33-99No. Муфу И Роуд, район Гулоу, Нанкин, Китай [email protected] | [email protected]
33-99No. Муфу И Роуд, район Гулоу, Нанкин, Китай [email protected] | [email protected]
В промышленных гидравлических системах насос обычно устанавливается сверху на резервуаре, в котором хранится рабочая жидкость системы. Всасывающая линия (также называемая входной линией) соединяет вход насоса с маслом в резервуаре.
Поток жидкости из резервуара к насосу можно рассматривать как отдельную гидравлическую систему. В этой подсистеме разрежение (давление ниже атмосферного), создаваемое насосом, выступает в качестве сопротивления потоку, а энергия, перемещающая жидкость, поступает от атмосферного давления. Атмосфера, действующая на поверхность масла в резервуаре, работает подобно аккумулятору.
Рисунок 5-1. Стандартная установка насоса — насос расположен сверху, всасывающая линия находится ниже уровня масла. Атмосферное давление, действующее на поверхность масла, заставляет масло подниматься в насос.
Мы обычно считаем, что воздух не имеет веса, однако атмосфера, окружающая Землю, на самом деле оказывает давление. Торричелли, изобретатель барометра, показал, что атмосферное давление можно измерить с помощью ртутного столба. Перевернув заполненную ртутью трубку и опустив её в сосуд с ртутью, он установил, что на уровне моря высота ртутного столба, удерживаемого атмосферным давлением, составляет 29,92 дюйма (760 мм). Таким образом, при стандартных условиях атмосферное давление на уровне моря равно (или эквивалентно) ртутному столбу высотой 29,92 дюйма (760 мм). Разумеется, в любом месте, расположенном выше уровня моря, атмосферное давление будет ниже.
Гидравлическое давление обычно выражается в фунтах на квадратный дюйм (psi) или барах, однако атмосферное давление обычно измеряется в дюймах ртутного столба (in.Hg) или миллиметрах ртутного столба (mmHg). При температуре 68 °F (20 °C) и относительной влажности 36 % атмосферное давление на уровне моря составляет 29,92 in.Hg или 760 mmHg, что эквивалентно 14,7 psia или 1,01 бар. Важно отметить, что единица «бар» не используется для определения атмосферного давления; вместо этого стандартное атмосферное давление равно 101 000 Н/м².
При переводе значений между in.Hg и psi следует учитывать, что 1 psia = 2,04 in.Hg, а 1 бар ≈ 752 мм рт. ст. Таким образом, приблизительно: 1 psia ≈ 2 in.Hg или 1 бар ≈ 750 мм рт. ст.
Для измерения давления в гидравлической системе могут использоваться как абсолютное, так и избыточное давление.
Абсолютное давление измеряется от точки нулевого давления — точки полного отсутствия давления. Единицами измерения могут быть psi (бар) или in.Hg (mmHg). Абсолютное давление обозначается добавлением суффикса «a»: psia (абсолютные psi), bara.
Избыточное давление измеряется относительно атмосферного давления. Единица измерения — psi (бар). Абсолютное давление равно сумме избыточного давления и стандартного атмосферного давления. Пример: если в системе показание составляет 100 psig (6,9 бар изб.), а стандартное атмосферное давление равно 14,7 psia (1 бар), то абсолютное давление составит 114,7 psia (7,9 бар абс.). Для различения двух типов давления избыточное давление обозначается как psig, а абсолютное — как psia.
Когда насос не работает, сторона всасывания системы находится в состоянии равновесия: разность давлений между насосом и атмосферой равна нулю, следовательно, поток отсутствует. Чтобы насос подавал масло к своему вращающемуся узлу, при работе он создаёт давление ниже атмосферного — система выходит из равновесия — и начинается поток.
Давление, оказываемое атмосферой на жидкость, выполняет две функции:
Большая часть атмосферного давления используется для ускорения жидкости в насос, однако сначала необходимо выполнить первую задачу: подачу жидкости на вход насоса. Если на этом этапе будет израсходовано слишком большое давление атмосферы, останется недостаточно давления для ускорения жидкости в вращающийся узел. Это приводит к «голоданию» насоса и возникновению так называемой кавитации.
