Лабораторная работа № 5. Изучение устройства и определе-ние рабочих характеристик шестерённого насоса

Цели работы:

- изучение основных теоретических положений по исследованию характеристик объемных насосов;

- ознакомление со стендом для испытания гидросистем и снятие на нём характеристик шестерённого насоса.

Краткие теоретические сведения.

В объемных насосах подача жидкости осуществляется вследствие её вытеснения из рабочей камеры, объём которой из-меняется. Рабочая камера попеременно соединяется с зонами вса-сывания и нагнетания.

Рабочая камера шестеренного насоса - впадина между дву-мя соседними зубьями. Количество рабочих камер равно общему количеству зубьев двух шестерен.

При вращении ведущей шестерни, закрепленной на валу насоса, и зацепляющейся с ней ведомой шестерни, свободно вра-щающейся на оси в направлениях, показанных стрелками, впади-ны между зубьями (рабочие камеры) заполняются жидкостью в зоне, связанной со входом насоса. Далее рабочие камеры, по мере вращения шестерен, переносятся вдоль внутренней поверхности корпуса насоса в зону, связанную с выходом насоса. В эту зону жидкость вытесняется входящим во впадину зубом сопряженной шестерни (см. рис.5.1).

При изготовлении насосов, эксплуатации, ремонте и т.п. необходимо снимать их технические характеристики. Опре-деляют графическую зависимость производительности Q; по-лезной мощности N_п; мощности на валу N; полного КПД η; объемного КПД η ₀ от давления в нагнетательной линии.

 

Рисунок 5. 1.Устройство шестерённого насоса с внешним зацеплением зубьев.

Рисунок 5.2. Примерный вид зависимостей производитель-ности Q (подачи), мощности N и к.п.д η шестерённого насоса от давления Р.

Из рисунка 5.2 следует, что действительная подача (производительность) насоса (т.е. объём, подаваемый в единицу времени в нагнетательную линию) и давление связаны на на-чальном участке линейной зависимостью. Уменьшение подачи приводит к увеличению давления.

Идеальная (теоретическая) подача насосаQ_ид от давления не зависит и определяется из соотношения:

Q_ид = V₀ n. (5-1)

Здесь V₀ - рабочий объём насоса (м³), n–число оборотов в единицу времени (за сек).

На графике Р- Qеё можно изобразить прямой линией 1. Такая подача существует при нулевом давлении на выходе насоса (точка А). Из рисунка (5-3) следует, что при отсутствии объёмных потерь давление, создаваемое насосом, не оказывает влияния на величину подачи Q_ид. Но в насосах существуют утечки жидкости и действительная подача меньше теоретической на величину утечек:

Q = Q_ид - Q_у.(5-2)

Величина утечекQ_узависит от давления насоса (разность давлений на выходе и входе насоса).

Так как по определению объёмный КПД насоса η ₀ = Q/ Q_ид, то его значения можно найти, измеряя действитель-ную подачу, число оборотов вала насоса и рассчитывая теорети-ческую подачу (ф-ла 5-1):

Рисунок 5.3. Графическая зависимость подачи от давления

насоса.

η ₀ = = = (5-3)

При движение жидкости через рабочую камеру часть ме-ханической энергии привода насоса преобразуется в кинетичес-кую энергию и потенциальную энергию давления (создаётся на-пор).

Напор насоса (удельная энергия, полученная жидкостью при прохождении через рабочую камеру) и давление связаны со-отношением Р = ρ g H. При нулевой подаче давление будет максимальным.

Если известно давление Р_м , для которого найден объём-ный КПД, можно найти точку на диаграмме, соответствующую этому давлению и подаче, и провести через неё линию АВ (линия 2).

При такой характеристике подача незначительно зависит от давления. В реальных гидросистемах существуют потери напора, как местные, так и линейные, и на их преодоление затрачивается энергия. Чем больше потери, тем большее давление развивает насос на выходе. Создаваемое насосом давление может расти практически неограниченно, до разрушения насоса или трубопровода. Поэтому на практике в нагнетательную линию на-соса ставят клапаны давления (напорные, редукционные и др.). Клапан настраивают на определённое давление, при достижении которого часть жидкости будет уходить в бак, снижая давление в системе.

