые и отличаются лишь направлением протекания этих процессов. Поэтому изучение работы гидравлических преобразователей энергии ограничим рассмотрением гидравлических насосов, так как именно они находят наиболее широкое применение в объектах транспортной энергетикти.

насос (высота всасывания), м;
Рвс – давление жидкости на входе в насос, Па:
Рнаг – давление жидкости на выходе из насоса, Па:
Н – напор насоса, м:
Q – подача (производительность) насоса, м /с;
Nгн – мощность насоса, Вт:
η – коэффициент полезного действия насоса:
- объемный КПД насоса, учитывающий потери мощности, связанные с утечкой жидкости через зазоры
- гидравлический КПД, учитывающий потери мощности, связанные с гидравлическими сопротивлениями;
- механический КПД, учитывающий потери мощности, связанные с механическим трением между деталями насоса

3

жидкости за счет возвратно-поступательного движения поршня.
Основными частями такого насоса являются цилиндр, поршень, система клапанов, всасывающая и напорная трубы и привод, обусловливающий возвратно-поступательное движение поршня. Принцип действия поршневого насоса заключается в том, что на жидкость, находящуюся в цилиндре, давит поршень и проталкивает ее в трубопроводах.
Поршневые насосы разделяются на группы:
а) по характеру действия - простого (одиночного), двойного;
б) по количеству цилиндров (одно-, двух- и многоцилиндровые);
в) по расположению оси насоса (горизонтальные, вертикальные, радиальные, аксиальные).
Поршневые насосы перекачивают любые по вязкости жидкости. Их целесообразно использовать для перекачки небольших количеств жидкости при высоких напорах.
Обычно они работают с частотой вращения вала 250-3000 мин-1. Мощность, затрачиваемая на привод поршневых насосов, может достигать 3000 кВт; подача Q - 8000 л/мин; максимальное давление рmах - 100- 250 МПа; полный КПД η = 0,70-0,92.

действия в зависимости от поворота вала

– всасывающий клапан; 5 - нагнетательный клапан; 6 – предохранительный клапан; 7 – крыльчатка

Крыльчатый насос

Диафрагменные насосы широко применяются в автомобильной технике для подачи бензина к карбюратору, на гусеничных машинах для подкачки топлива перед пуском двигателя. Последние выполняются ручными, одностороннего действия
Крыльчатые насосы применяются в средствах технического обслуживания для заправки машин топливом.

полость;
4 – ротор; 5 – пластины

Шестеренный насос

Пластинчатый насос

достигает 1500 л/мин; Рмак = 20 МПа; КПД - η = 0,25-0,95.
Шестеренные насосы просты в изготовлении и надежны в эксплуатации, их можно использовать при большой частоте вращения (до 5000 мин-1). Эти насосы реверсивные. Однако они могут перекачивать только чистые жидкости (в связи с малыми зазорами).
Их широко применяют в различных гидросистемах (специальной техники, автомобилей, тракторов, строительных машин, смазочной системы поршневых двигателей внутреннего сгорания), для перекачки вязких нефтепродуктов и т. п.

надежны в эксплуатации и сравни-тельно долговечны. В таких машинах рабочие камеры образо-ваны поверхностями статора, ротора, торцевых распредели-тельных дисков и двумя соседними вытеснителями-пластинами. Эти пластины также называют лопастями, лопатками.
Пластинчатые насосы могут быть одно-, двух- и многократного действия. В насосах однократного действия одному обороту ва-ла соответствует одно всасывание и одно нагнетание, в насосах двукратного действия - два всасывания и два нагнетания.
К достоинствам пластинчатых насосов относятся: равно-мерная подача; отсутствие клапанов; возможность реверсиро-вания; возможность работы с большой частотой вращения ротора.
Недостатками являются низкий объемный КПД и относи-тельно низкое рабочее давление на выходе из насоса.

с распределительным диском;
2 - ротор с плунжерами;
3 - наклонный упорный диск

1 - статор; 2 - ротор с поршнями; 3 – распре- делитель

= 0,67-0,85; объемный КПД η0 = 0,7-0,9. Они отличаются компактностью, простотой регу-лирования и возможностью работать при высоких давлениях в рабо-чих полостях.
Аксиально-поршневые насосы. По сравнению с ради-ально-поршневыми насосами аксиально-поршневые имеют меньшие габариты и массу, более удобны в управлении и обслуживании. Они имеют более высокий полный КПД по сравнению с шестеренными и пластинчатыми насосами.
Эти насосы обеспечивают подачу до 1800 л/мин; максимальное давление до 70 МПа; полный КПД η = 0,8-0,9; объемный КПД η0 = 0,95-0,98.
Применение аксиально-поршневых гидромашин наиболее целесо-образно при среднем и высоком давлении в гидросистемах мобиль-ных машин и цикличном характере изменения внешней нагрузки.

снятии характеристики насоса оно может регулироваться, например, вентилем. Гидрообъемные насосы теоретически могут создавать любое давление жидкости, но для предохранения гидравлической системы от перегрузок и разрушения давление ограничивают с помощью предохранительного клапана.
Подача жидкости без учета утечек Qт не зависит от давления. Поэтому характеристика подачи без учета утечек представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс. Если учитывать утечки жидкости, то с увеличением давления фактическая подача Qд уменьшается и при максимальном давлении становится равной нулю, так как вся жидкость проходит через предохранительный клапан.
Мощность насоса является производной величиной от подачи и давления и с увеличением давления возрастает до определенного значения.
Объемный КПД характеризует утечки жидкости и с увеличением давления уменьшается.
Общий КПД с повышением давления увеличивается от нуля до некоторого максимального значения и затем стабилизируется. Однако при значительном увеличении давления общий КПД будет уменьшаться, так как увеличиваются потери на трение между деталями.

– неподвижные лопатки;
4 – ротор; 5 - статор

Использование осевого на- соса в качестве водометного
движителя на плавающем танке

- напорный патрубок

Плоскостной насос

Струйный насос