Кавитация — это образование и последующее коллапсирование паровых полостей в жидкости. Она наносит вред насосу двумя способами:
На стороне всасывания насоса в жидкости образуются паровые полости. Это снижает эффективность смазки и ускоряет износ. Когда эти полости достигают зоны высокого давления на выходе насоса, их стенки сжимаются и резко коллапсируют, выделяя огромное количество энергии, которая «выбивает» частицы металла с поверхности — подобно тому, как скульптор использует молоток и зубило для обработки камня. Если кавитация продолжается, срок службы насоса сокращается, а продукты кавитационного разрушения могут перемещаться по системе и повредить другие компоненты.
Рисунок 5-5. Повреждение корпуса насоса вследствие кавитации. Микроскопический след в виде ямок вызван многократным имплозивным коллапсом паровых полостей на металлической поверхности.
Самым очевидным признаком кавитации является шум: при схлопывании кавитационных полостей возникают колебания высокой амплитуды, распространяющиеся по всей системе, и гидравлический насос издаёт высокочастотный пронзительный звук. При возникновении кавитации камеры насоса не полностью заполняются жидкостью, в результате чего расход снижается, а давление в системе становится нестабильным.
Кавитация образуется в жидкости вследствие её кипения — однако это кипение вызывается не нагревом, а достижением жидкостью достаточно низкого абсолютного давления.
Все молекулы в жидкости находятся в постоянном движении, однако их скорости различны. Более быстрые молекулы, расположенные вблизи поверхности, стремятся покинуть жидкость и перейти в надповерхностное пространство, несмотря на силу притяжения со стороны соседних молекул. Сила, которую должны преодолеть быстрые молекулы, чтобы выйти в атмосферу, называется давлением насыщенных паров жидкости.
Если емкость с жидкостью герметично закрыта, молекулы, движущиеся с высокой скоростью, попадают в пространство над поверхностью жидкости. Когда это пространство достигает насыщения паром, молекулы сталкиваются друг с другом и возвращаются обратно в жидкость. Процесс выхода молекул из жидкости называется испарением; процесс их возвращения — конденсацией. Когда скорости испарения и конденсации уравниваются, достигается динамическое равновесие, а давление, создаваемое паром, называется давлением насыщенного пара данной жидкости. Давление насыщенного пара обычно выражается в единицах абсолютного давления, дюймах ртутного столба (in.Hg).
Давление насыщенного пара зависит от температуры. По мере повышения температуры молекулы жидкости получают больше энергии и начинают двигаться быстрее, вследствие чего давление насыщенного пара возрастает. Когда давление насыщенного пара становится равным атмосферному давлению, молекулы жидкости могут свободно переходить в атмосферу — это явление называется кипением. Вода на уровне моря кипит при 212 °F (100 °C), поскольку при этой температуре давление её насыщенного пара равно атмосферному давлению.
Жидкость также может быть доведена до кипения путем снижения давления, действующего на неё. Когда пониженное давление становится равным давлению насыщенных паров жидкости, молекулы жидкости могут свободно переходить в пространство над её поверхностью. У воды при температуре 100 °F (37,2 °C) давление насыщенных паров составляет 2 дюйма ртутного столба (0,068 бар). Если ёмкость с водой при температуре 100 °F соединить с вакуумным насосом и внутреннее абсолютное давление снизится до 2 дюймов ртутного столба (0,068 бар), вода закипит. Насосы, перекачивающие жидкость, обычно сталкиваются с этим типом кипения.
Гидравлическое масло на уровне моря содержит около 10 % растворённого воздуха. Этот воздух присутствует в жидкости в растворённом состоянии — он невидим и не вызывает заметного увеличения объёма жидкости. Способность гидравлического масла или любой другой жидкости растворять воздух снижается по мере уменьшения давления, действующего на жидкость. Например, если чашку гидравлического масла, находящегося под атмосферным давлением, поместить в вакуум, растворённый воздух превращается в пузырьки и выделяется из раствора. Во время кавитации растворённый воздух выделяется из масла и вызывает повреждение гидравлического насоса.
