ГЛАВА 4. ГИДРОМАШИНЫ

Понятие «гидромашины» включает в себя насосы и гидродвигатели. В насосе происходит преобразование энергии двигателя (как правило, электродвигателя) в энергию потока жидкости, а гидродвигатель преобразует энергию потока жидкости в механическую работу.

По принципу действия гидромашины делят на объемные и динамические.

Объемными называют гидромашины, рабочий процесс которых основан на попеременном заполнении рабочих камер жидкостью и вытеснением ее из этих камер. Рабочей камерой объемной гидромашины называют ограниченное пространство внутри машины, периодически изменяющее свой объем и попеременно сообщающееся с входом и выходом.

В объемных насосах перемещение жидкости осуществляется путем вытеснения ее из рабочих камер вытеснителями, которые совершают поступательное (поршневые насосы), вращательное или сложное вращательно-поступательное движение (роторные насосы).

В динамических гидромашинах жидкость в камере находится под силовым воздействием и имеет постоянное сообщение со входным и выходным патрубками.

Основной разновидностью динамических насосов являются лопастные и, в частности, центробежные насосы. В центробежном насосе передача мощности от двигателя к жидкости происходит в процессе движения ее по межлопаточным каналам быстро вращающегося рабочего колеса из центральной его части к периферии.

Напор Н, развиваемый центробежным насосом, зависит от его подачи (расхода) Q. Зависит от расхода также η – к.п.д. насоса, N – полезная мощность, – допустимая вакуумметрическая высота. Эти зависимости называются характеристиками насоса.

Обычно пользуются экспериментальными кривыми Н _н = f (Q), которые имеют вид плавно спадающих кривых. Кривая зависимости к.п.д. насоса от подачи Q выходит из начала координат (при Q = 0), достигает максимума при некоторой оптимальной подаче.

Для двух геометрически подобных центробежных насосов и для подобных режимов их работы справедливы следующие соотношения:

(4.1)

где D – диаметры рабочих колес.

Приведенные формулы позволяют производить пересчет характеристик центробежных насосов с одной частоты n ₁ и диаметра D ₁ на другую частоту n ₂ и другой диаметр D ₂. Для одного итого же насоса D ₁ = D ₂ и формулы упрощаются.

Гидравлический и объемный к.п.д. насоса при сохранении подобия режимов его работы остаются приблизительно постоянными в силу автомодельности. Полный к.п.д. насоса при этом в первом приближении можно считать также постоянным.

Когда абсолютное давление на входе в центробежный насос оказывается слишком низким, на входных элементах лопаток рабочего колеса возникает кавитация. При этом напор, создаваемый насосом, и его к.п.д. резко падают.

Кавитационным запасом называют разность между полным напором жидкости во входном патрубке насоса и давлением насыщенных паров жидкости, т. е.

, (4.2)

где р _в и v _в, – давление и скорость во входном патрубке насоса;

р _н.п – давление насыщенных паров жидкости при данной температуре.

Значение кавитационного запаса, при котором начинается кавитация в насосе, называют критическим или минимально допустимым кавитационным запасом и обозначают . Эта величина будет тем больше, чем больше подача насоса и частота вращения его колеса, и может быть найдена по следующей формуле С. С. Руднева:

, (4.3)

где С = 800...1000 - коэффициент для обычных насосов. Для насосов с повышенными кавитационными свойствами С ≤ 1300. Это значение соответствует при подстановке в формулу (5.10) (м); n (об/мин); Q (м³/с).

Формула С. С. Руднева позволяет находить минимально допустимое абсолютное давление p _{в min} перед входом в насос при заданных Q и n, или Q _max при заданных p _в и n, или n _max при заданных р _в и Q.

С явлением кавитации связано и ограничение на высоту положения насоса относительно уровня жидкости в исходном резервуаре. Допустимая высота всасывания определяется также с использованием формулы Руднева:

,

где - потери во всасывающем трубопроводе; φ = 1,1 ÷ 1,2.