ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МАШИНАХ

Гидравлическими машинами называют механизмы, где от движущегося/вращающегося твердого тела, т.е. узла машины, потоку жидкости передается направленная энергия (такие гидравлические машины называются насосами), либо наоборот, потоком жидкости твердому телу (узлу машины) сообщается определенная энергия (гидравлические турбины).

Как явно видно из предыдущего параграфа, гидравлические машины делятся, в основном, на два основных класса:

  • гидравлические насосы
  • гидравлические турбины

Гидравлическими насосами называются машины для создания потока жидкой среды. По принципу действия насосы могут быть разделены на две основные группы:

  • объемные
  • динамические


общая классификация насосов

 

Объемные насосы работают по принципу вытеснения жидкости. Эти насосы в свою очередь делятся на

  • возвратно-поступательные
  • роторные.

К возвратно-поступательным насосам относятся поршневые и плунжерные.

Роторные включают в себя целую группу насосов: шестеренные, винтовые, шиберные, пластинчатые и т.д.

Возвратно-поступательные насосы состоят из цилиндра, в который набирается жидкость в процессе всасывания; поршня, который, двигаясь в цилиндре, осуществляет всасывание и нагнетание; клапанов, управляющих ходом работы насоса; всасывающего и нагнетательного патрубков. Эти насосы изготавливаются одиночными и спаренными. Трехпоршневые насосы обеспечивают практически равномерную подачу жидкости, тогда как в одно- и двухпоршневых насосах подача крайне неравномерна (пульсирующая).

В шиберных пластинчатых насосах роль поршня выполняет подвижная пластинка переменной площади поперечного сечения, а роль цилиндра выполняет пространство между эксцентрично посаженными цилиндрами и торцевыми стенками.

Шестеренные (шестеренчатые) насосы (см. рисунок ниже) предназначены преимущественно для перекачивания вязких жидкостей. Две шестерни, одна из которых ведущая, а другая ведомая, вращаясь в хорошо подогнанном корпусе, перемещают масло, заполняющее впадины между зубьями по части окружности из полости всасывания в полость нагнетания.
схема шестеренчатого насоса

 

Рабочими органами винтового насоса (см. рисунок ниже) являются три винта: центральный ведущий и замыкающие ведомые, помещенные в корпусе. Расточка выполнена так, что зазор между корпусом и внешней поверхностью винта как можно меньше мал. Винты имеют специальную форму резьбы, при которой обеспечивается непрерывное касание между сопрягающими поверхностями, благодаря этому между гребнями винтов и корпусов создаются три группы замкнутых полостей, перемежающихся при вращении винтов по стрелке слева направо. Жидкость из входного патрубка через отверстия в корпусе попадает к винтам, заполняет полости, выносится в первую часть и далее подается к напорному патрубку.
схема винтового насоса

 

Лопастные насосы делятся на центробежные насосы и осевые. Изготавливаются они как с постоянным положением лопастей, так и с поворотными лопастями. По конструктивным данным и эксплуатационным особенностям насосы различают по частоте вращения рабочего колеса, подаче, по ступеням давления, по условиям подвода жидкости к рабочему колесу, по расположению вала и т.д.

Центробежные насосы (см. рисунок ниже) имеют различные частоты вращения вала. В основном, закономерность такова, что чем больше размеры насоса, тем меньше частота вращения. Сравнительно малые насосы работают с частотой вращения 1450-2950 об/мин. С увеличением частоты вращения как подача, так и напор центробежного насоса возрастают. При определенной частоте вращения центробежный насос развивает определенный напор. Иногда требуется получить напор в несколько раз больший, чем это дает определенный типоразмер насоса, без увеличения частоты вращения. В этом случае изготавливается многоступенчатый насос, в котором жидкость из выходного отверстия одного колеса переходит во всасывающее отверстие второго и т.д. до тех пор, пока не получит нужного напора. Все колеса насажены на один общий вал и вращаются синхронно. По количеству ступеней насосы разделяются на одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые.
общая схема центробежного насоса

 

Для увеличения подачи центробежного насоса при неизменной частоте вращения применяются рабочие колеса с двухсторонним подводом жидкости. Расположение валов насосных агрегатов может быть горизонтальным или вертикальным.

