CC BY
10
The analysis of the existing methods of geometric synthesis of the involute cylindrical gears of internal gearing is performed. A new calculation system has been created in which the number of output synthesis parameters increases from two to four. On this basis, a method is proposed for optimal geometric synthesis of the transmission in consideration when using non-standard radial clearances. Software has been developed that implements the proposed method using the MatLab program.
Key words: gearing, cylindrical gearing, internal gearing, geometric synthesis, optimization, optimal synthesis.
Nguyen Duy The, postgraduate, duythe1290@gmail. com, Russia, Tula, Tula State Uiversity
УДК 621.65
ЛОПАСТНЫЕ НАСОСЫ КАК ВИД ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ МАШИНЫ. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ
А.А. Вайцель
Описан принцип работы лопастных насосов, приведены достоинства и недостатки. Проведено компьютерное моделирование работы лопастного насоса в компьютерном программном комплексе.
Ключевые слова: гидравлическая машина, насос, водоснабжение, моделирование работы, программное обеспечение.
Машины, способные сообщить механическую энергию жидкости, протекающей через них, или, напротив, получить эту энергию из жидкости, называются гидравлическими. Первые — это насосы (передают энергию), вторые - гидравлические двигатели (получают энергию). Объединение этих механизмов в один класс объясняется их обратимостью, правда, неполной, не всегда возможна их замена друг другом, не каждый насос может работать в режиме двигателя, и не всякий двигатель умеет выполнить функции насоса [1-5].
Гидравлические машины распространены довольно широко. На производстве электрической энергии работают турбины - яркий представитель гидродвигателей. Насосы применяются при водоснабжении, подаче топлива в двигателях ракет, в нефтепроводах. Если учесть, что 20% всей электроэнергии получается на электростанциях, оценить значение хотя бы только одного водоснабжения, можно понять, как часто используются гидромашины.
Ещё одно применение гидромашин - гидропередачи. Насосы и гидродвигатели работают в них совместно, то есть энергия преобразуется дважды. Насос сообщает механическую энергию потоку, а на выходе эта энергия снова становится механической. Назначение этой передачи то же, что и известных других, ремённой, цепной и так далее.
397
Но она имеет свои преимущества.
При механической передаче возможны люфты, что приводит к вибрации при работе, толчкам при переключении. Гидропередача работает плавно. Важно, что происходит бесступенчато изменение передаточного числа. Это свойство исключительно гидропередач. Если возможно такое изменение при механической передаче (при фрикционной, например), оно ненадёжно и применяется при малых мощностях.
При гидропередаче ограничивается момент сопротивления, который нагружает двигатель. Этим механическая часть трансмиссии и сам двигатель защищены от перегрузок, срок их службы увеличивается. Кроме того, упрощается обслуживание.
Гидропередача делает возможной передачу больших мощностей. Она имеет малый вес и размеры в расчёте на единицу мощности. Обладает высокой надёжностью. КПД у гидропередач меньше, чем у других. Но всё равно они очень распространены. Применяются, например, в тепловозах.
Говорилось уже, что применение гидравлических машин велико, особенно это касается объёмных и лопастных насосов и гидродвигателей. Объёмные поршневые, шестеренные и другие гидромашины работают благодаря тому, что их рабочие камеры изменяются, то есть имеют непостоянный объём. Жидкость то заполняет её, то вытесняется. Лопастная машина получила своё название от колеса с лопастями. Энергия передаётся путём взаимодействия колеса и обтекающей его жидкости. Так происходит в лопастных насосах и двигателях. Имеются центробежные и осевые лопастные насосы.
Назначение колеса в центробежном насосе - передача энергии от двигателя воде. Оно состоит из двух частей, ведущего и ведомого колёс. Между ними расположены лопасти, давшие название этому механизму, в который входят ещё подвод и отвод. От рабочего колеса жидкость направляется в напорный патрубок, а иногда ко второму колесу, в том случае, когда насос многоступенчатый.
Широко распространены радиально-осевые и осевые турбины. Эго лопастные гидродвигатели с устройством, тождественным конструкции центробежного насоса. Механизмы эти являются обратимыми. Они работают в двух режимах, как насос и как двигатель.
При движении колеса в жидкости происходит перепад давления на верхней и нижней части лопаток, в результате возникает подъёмная сила. У насоса эта сила противоположна направлению движения колеса. Для преодоления этого момента к колесу подводится энергия, которая и передаётся воде.
У двигателя направление момента подъёмной силы и направление движения колеса совпадают. Жидкость передаёт энергию колесу, вращая его. Насосы с одним колесом - одноступенчатые. Они не очень мощны. Имеются многоступенчатые насосы. Они существенно повышают напор. У них несколько колёс, которые закреплены на одном валу. С увеличением количества колёс напор увеличивается прямо пропорционально.
В работе также рассматривается компьютерная симуляция работы данного двигателя. Рассмотрение происходит на базе программного обеспечения ЛдБуБ, позволяющее в полной мере оценить и спрогнозировать работу любого агрегата, в том числе и центробежного насоса. В данном случае результаты моделирования приведены на рис. 1.
Рис. 1. Моделирование работы центробежного насоса
Также был составлен график давление-массовый расход воды при различных скоростях вращения колеса, который представлен на рис. 2.
Pressure ratio vs Mass flow
Рис. 2. График «давление-массовый расход»
Таким образом, можно сделать следующие выводы: лопастные насосы являются необходимым агрегатом не только в водоснабжении, но и в других отраслях промышленности; программный комплекс ЛдБуБ позволяет всецело оценить самые важные характеристики огромного числа агрегатов и машин, в том числе и центробежного насоса по таким параметрам как массовый расход, скорость движения поток жидкостей, турбулентность, создаваемые давления и т.д. Получаемые в результате использования ПО данные способны помочь в проектировании и расчете насосов, тем самым значительно облегчить работу инженера.
Список литературы
1. Вайцель А.А., Сиренко Е.Р., Гаврюхина А.В. Анализ программного комплекса для расчёта гидродинамических процессов в водоснабжении // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 3. С. 102-105.
2. Вайцель А. А., Сиренко Е.Р., Гаврюхина А.В. Насосы, применяемые в водоснабжении и водоотведении // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 7. С. 142-146.
3. Назаров И.А. Справочник проектировщика. Водоснабжение население населенных мест и промышленных предприятий. М., Стройиз-дат, 1977. 288 с.
4. Гроховский Д.В. Основы проектирования центробежных многоступенчатых высоконапорных насосов энергетических установок. М.: Нестор-История, 2013. 238 с.
5. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.: Энергия, 2009. 416 с.
Вайцель Ангелина Александровна, студент, angel12vat@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
VANE PUMPS AS A KIND OF A HYDRA ULIC MACHINE.
MODELING OF WORK
A.A. Vaitsel
The principle of operation of vane pumps, advantages and disadvantages. Computer simulation of the operation of a vane pump in a computer program complex was carried out.
Key words: hydraulic machine, pump, water supply, work modeling, software.
Vaitsel Angelina Alexandrovna, student, angel12vat@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University