Захваченный воздух — это воздух, находящийся в жидкости в нерастворённом состоянии, в виде пузырьков. Если насос периодически всасывает масло, содержащее захваченный воздух, пузырьки воздуха оказывают на насос воздействие, сходное с кавитацией. Однако поскольку этот процесс не связан с давлением паров жидкости, его называют псевдокавитацией.
Если в линии всасывания имеются утечки или выходит из строя уплотнение вала насоса, в системе почти всегда присутствует воздух, попавший в рабочую жидкость. Поскольку давление на стороне всасывания насоса зачастую ниже атмосферного, любое отверстие в этой зоне приводит к подсасыванию воздуха в масло и в насос. Любые пузырьки воздуха, не способные отделиться в баке, также поступают в насос.
Кавитация чрезвычайно вредна как для насоса, так и для всей гидравлической системы. По этой причине производители насосов устанавливают предельные значения параметров для стороны всасывания своих изделий. Производители промышленных объемных гидравлических насосов, как правило, указывают, что давление на стороне всасывания насоса должно быть ниже атмосферного, чтобы обеспечить подачу рабочей жидкости в вращающийся узел насоса. Однако данное значение давления обычно указывается не в абсолютных единицах, а в виде величины вакуума.
Вакуум — это любое давление, ниже атмосферного. Понятие вакуума вызывает путаницу, поскольку его исходной точкой является то же самое давление, что и у манометрического давления (атмосферное), однако значения отсчитываются вниз в единицах дюймов ртутного столба (дюйм. рт. ст.) или миллиметров ртутного столба (мм рт. ст.).
0 дюймов (0 мм) вакуума = атмосферное давление или нулевое манометрическое давление. 29,92 дюйм. рт. ст. (760 мм рт. ст.) вакуума = полный вакуум или нулевое абсолютное давление.
Как показано на схеме, ртутный сосуд, соединённый стеклянной трубкой с ёмкостью, находящейся при атмосферном давлении: поскольку давление внутри ёмкости равно атмосферному давлению, действующему на поверхность ртути в сосуде, уровень ртути в стеклянной трубке не поднимается. Нулевая высота ртутного столба указывает на то, что ёмкость не находится в состоянии вакуума.
Если контейнер откачать до тех пор, пока внутреннее давление не упадёт на 10 дюймов ртутного столба (254 мм рт. ст.), то атмосферное давление, действующее на поверхность сосуда, сможет удерживать столб ртути высотой 10 дюймов (254 мм) — измеренное вакуумное давление составит 10 дюймов рт. ст. (254 мм рт. ст.). Если контейнер откачать до полного вакуума (нулевое абсолютное давление), атмосферное давление сможет удерживать столб ртути высотой 29,92 дюйма (760 мм) — измеренное вакуумное давление составит 29,92 дюйма рт. ст. (760 мм рт. ст.).
0 дюймов (0 мм) ртутного столба вакуума = атмосферное давление = нулевое избыточное давление. 29,92 дюйма рт. ст. (760 мм) вакуума = полный вакуум = нулевое абсолютное давление.
Рисунок 5-9. Измерение вакуума ртутным манометром. Три состояния сверху вниз: атмосферное (нулевой вакуум), частичный вакуум (10 дюймов рт. ст.) и полный вакуум (29,92 дюйма рт. ст. = 0 psia).
Вакуумметр откалиброван в диапазоне от 0 до 30 дюймов ртутного столба (0–760 мм рт. ст.), цена деления шкалы составляет 1 дюйм рт. ст. На уровне моря для перевода показания вакуумметра в абсолютное давление достаточно вычесть значение вакуума (в дюймах рт. ст.) из 30 дюймов рт. ст. (760 мм рт. ст.). Например, показание вакуумметра 7 дюймов рт. ст. (177 мм рт. ст.) соответствует абсолютному давлению 23 дюйма рт. ст. (583 мм рт. ст.).
Производители насосов используют вакуумные единицы измерения для обозначения входных требований, поскольку они связаны с уровнем моря: при эксплуатации насоса на высоте выше уровня моря необходимо учитывать более низкое атмосферное давление на данной высоте.