По условиям отвода потока от рабочего колеса центробежные насосы делятся на насосы с направляющим аппаратам и без него. Наибольшее распространение получили центробежные насосы с горизонтальным валом и спиральной камерой. Насос состоит из рабочего колеса с лопастями, вала, корпуса, всасывающего и нагнетательного патрубков, сборного канала.

Установка центробежного насоса (см. рисунок ниже) состоит из всасывающей трубы с фильтром и обратным клапаном, насоса, задвижки, нагнетательного трубопровода. Большие насосы снабжаются контрольно-измерительными приборами: манометрами, вакуумметром и т.д. Приводится в действие центробежный насос при помощи двигателя, турбины, ременной передачи и пр. Насос и двигатель агрегатируются.

общая схема установки центробежного насоса

 

Жидкость под действием атмосферного давления из приемного резервуара поднимается по всасывающей трубе на высоту в области вакуума - к центральной части рабочего колеса насоса на вращающиеся лопасти. Под действием центробежных сил она перемещается вдоль лопастей к периферии, где собирается в сборном канале, называемом улиткой. Из улитки жидкость нагнетается в напорный трубопровод. Таким образом, благодаря воздействию лопастей рабочего колеса, жидкость получает механическую энергию от двигателя и поднимается на требуемую высоту.

В осевых насосах (см. рисунок ниже) основным рабочим органом является рабочее колесо с лопастями. Вода в этих насосах подводится в направлении его оси. При входе на рабочее колесо абсолютная скорость направлена вдоль оси, а при сходе с рабочего колеса абсолютная скорость направлена под некоторым углом к оси. Это означает, что жидкость, перемещаясь вдоль оси, одновременно вращается, т.е. имеет место винтовое движение жидкости, что приводит к дополнительным потерям энергии. Чтобы выправить закрученный поток и заставить его двигаться только вдоль оси, за рабочим колесом иногда устанавливается так называемый выправляющий аппарат. Рабочее колесо со стороны входа потока снабжается плавным обтекателем. Вал насоса с помощью жесткой муфты соединен с валом двигателя.

схема осевого насоса

 

В поворотно-лопастных насосах угол установки лопастей (поворот лопастей) может изменяться с помощью штанги, проходящей в пустотелом валу. Это улучшает эксплуатационные качества насоса, его КПД.

Вихревой насос (см. рисунок ниже) состоит из рабочего колеса и корпуса с кольцевым каналом, имеющим перемычку. Короткие прямолинейные лопасти рабочего колеса частично перекрывают цилиндрический канал, при вращении жидкость увлекается лопастями и одновременно действием центробежных сил закручивается. Таким образом, по кольцевой камере движется спаренный вихревой валец, создающий «сцепление» жидкости с рабочим колесом и заставляющий ее двигаться от входного отверстия к выходному.

схема вихревого насоса

 

В струйном насосе (эжекторе) отсутствуют механические подвижные части. Он состоит из трубы с насадкой, камеры, смесительной камеры и диффузора. Жидкость, выходящая из насадки в виде струи расходом увлекает за собой жидкость из камеры, создавая в ней вакуум, благодаря чему снизу вверх обеспечивается постоянное подсасывание жидкости расходом. В камере смешения кинетическая энергия от потока расходом передается потоку. В диффузоре жидкость движется одним общим потоком, кинетическая энергия преобразуется в потенциальную и давление на выходе возрастает.

Водокольцевой вакуум-насос (см. рисунок ниже) состоит из цилиндрического корпуса с плоскими боковыми стенками, в который помещают вращающийся барабан с лопастями. В боковой стенке имеются канавки, к которым присоединены всасывающий и нагнетательный патрубки. Барабан смонтирован эксцентрично по отношению к корпусу.

схема водокольцевого вакуумного насоса


Эрлифт (воздухоподьемник), (см. рисунок ниже) состоит из вертикальной или наклонной трубы, нижний конец которой заглублен под уровень воды, и воздухоподводящей трубы, нижний конец которой находится в заборном оголовке эрлифта. При нагнетании воздуха через трубу он в виде пузырьков будет подниматься вверх по трубе, вследствие чего плотность водо-воздушной смеси в эрлифте будет меньше плотности воды водоема. Это обеспечивает подьем водо – воздушной смеси.