Изменение подачи жидкости в гидролинию можно осу-ществить и с помощью специальных регуляторов расхода.

При срабатывании клапана давления часть жидкости ухо-дит через него в бак и характеристика как бы «переламывается» в точке С. Линия CD в этом случае уже изображает зависимость подачи насосной установки от давления. Из неё следует, что по-дачу можно существенно изменить при небольшом изменении давления. При давлении Р_м (полное открытие клапана) подача жидкости в нагнетательную линию полностью прекращается (Q = 0).

Регулятор расхода изменяет подачу, но в отличие от первого случая, вся жидкость поступает в систему. Этот способ изменения подачи более экономичен, но требует применения регулируемых насосов, которые более сложны в изготовлении, а следовательно, и дороже.

В данной работе экспериментально определяются:

- действительная подача нерегулируемого шестерённого насоса с помощью расходомера и электронного счётчика;

- число оборотов вала насоса;

- давление на входе и выходе насоса;

- мощность, потребляемая из сети.

Это позволяет рассчитать идеальную подачу, действительную подачу (измерения проводятся для нескольких значений подачи) и построить зависимость подачи от давления графически (линия 1 и линия 2).

Полезная мощность (мощность, сообщаемая насосом жидкости) определяется соотношением: N_п = ∆ Р Q 10 ^-3 квт, (5-4)

где ∆ Р – разность давлений на входе и выходе насоса (МПа). В случае использования вакуумметра на входе, разность давлений заменяется на сумму.

Производительность (подача) насоса находится с помощью расходомера (измеряет объём) и электронного счётчика (размер-ность , можно так же использовать и внесистемную единицу ):

Q= (5-5)

Потребляемая мощность на валу насосаN находится по формуле: N = M ω (5-6)

Здесь М-крутящий момент на валу насоса, ω – угловая скорость вращения (ω = 2π n, где n –число оборотов за единицу времени). Примечание : действительный крутящий момент на валу насоса в данной работе не находится.

Рабочий объём рассматриваемого насоса V₀ остаётся постоянным у не регулируемых насосов.Число оборотов, опре-деляемое по тахометру в данной работе, надо делить на 2.

n = (5-7)

Полный к.п.д. насоса, который учитывает все потери, оп-ределяется формулой:

η = = η ₀ η _г η _м (5-8)

Объемный к.п.д.( учитывает потери мощности в насосе из за утечек жидкости Q_учерез зазоры) находится по зависимости (см. ф-лу 5-3): η ₀ = Гидравлический к.п.д:

η _г = (5-9)

где h– потери напора в насосе, учитывает потери мощности в насосе на преодоление линейных и местных потерь. У шесте-рённых насосов потери малы и η _г =1.

Механический к.п.д:

η _м = (5-10)

учитывает механические потери мощности в насосе (в подшип-никах, уплотнениях, в механизме насоса и др.).

Мощность, потребляемая из сети электродвигателем, при-водящим насос в действие, определяется по ваттметру, N_эд.Пе-редаваемая на вал насоса(полная мощность N ) зависит от к.п.д. двигателя:

N = N_эд η _эд.

К.п.д. насосной установки в этом случае:

η _н.у. = . (5-11) Здесь мощность насосной установки N_нуявляется мощностью, потребляемой из сети электродвигателем. Её значение опреде-ляется по шкале ваттметра (цена деления -25 вт).

Выполнение работы.

1.Изучить установку .

На рис. 5.4 дан общий вид стенда, на котором проводит-ся изучение характеристик гидравлических машин и объёмного гидропривода (лабораторные работы №№ 5-7).

Краткое описание стенда.

Стенд предназначен для экспериментальных исследований: – шестеренного нерегулируемого гидронасоса;

– аксиально-поршневого нерегулируемого гидромотора;

– гидроцилиндра двустороннего действия с односторонним штоком;

– гидропривода с поступательным движением выходного звена;

– гидропривода с вращательным движением выходного звена;

– гидропривода с двух- и трехлинейным регуляторами расхода.

