Гидравлические машины

Гидротурбины – активные, реактивные;

- высоконапорные, средненапорные, низконапорные ;

- радиально-осевые, диагональные, осевые;

- поворотнолопастные, пропеллерные;

- вертикальные, горизонтальные.

Большая группа современных ГМ относится к категории лопастных. Основной частью лоп. ГМ является р.к., состоящее из изогнутых лопастей. Оно приводится во вращение двигателем (насос) или потоком жидкости, обладающей запасом кинетической и потенциальной энергии (турбина).

Преобразование энергии двигателя в энергию жидкости в насосе происходит в процессе обтекания лопаток рабочего колеса и их силового воздействия на поток. При этом создается непрерывное перемещение жидкости от центра колеса к его периферии или в осевом направлении.

 

Рис. 3.1 Схема обтекания лопаток насосного колеса

 

Удельная энергия потока (энергия отнесенная к весу жидкости), обеспечиваемого насосом (напор), измеряется в метрах столба рабочей жидкости. Другими словами это та высота, на которую насос может поднять жидкость. 

Напор, создаваемый насосом – разность удельных энергий на выходе из насоса и входе в насос. Напор измеряется в метрах столба перекачиваемой жидкости.

Мощность, которую надо передать насосному колесу для создания необходимого напора, зависит от количества жидкости подаваемой насосом в единицу времени и его коэффициента полезного действия.

 

 , Вт,

 

где  - расход (количество жидкости подаваемой насосом в единицу времени - подача), м3/с ;  - напор, который необходимо создать, м ;   - КПД насоса.

 

В гидротурбине совершается обратный процесс - преобразование энергии потока жидкости в механическую энергию вращения вала р.к. т.е. срабатывание напора. Таким образом напор, срабатываемый турбиной – разность удельных энергий на входе и выходе из р.к.

 

Рис. 3.2 Схема обтекания лопаток насосного колеса

 

Движение жидкости в турбине происходит под напором, создаваемым разностью уровней верхнего и нижнего бьефов, а вращение вала р.к. – в результате активного или реактивного воздействия потока на изогнутые лопасти гидротурбины. При этом жидкость движется между лопастями р.к. в радиально-осевом или осевом направлении. В первом случае турбина наз. радиально-осевой, во втором – пропеллерной.

Мощность, развиваемая гидротурбиной:

 

 , Вт,

 

где  - расход (количество жидкости пропускаемое турбиной в единицу времени), м3/с ;  - располагаемый напор, м;   - КПД гидротурбины.

Для работы ГМ необходимо обеспечить подвод и отвод рабочей жидкости. Так у насосов подводящим органом является всасывающая труба, обеспечивающая осевой подвод жидкости, а отводящим – спиральная камера в случае центробежного насоса или напорный патрубок, соосный с осью вращения р.к. в случае осевого насоса.

 

Рис. 3.3 Схема насосной установки

 

У гидротурбин подводящим органом является спиральная камера, а отводящим отсасывающая труба (чаще всего изогнутая).

 

Рис 3.4 Схема турбинной установки

 

Гидропередачи, использующие лопастной насос и лопастную турбину наз. гидродинамическими передачами. Их назначение – передача механической энергии от двигателя (паровой машины, электродв., ДВС) к потребителю (гребной винт, ПМ, трансмиссия транспортных машин). Впервые ГДП использовались на флоте.

 

Рис. 3.5 принципиальная схема гидродинамической передачи

 

Предельное сближение насосного и турбинного колеса в одном корпусе породило новый тип гидромашины, которую называют гидромуфта. Момент приложенный к насосному колесу передается турбинному посредством энергообмена между рабочей жидкостью и указанными колесами.

Установка дополнительного колеса (реактора) позволила изменять (трансформировать) передаваемый от насоса к турбине момент. Такая гидродинамическая передача получила название гидротрансформатор.

К достоинствам гидродинамических передач следует отнести:

1) простоту и надежность эксплуатации;

2) возможность передавать большие при сравнительно габаритах;

3) отсутствие жестких связей;

4) исключение перегрузки двигателя; 

5) увеличение срока службы машины;

6) малый удельный вес на единицу мощности.

 

Однако гидродинамические передачи имеют следующие недостатки:

1) переменный к.п.д. по режимам работы;

2) необходимость охлаждения рабочей жидкости;

трудности в создании надежных и долговечных уплотнений

 

 

Объемные насосы служат для подачи жидкости под давлением, а гидродвигатель – для преобразования энергии давления в механическую энергию. Принципиально любой насос может работать в режиме гидродвигателя, если в его полость подавать жидкость под давлением, а с вала снимать механическую мощность. Отличительной особенностью объемных гидромашин является возвратно-поступательное или вращательное движение вытеснителя, выполняемого в виде скользящего или вращающегося поршня. В отличие от лопастных машин, в объемной гидромашине под непосредственным воздействием поршня изменяется потенциальная энергия давления при практически неизменной кинетической энергии жидкости. Поэтому иногда объемные гидромашины условно называют гидростатическими. По конструкции объемные гидромашины разделяют на поршневые, роторно-поршневые, роторно-пластинчатые и роторно-зубчатые. В объемных гидропередачах и приводах применяются все перечисленные виды основных конструктивных разновидностей объемных гидромашин. В качестве насосов для подачи воды и других жидкостей преимущественно используются различные схемы поршневых насосов. 

• Поршневые насосы. Рассмотрим простейшую схему поршневого насоса с возвратно-поступательным движением поршня.

 

Рис.3.6 Поршневая гидромашина

 

В цилиндре 2 поршень 1 совершает возвратно-поступательное движение. При движении поршня вправо объем рабочей камеры 3 увеличивается, а давление в