Пример: если производитель указывает, что максимальное разрежение на входе не должно превышать 7 дюймов рт. ст. (177 мм рт. ст.), это означает, что производитель требует наличия как минимум 23 дюймов рт. ст. (583 мм рт. ст.) абсолютного давления (или атмосферного давления) на входе насоса для обеспечения ускорения потока жидкости в рабочее колесо. Если абсолютное давление на входе насоса падает ниже 23 дюймов рт. ст. (583 мм рт. ст.), насос может быть повреждён, хотя это зависит от коэффициента запаса прочности, предусмотренного производителем при определении допустимого разрежения. Все публикуемые технические характеристики насосов по входному давлению рассчитаны для номинальной частоты вращения и минерального масла. Если насос работает с другой частотой вращения или использует другую рабочую жидкость, указанные характеристики необходимо скорректировать.
Максимальный допустимый вакуум насоса зависит от перекачиваемой жидкости. Технические требования к входной стороне рассчитываются на основе удельного веса и давления насыщенных паров нефтяного масла. При использовании огнестойких гидравлических жидкостей изменения удельного веса и давления насыщенных паров повлияют на максимальный допустимый вакуум на входе.
Удельный вес — это отношение массы одной жидкости к массе другой жидкости. Более точно — это отношение массы фиксированного объёма жидкости к массе того же объёма воды. При температуре 60 °F (15,6 °C) 1 фут³ воды весит 62,4 фунта (28,3 кг). Разделив массу масла на массу воды, получаем, что масло весит 90 % от массы воды, или соотношение масс составляет 1 (вода) к 0,90 (нефтяное масло); следовательно, удельный вес (SG) нефтяного масла равен 0,90.
Требования к входной стороне насоса рассчитываются для нефтяного масла с удельным весом 0,87–0,90. Для огнестойкой жидкости на основе фосфатных эфиров удельный вес возрастает на 30 % и составляет примерно 1,15. Удельный вес водных гидравлических жидкостей находится в диапазоне от 0,93 (эмульсия HFB) до 1,08 (водно-гликолевая смесь). Чтобы ускорить подачу этих более тяжёлых жидкостей в насос, на входе насоса требуется более высокое давление. Следовательно, максимально допустимый вакуум следует немного снизить.
Нефтяное масло и огнестойкие жидкости на основе фосфатных эфиров при обычных рабочих температурах гидравлических систем обладают очень низким давлением паров, однако водные гидравлические жидкости отличаются от них. Водные жидкости содержат значительную долю воды. Давление паров как эмульсии HFB, так и водно-гликолевой смеси может достигать нескольких дюймов ртутного столба, тогда как давление паров нефтяных и синтетических жидкостей составляет лишь доли дюйма ртутного столба. Поэтому водные жидкости склонны к испарению и кавитации в большей степени.
Чтобы предотвратить кавитацию жидкостей на водной основе, производители насосов требуют достаточного давления на входе насоса для ускорения рабочей жидкости при её поступлении в насос. Это требование может быть выполнено за счёт снижения максимально допустимого вакуума.
Рисунок 5-13. Сравнение давлений насыщенных паров. У жидкостей на водной основе давление насыщенных паров значительно выше, чем у минерального масла при той же температуре, что делает их более склонными к кавитации при слишком высоком входном вакууме.
Персонал по техническому обслуживанию чаще всего обнаруживает возникновение кавитации в насосе или подсос воздуха на ранней стадии, поскольку его знакомство с оборудованием позволяет замечать первые признаки неисправности.
Наиболее очевидным признаком кавитации гидравлического насоса или попадания в него воздуха является высокочастотный звук, однако между этими явлениями существуют тонкие различия: при кавитации насос издаёт устойчивый высокочастотный звук — такой звук может возникать из-за схлопывания пузырьков одинакового размера. При всасывании воздуха характер шума насоса сильно меняется: при небольшом количестве поступающего воздуха шум напоминает щёлканье или звук неисправного подшипника; при большом объёме поступающего воздуха возникает необычный стучащий или потрескивающий звук.