Основными исследуемыми гидромашинами являются шестеренный насос Н1, гидромотор М и гидроцилиндр Ц1. Для создания нагрузки на валу гидромотора используется шестерен-ный гидронасос Н2 с регулируемым дросселем ДР2 (дроссель ДР2 предназначен для изменения нагрузки на валу гидромото-ра). Для создания нагрузки на штоке гидроцилиндра Ц1 исполь-

зуются гидроцилиндр Ц2, шестеренный насос Н3 и регулируе-мый напорный гидроклапан КП2 (гидроклапан КП2 при прове-дении испытаний работает в режиме переливного клапана и слу-жит для изменения нагрузки на штоке цилиндра). К направляю-щей и регулирующей аппаратуре стенда (кроме названных выше устройств) относятся вентиль В1, предохранительный клапан КП1, регуляторы расходов РР1 и РР2, установленные соответс-твенно в линии управления гидромоторомМ и цилиндром Ц1, регулируемый дроссель ДР1, а также гидрораспределители Р1, Р2 и Р3. Вентиль В1 предназначен для изменения гидравличес-кого сопротивления на всасывании насоса Н1 (используется при определении кавитационных характеристик насоса). Регулируе-мый дроссель ДР1 используется при определении рабочих ха-рактеристик насоса Н1.

Для привода насосов Н1 и Н2 на стенде установлены два электродвигателя М1 и М2. В напорной линии насоса Н1 уста-новлен фильтр Ф.

Рисунок 5.4. Общий вид стенда 36.100 «Гидравлические машины и гидроприводы»

 

Характеристики устройств:

1) Гидроцилиндр (ГЦ 63.200.16.000): диаметр цилиндра 63 мм, ход штока – 200 мм, диаметр штока – 25 мм; 2) Гидромотор (Г15-21Р): рабочий объем Vом = 11, 2 см³;

номинальный расход Q = 10, 8 л/мин; номинальное давление Р = 6, 3 МПа; номинальная потребляемая мощность N = 0, 96 кВт; номинальный момент на выходном валу М = 9, 4 Н·м; полный к.п.д – 0, 87, объемный к.п.д – 0, 91;

3) Насос (НШ10-3): рабочий объем Vон = 10 см³, объем-ный к.п.д –0, 92, полный к.п.д – 0, 8.

На рисунке 5.5 представлена гидравлическая схема экс-периментальной установки по изучению характеристик шестерён-ного насоса (часть общей гидравлической схемы стенда). Шесте-рённый насос Н1 приводится в движение электродвигателем М. Тахометр ТХ1 позволяет определить число оборотов на валу на-соса. К входу насоса подключен вакуумметр МВ, к выходу – ма-нометр МН1. Перепускной клапан КП1 предохраняет насос от пе-регрузок. При давлении, выше критического, клапан открывается, часть жидкости уходит в бак Б1, давление падает и клапан закры-вается. Жидкость (масло) поступает из бака в насос через вентиль В1 (он полностью открыт) и через фильтр Ф (фильтр включает пе-репускной клапан) подаётся в гидрораспределитель Р1(включено первое положение), проходит через гидрораспределитель Р3 ( включено первое положение), затем через гидродроссель ДР1, расходомер РА и сливается в бак.

Гидродроссель должен быть открыт полностью.

Примечание: насосы не должны включаться в гидролинии при закрытых гидрораспределителях и гидродросселях! Они мо-гут выйти из строя.

2. Провести измерения

а) Включить электропитание стенда, электродвигателя М1, секундомера, тахометра (nн1). Тумблер 1 в положении “ВКЛ1.”, тумблер 3 в положении “ВКЛ.”, тумблер 2 в поло-жении “ВЫКЛ.”, вентиль В1 (установлен снизу на баке слева) полностью открыт.

Внимание! Перед включением установки маховик управления регулируемым дросселем ДР1 повернут до упора по часовой стрелке (максимальное проходное сечение дросселя).