Более надёжный способ отличить кавитацию от попадания воздуха — использовать вакуумметр для определения абсолютного давления на входе насоса. Вычтите показание вакуумметра из атмосферного давления; если полученное значение абсолютного давления недостаточно, возможно, происходит кавитация.
Для новых гидравлических систем: если насос кавитирует, это может быть связано с неправильным проектированием всасывающей магистрали или слишком высокой вязкостью масла. Использование масла с правильной вязкостью или увеличение диаметра всасывающей магистрали для снижения перепада давления в линии поможет уменьшить кавитацию. Для правильно спроектированной существующей системы: если насос кавитирует, это может быть вызвано засорением всасывающей магистрали посторонними предметами, бумагой или мелкими животными — либо забитым входным фильтром без байпаса, либо недостаточным открытием байпаса.
Для гидравлических насосов «заполнение жидкостью» означает заполнение рабочего механизма насоса рабочей жидкостью. Незаполненный жидкостью насос содержит воздух или «воздушные пробки». Перед началом нагнетания этот воздух должен быть удалён из всасывающей магистрали и полости насоса. Если этот этап пропустить, запуск гидравлического насоса без предварительного заполнения жидкостью может привести к необратимым повреждениям уже через несколько минут из-за отсутствия смазки.
Насос, выход которого напрямую подключён к резервуару через распределительный клапан, как правило, легко удаляет остаточный газ в резервуар при пуске. Если насосу необходимо удалить внутренний воздух через предохранительный клапан, такая операция может быть невозможна — поскольку типичный промышленный гидравлический насос является крайне неэффективным воздушным компрессором.
Для удаления остаточного воздуха из незаполненного насоса ослабьте трубную муфту на выходе насоса, медленно проворачивайте вал насоса до тех пор, пока из муфты не начнёт вытекать масло, что свидетельствует о заполнении насоса рабочей жидкостью; затем затяните муфту. Остаточный воздух также можно удалить, сбросив давление через предохранительный клапан.
Гидравлические насосы, как правило, требуют заполнения рабочей жидкостью только при вводе в эксплуатацию новой системы или после проведения технического обслуживания на стороне всасывания существующей системы.
Следующие термины и формулы используются при работе с условиями на стороне всасывания насоса:
Условие, при котором входное отверстие насоса расположено ниже уровня жидкости в резервуаре. При затопленной всасывающей линии гидростатический напор (сила тяжести) обеспечивает дополнительную энергию для подачи жидкости в насос.
Давление на дне столба жидкости. Когда входное отверстие насоса находится ниже уровня жидкости, гидростатический напор создаёт дополнительный источник энергии для насоса. Формулы расчёта гидростатического напора:
Гидростатический напор (дюймы рт. ст.) = Высота (дюймы) × 0,036 × Удельная плотность ÷ 0,491
Гидростатический напор (мм рт. ст.) = Высота (мм) × 0,0288 × Удельная плотность
Эквивалентная высота столба жидкости, выраженная в единицах длины, измеренная вниз от заданной контрольной точки. Формула расчёта подъёмного давления (в дюймах рт. ст.):
Подъёмное давление (дюймы рт. ст.) = Высота (дюймы) × 0,036 × Удельная плотность ÷ 0,491
Подъёмное давление (мм рт. ст.) = Высота (мм) × 0,0288 × Удельная плотность
Действие, выполняемое гидравлическим насосом для создания разности давлений между ним и атмосферой.
Абсолютное давление жидкости на входе насоса.
Добро пожаловать в HOVOO, китайскую фабрику уплотнений. Производство уплотнений из ПУ, резины и ПТФЭ. Уплотнения включают О-кольцо, поршневое уплотнение, валовое уплотнение, серое кольцо и газовое уплотнение.
EN
AR
CS
DA
NL
FI
FR
DE
EL
IT
JA
KO
NO
PL
PT
RO
RU
ES
SV
TL
IW
ID
LV
SR
SK
VI
HU
MT
TH
TR
FA
MS
GA
CY
IS
KA
UR
LA
TA
MY