Опыты проводятся при различных настройках регулируе-мого дросселя ДР1.

При выполнении данной лабораторной работы включа-ется только электродвигатель М1. В каждом опыте необхо-димо измерять:

– давления по приборам МВ и МН1; – частоту вращения вала насоса n_н1 (для определения частоты вращения в об/с необходимо показание тахометра n_н1 делить на 2);

– мощность, подводимую к электродвигателю М1 (по кило-ватметру, 1 деление = 25 Вт);

Рисунок 5.5. Гидравлическая схема установки

.

Таблица 5.1. Данные эксперимента.

– расход (подачу) с помощью расходомера РА и электронного секундомера, тумблер SA3 в положении “РУЧН.”.

б) Снять три показания указанных приборов. Данные за-нести в таблицу 5.1.

в) Провести расчёты по формулам (5-1)-(5-5); (5-7); (5-11). Данные занести в таблицу 5.2.

Таблица 5.2

г) По данным таблицы 5.2 строятся характеристики насоса: Q_ид = f(p); N_п=f(p); η ₀=f(p).

Примерный вид характеристик показан на рисунке 5.6.

3 . Обработка результатов. Пример проведения расчётов В эксперименте получены следующие значения измеряемых величин: Опыт 1.

Объём V = 20 л.

Время прохождения жидкости по трубопроводу τ = 96 с.

Температура жидкости Т = 20⁰С.

Показания датчиков давления:

Р_м = 1, 4 МПа, Р_в = - 30 КПа.

Показания тахометра n = 50 ( ).

Показания ваттметра N= 1250 вт (60 дел.х 25 ).

Опыт 2.

Объём V = 10 л.

Время прохождения жидкости по трубопроводу τ = 68 с.

Температура жидкости Т = 22⁰С.

Показания датчиков давления:

Р_м = 4, 8 МПа, Р_в = - 26 КПа.

Показания тахометра n = 48 .

Показания ваттметра N= 2200 вт (88 дел.х 25 ).

Расчёты. Опыт 1. Находим:

а) подачу (расход) масла в трубопроводе

Q= = = 0, 21 10^-3 ;

б) идеальную подачу

Q_ид = V₀ n= (10 10^-6 м³) 25 = 0, 25 10^-3 ;

в) объёмный КПД насоса:

η ₀= = = 0, 84; полезную мощность, сообщаемую насосом жидкости: N_п = ∆ Р Q вт = [1, 4 МПа –(- 30 КПа)] 0, 21 10^-3 ;

N_п = (1430 0, 21 10^-3) вт = 300 вт;

д) к.п.д насосной установки:

η _н.у. = = = 0, 20.

.Опыт 2. Находим:

Рисунок 5.6. Примерный вид зависимостей характеристик насоса от давления. Линии дают вид зависимостей:

η ₀ =f (Р), N_п = f(Р)Q_ид= f (Р)Q= f (Р)

а) подачу Q= = = 0, 15 10^-3 ;

б) идеальную подачу:

Q_ид = V₀ n= (10 10^-6 м³) 25 = 0, 25 10^-3 ;

в) объёмный КПД насоса:

η ₀= = = 0, 60; полезную мощность, сообщаемую насосом жидкости: N_п = ∆ Р Q вт = [4, 8 МПа –(- 26 КПа)] 0, 15 10^-3 =723 вт.

д) к.п.д насосной установки:

η _н.у. = = = 0, 33.

Выводы (сделать выводы о связи подачи, идеальной подачи, полезной мощности и объёмного к.п.д с давлением насоса).

Контрольные вопросы

1. Перечислить основные виды объемных насосов. Объяснить принцип их работы.

2.Перечислить основные параметры и характеристики объемных насосов.

3.Объяснить работу стенда для снятия характеристик объемных

насосов.

4. Привести зависимости для экспериментального определения подачи (производительности), мощности и к.п.д насоса.

5. Объяснить принцип работы шестеренного насоса. 6. Перечислить основные виды потерь объемных насосов.

7. Указать основные достоинства и недостатки шестеренных насосов.

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: