Книги, научные публикации
Pages: | 1 | 2 | -- [ Страница 1 ] --
МНСТЕРСТВО ОСВТИ НАУКИ УКРАпНИ Укранський державний морський технчний унверситет мен адмрала Макарова А. Я. Казарзов, А. Ф. Галь, С. М. Пишнв
ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ Частина Рекомендовано Мнстерством освти науки Украни як навчальний посбник для студентв вищих навчальних закладв Миколав НУК 2005 УДК 629.584 ББК 39.4 К 14 Рекомендовано Мнстерством освти науки Украни як навчальний посбник, лист № 14/18.2Ц69 вд 21.04.04.
Рецензенти:
Б.А. Буганко, доктор технчних наук, професор;
В.О. Некрасов, доктор технчних наук, професор;
Ю.Д. Жуков, доктор технчних наук, професор Казарзов А. Я., Галь А. Ф., Пишнв С. М.
К 14 Проектування пристров систем пдводних апаратв:
Е Навчальний посбник. - Миколав: НУК, 2005. - Ч. I. - 164 с.
ISBN 966Ц321Ц030 - У посбнику подан класифкаця та особливост застосування загальносуднових, спецальних систем пристров пдводних апа ратв, наведен вдомост про х конструкцю, елементну базу, прин ципи д, застосовуван матерали.
Посбник призначений для використання в курсах навчальних дисциплн "Океанотехнка", "Проектування пдводних рятувальних систем", "Спецальн пристро системи океанотехнки", "Проекту вання конструювання пдводних апаратв", а також у курсовому дипломному проектуванн за фахом "Корабл та океанотехнка".
Посбник може бути використаний студентами, магстрами й асп рантами кораблебудвного факультету, працвниками проектних органзацй, суднобудвних пдпримств як навчально-практичний довдковий.
УДК 629. ББК 39. ISBN 966Ц321Ц030Ц3 й Казарзов А.Я., Галь А.Ф., Пишнв С.М., й Видавництво НУК, ВСТУП Проектування будвництво пдводних апаратв (ПА) за остан н 30 рокв стало важливим напрямком пдводного кораблебудуван ня, яке ввбрало в себе передовий досвд створення технки освон ня океанських глибин. Термнологчне поняття "пдводн апара ти" охоплю досить великий перелк технчних засобв освоння океа ну, рзних за своми розмрами, будовою призначенням. Це пдводн технологчн платформи, робоч рятувальн пдводн мнчовни, до слдницьк населен ПА [30Ц33], ненаселен телекерован ПА (НПА) [17, 25] роботи.
Поява нових типв пдводних апаратв, нових матералв тех нологй, розширення сфери хнього застосування й аналз накопи ченого досвду експлуатац дають великий матерал для розробки та вдосконалення методик хнього проектування [36, 37]. Насиче нсть пдводних апаратв рзними технчними пристроями систе мами робить необхдним залучення найсучаснших методологчних пдходв до вибору й обрунтування характеристик основних сис тем пристров, що займають стотне мсце у ваговому наванта женн ПА формують його архтектурний вигляд.
У залежност вд типу ПА - населений чи ненаселений - перелк його систем пристров стотно розрзняться. Максимально наси чен технчними засобами населен дослдницьк апарати робоч пдводн човни. Для ненаселених телекерованих апаратв проритет ними спецальн системи технологчне устаткування при мн мальному використанн загальносуднових пристров систем.
Посбник результатом аналзу досвду проектування при стров систем для ПА рзного призначення.
У посбнику мстяться вдомост про елементну базу систем пристров пдводно-технчного призначення, способи забезпечення регулювання плавучост ПА.
А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв Роздл 1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ ПРИСТРОпВ ПДВОДНИХ АПАРАТВ 1.1. Класифкаця систем пристров Системи пристро пдводних апаратв призначен для забезпе чення мореплавних якостей апаратв при надводному пдводному плаванн, збереження живучост непотоплюваност ПА, житт дяльност екпажу, проведення вантажних рятувальних операцй, експлуатац головних допомжних механзмв, енергетичних установок та устаткування ПА.
Системами пдводного апарата називають сполучену з кор пусом ПА сукупнсть мсткостей, силових елементв (наприклад, у вигляд насосв компресорв), трубопроводв, електрокабелв, запрно, регулюючо, комутацйно арматури контрольно-вимрю вальних приладв (температури, швидкост, тиску та н.), об'дна них у певнй послдовност для виконання заданих функцй.
Системи забезпечують передачу до об'ктв споживання елек троенерг, пари або робочо рдини (води, бензину, мастила, рд кого палива, повтря), газв, а також рзних газових сумшей для функцонування механзмв, пристров, забезпечення життдяль ност екпажу пасажирв.
Пристроями пдводних апаратв називають компактну сукуп нсть механзмв конструкцй, об'днаних функцональним призна ченням.
ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ Системи пристро ПА класифкують за призначенням на загаль носуднов спецальн, основн допомжн. Конструктивно можуть бути видлен прост, що складаються з 3Ц5 елементв, складн, як мстять десятки сотн окремих елементв.
До загальносуднових вдносять ус системи пристро, що забезпечують функцонування ПА як нженерно плавучо споруди з певними мореплавними якостями, до спецальних - т, як забезпе чують виконання основних допомжних технологчних функцй (пошук огляд об'ктв, навгацю ПА, ремонтн рятувальн роботи).
Перелк основних допомжних систем пристров ПА ви значаться ндивдуально, у залежност вд його призначення. Вн може мстити в соб системи пристро як загальносуднового, так спецального призначення [9].
До загальносуднових систем ПА вдносяться:
головна баластна система, що забезпечу апарату стан позитив но чи негативно плавучост;
зрвняльно-замсна система, що забезпечу тонке регулювання стану плавучост ПА;
крено-диферентна, що забезпечу задан значення крену диференту ПА;
система енергоживлення, що забезпечу енергю головн допомжн механзми ПА;
система керування, що забезпечу контроль керування всм устаткуванням ПА в ручному чи автоматичному режим;
аварйна система, що забезпечу сплиття виявлення ПА при розгерметизац мцного корпусу, пожеж та в нших аварйних ситуацях;
системи стиснутого повтря (високого низького тиску);
система водопостачання, що забезпечу побутов життв по треби екпажу;
система пожежогасння;
система внутршнього освтлення;
система видалення продуктв життдяльност екпажу (стчно фанова);
система вентиляц регенерац повтря;
система мкроклматування вдскв.
Пристроями загальносуднового призначення ПА :
А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв пдрулюючий, що забезпечу рух маневрування ПА;
рульовий, що забезпечу керування вертикальними горизон тальними рулями;
якрно-швартовний, що забезпечу постановку на якор, швар товн операц;
буксирний, що забезпечу буксирн операц;
спуско-пднмальний, що забезпечу пдйом, спуск збергання по-похдному ПА [6];
конструктивного захисту, що забезпечу цлснсть ПА в про цес експлуатац.
До спецальних систем ПА вдносяться системи зовншньо (за бортно) комутац;
зовншнього освтлення;
навгац;
телевзйна;
звукопдводного зв'язку;
позицюваня ПА бля об'кта.
Ус перерахован системи можуть включати до свого складу ряд пдсистем дублюючого призначення, як живляться вд рзних дже рел енерг, що пдвищу надйнсть системи в цлому.
Перелк спецальних пристров ПА практично необмежений.
Найбльш застосовуван з них манпуляторний;
скидання був-мар керв;
висування щупа, антени та нших елементв технологчного устаткування;
пошуков навгацйн гдролокатори;
далекомри;
дефектоскопи;
спецальн захоплювач пробовдбрники;
датчики фзичних хмчних параметрв води рунту;
буров верстати;
пастки для бологчних об'ктв.
Пристро ПА часто сполучаються з конструкцйно-насиченими елементами корпусних конструкцй утворюють конструктивно функцональний модуль.
Системи пдводних апаратв за функцонально-енергетичним принципом також нод подляють на силов;
системи пдтримання рвноваги (стаблзац);
системи, що забезпечують населенсть [11, 14Ц16].
До складу силових систем пдводних апаратв входять системи:
електроживлення - для забезпечення споживачв електро енергю;
гдравлки - для забезпечення всх споживачв енергю стисну того мастила;
повтря високого тиску - для продування баластових цистерн, пуску двигунв подач ншим споживачам.
ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ До складу систем пдтримання рвноваги (стаблзац) пдвод них апаратв входять системи:
головного баласту, що включа пдсистеми рдкого баласту (для приймання води у баластн цистерни пд час занурення видалення води пд час сплиття);
твердого баласту (для аварйного регульо ваного скидання твердого баласту);
зрвняльно-замсну (для компен сац надлишково плавучост);
крено-диферентна - для вирвнювання чи створення крену диференту ПА.
До складу систем пдводних апаратв, що забезпечують населе нсть, входять системи:
регенерац кондицонування повтря;
вентиляц - для створення необхдного обмну повтря в при мщеннях пдводного апарата при його надводному положенн;
водопостачання - для збереження подач питно, а також холодно гарячо води для миття;
сантарно-побутова (фанова) - для видалення нечистот з галь юна стчна для видалення стчних вод вд умивальникв, мийок душу;
опалення - для опалення житлових службових примщень пд водного апарата;
камбузна - для готування ж пдгрвання води;
освтлення - для створення штучного освтлення всередин при мщень ПА.
До складу загальносуднових систем ПА може входити цлий ряд допомжних пдсистем. Наприклад, до складу систем, що забезпе чують роботу енергетично установки пдводних апаратв, входять пдсистеми:
паливна - для приймання рдкого палива у витратн запасн цистерни подач палива вд витратних цистерн до двигунв внут ршнього згоряння (ДВЗ);
мастильна - для приймання, збереження подач мастила до пд шипникв головних допомжних механзмв;
охолодно рдини - для подач води для охолодження двигунв, допомжних механзмв теплообмнних апаратв;
вихлопних газв - для вдведення вдпрацьованих газв вд ДВЗ;
газовдвдна - для вдведення газв з паливних акумуляторних вдскв.
А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв 1.2. Визначення маси й об'му загальносуднових систем пристров пдводних апаратв у першому наближенн Маса й об'м загальносуднових систем пдводних апаратв. Маса загальносуднових систем пдводного апарата в першому набли женн може бути визначена за формулою mc = Ac Dн кг, де Ас - вимрник маси загальносуднових систем пдводного апарата;
Dн - нормальна водотоннажнсть апарата, кг. Для оцночних розра хункв рекомендуться Ас = 0,06...0,11.
Об'м загальносуднових систем Ac Dн Vc = м, с де с - щльнсть загальносуднових систем, кг/м3. Для практичних розрахункв рекомендуться с = 3103 кг/м3.
Залежнсть коефцнта Ас вд маси пдводного апарата подана на рис. 1.1 [11].
Маса й об'м пристров пдводних апаратв. Для оцнки маси пристров пдводного апарата рекомендуться формула mп = Aп Dн кг, де Ап - вимрник маси загальносуднових пристров пдводного апарата;
Dн - нормальна водотоннажнсть апарата, кг. Для оц ночних розрахункв рекомендуться Aп = 0,03...0,07.
Об'м загальносуднових пристров Aп Dп Vп = м, п де п - щльнсть загальносуднових пристров, кг/м3. Для практич них розрахункв рекомендуться п = 3,2103 кг/м3.
ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ Залежнсть коефцнта Ап вд водотоннажност пдводного апарата подана на рис. 1.1 [11].
Aпп, Ас А,Ac, Bп,, В ВпBc с 0,0, 0, 0, 0, 0, Dн, т Dн, 10 20 30 Рис. 1.1. Графки залежностей коефцнтв Ас, Ап, Вс, Ап вд нормально водотоннажност пдводного апарата Dн:
1 - Bс;
2 - Aс;
3 - Bп;
4 - Aп Для оцнки очкуваних маси й об'му пристров ПА на раннх стадях проектування можливе використання статистичних залеж ностей. Для дослдницьких ПА маса загальносуднових пристров пдводних апаратв становить 5...8 % вд нормально водотон нажност [11]. Для вибрки з 20 апаратв, характеристики яких наве ден в [11], ця величина становить в середньому 6,45 %. На масу за гальносуднових систем пдводних апаратв припада 6...11 % вд во дотоннажност апарата, для згадано вище вибрки - 8,4 %. На бльш пзнх стадях проектування, при вдомих характеристиках основ ного (мцного) корпусу пдводного апарата, рекомендуються так наближен формули [11]:
маса пристров апарата mп = Aп mм.к ( d м.к Lм.к + Bп v 3 ) кг, де Ап, Вп - коефцнти, що залежать вд конструкц пристров [11] (див. рис. 1.1);
mм.к - маса мцного корпусу, кг;
v - швидксть руху апарата, м/с;
dм.к - даметр основного (мцного) корпусу пдвод А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв ного апарата, м;
Lм.к - довжина основного (мцного) корпусу пд водного апарата, м;
маса систем апарата mс = Aс mм.к ( d м.к Lм.к + Bс H р ) кг, де Нр - робоча глибина занурення, м;
Ас, Вс - коефцнти, що зале жать вд конструкц пристров (див. рис. 1.1) [11].
ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ Роздл 2. СИЛОВ ЕЛЕМЕНТИ СИСТЕМ ПРИСТРОпВ ПДВОДНИХ АПАРАТВ 2.1. Загальна характеристика силових елементв систем пристров пдводних апаратв До силових елементв систем пдводних апаратв вдносяться механзми й агрегати, що виконують пряме зворотне перетворення механчно енерг в енергю робочого середовища, що циркулю усередин системи. Такими елементами :
насоси, компресори, електрогенератори, як перетворюють механчну енергю у певний вид внутршньосистемно енерг;
гдро-, пневмо- та електроакумулятори, як накопичують вд дають у систему запаси енерг;
гдро-, пневмо-, електродвигуни цилндри, як перетворюють запаси внутршньосистемно енерг в обертальний поступальний рухи.
2.2. Насоси Насоси систем пдводних апаратв призначен для перемщення рдини створення напору (тиску) у загальносуднових спецальних системах. На пдводних апаратах застосовують об'мн, лопатев струминн насоси. Об'мн насоси подляються на дафрагмов, роторн, крильчаст поршнев. Лопатев насоси бувають осьовими, вихровими, вдцентровими водокльцевими;
струминн - ежектор ного й нжекторного типв, гдроелеватори та н. [7].
Класифкаця насосв за принципом хньо д призначенням наведена на рис. 2.1.
Описи конструкцй, принципв руху робочих органв реко мендац з застосування на пдводних апаратах перерахованих вище типв насосв наведен нижче.
Об'мн насоси Насоси об'много типу здйснюють подачу рдини шляхом витиснення робочим органом (поршнем, дафрагмою, крильчат Дафрагм ов Дафрагмов Гвинтов Гвинтов Роторно Роторно обертальн обертальн Роторн Роторн Зуб час т Зубчаст Об'мн Роторно - Обмн Роторно Для перекачування поступальн Поршнев Поршнев поступальн рзними домшками рзними домшками Пластинчаст Пластинчаст як сильно забруднен як сильно забруднен Для перекачування рдин, Крильча ст Крильчаст Насоси Осьов Осьов Насоси Лопатев Лопатев Радальн Радальн Вихров Вихров Ежекторн Аксальн Ежекторн Аксальн Вдцентров Вдцентров нжекторн нжекторн Водок льцев Водокльцев Струминн Рис. 2.1. Класифкаця насосв за принципом д призначенням Струминн Гдро елеватор н Гдроелеваторн А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ кою т. п.). У поршневих насосах рухомий орган перемщаться поступально, у ротацйних - обертаться. У дафрагмових насосах рухомий орган явля собою дафрагму з еластичного матералу, з'д нану з штоком, який рухаться поступально. Крильчаст насоси мстять зворотно-поворотно рухом робоч органи - крильчатки.
Насоси мають висок ККД (75Е90 %) робочий тиск до 28Е33 МПа.
Подача насоса Q об'много типу, наприклад поршневого, визначаться добутком об'му перекачувано рдини q, витиснутого за один хд робочого органа, на число ходв в одиницю часу:
Q = q nн kп м3 /с, де q - робочий об'м насоса, м3;
nн - число ходв робочого органа на соса за одиницю часу, сЦ1;
kп - коефцнт утрат насоса через перет кання рдини, kп 0,9.
Необхдний крутний момент на валу насоса становитиме qP М= H м, де P - робочий тиск, Н/м2.
Потужнсть на валу, необхдна для приводу насоса, QP* N= кВт, 3,6 105 н м де * - густина рдини, Н/м3;
н - ККД насоса;
м - ККД механч но передач.
Поршнев (плунжерн) насоси вдносяться до насосв об'м ного типу, у яких перемщення рдини здйснються шляхом витис нення з робочих камер, що поперемнно сполучаються з входом виходом насоса. Робочий орган виконуться у вигляд поршня (плун жера).
Поршнев (плунжерн) насоси розрзняють:
за характером руху ведучо ланки, зв'язано з джерелом енерг:
прямодйн, у яких ведуча ланка здйсню зворотно-поступальний рух (наприклад, паров прямодйн);
вальн, у яких ведуча ланка здйсню обертальний рух (кривошипн кулачков);
А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв за числом циклв нагнтання й усмоктування за один подвйний хд: односторонньо двосторонньо д;
за числом поршнв: однопоршнев, двопоршнев, трипоршнев, багатопоршнев.
На рис. 2.2 наведена принципова схема однопоршневого насоса односторонньо д. У цилндр 1 зворотно-поступальний рух здй сню поршень 2, з'днаний што ком 3 з ведучою ланкою насоса 8 3 (на схем не показано). До цилн дра 1 приднана клапанна короб ка 7, у якй знаходяться всмок тувальний 6 напрний 8 кла пани. Простр мж цими клапа нами поршнем 2 утворю ро бочу камеру насоса. До клапан но коробки 7 знизу пдведений Рис. 2.2. Принципова схема усмоктувальний трубопровд 5, поршневого насоса однобчно д що з'дну насос з резервуаром 4.
Над клапанною коробкою 7 знаходиться напрний трубопровд 9.
У кулачковых поршневих (плунжерних) насосах (рис. 2.3,а) пор шень (плунжер) 3 пружиною притискаться до кулачка (ексцент рику) 4. Всь обертання кулачка (точка О1) змщена вдносно його геометрично ос (точка О1) на деяку вдстань, що називаться екс центриситетом е. При обертанн кулачка 4 поршень 3 здйсню у пустотлому цилндр зворотно-поступальний рух на вдстань l = 2e.
b b eе c c О1 б О О О в e е а Рис. 2.3. Схеми кулачкових поршневих насосв:
а - одноцилндровий;
б - трицилндровий;
в - радальний трицилндровий ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ Через усмоктувальний клапан 1 вдбуваться всмоктування, через напрний 2 - нагнтання перекачувано рдини.
Подача цих насосв така ж, як звичайних поршневих насосв односторонньо д з шатунно-кривошипним механзмом. Для вирв нювання пульсацй подач застосовуються багатопоршнев насоси з клькстю цилндрв z = 3...11 в одному ряд з зсувом фаз х робо чих циклв на кут = 360/ z.
Принципова схема трицилндрового насоса наведена на рис. 2.3,б.
Кулачки c розташован у ряд на привдному валу;
поршн b при тискаються до кулачкв за допомогою пружин (останн на схем не показан).
Для досягнення компактност насоса його цилндри часто роз ташовують радально з перетинанням хнх осей у загальному центр O (див. рис. 2.3,в). Поршн 1 приводяться в рух кулачком 4. Притис нення поршнв 1 до кулачка 4 здйснються пружинами 2. Центр O обертання кулачка 4 змщений вдносно його геометрично ос на величину ексцентриситету е. Зменшення контактного тиску мж поршнями 1 кулачком 4 здйснються за допомогою башмакв 3.
Насоси виготовляються одно- багаторядними (не бльше п'яти).
Розподл рдини забезпечуться за допомогою клапанв, як на схем не показан.
Дафрагмов насоси застосовуються для перекачування хмчно активних, займистих сильно забруднених рзними домшками рдин.
У дафрагмовому насос роль поршня викону гнучка пласти на - дафрагма, яка закрплена по краях згинаться пд дю ва жльного механзму. При вигин дiафрагми в один бк вдбуваться всмоктування рдини, в нший - нагнтання (рис. 2.4). Дафрагма (перегородка) - деталь машини, що явля собою стнку чи плас тину (суцльну чи з отвором). У де яких приладах аналогчн детал називають мембранами. нша назва насосв - мембранн.
Рис. 2.4. Схема ручного да фрагмового насоса:
1 - усмоктувальний клапан;
2 - на гнтальний клапан;
3 - дафрагма А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв На рис. 2.5, а наведена схема дафрагмового насоса. Дафрагма 1, виконана з еластичного матералу (багатошарова гума), герметизу робочу камеру 7, з якою усмоктувальний 5 напрний 3 патрубки насоса сполучаються усмоктувальним 6 напрним 4 клапанами.
Дафрагма 1 з'днана з штоком 2, що здйсню зворотно-поступаль ний рух.
1 К К 6 5 a б Рис. 2.5. Схеми дафрагмових насосв:
К1, К2 - клапани У дафрагмовому насос, наведеному на рис. 2.5,б, клапанна коробка винесена окремо, а прогин дафрагми 1 здйснються за вдяки зворотно-поступальному руху плунжера 9 у цилндр насоса 8, заповненому спецальною рдиною.
Крильчаст насоси вдносяться до об'мних з зворотно-поворотним R рухом робочих органв. Найбльш розповсюджений ручний криль частий насос двосторонньо д, вдо мий пд назвою насоса Альвейлера (рис. 2.6).
У пустотлому цилндр 5 з ус моктувальним 3 напрним 7 па Рис. 2.6. Схема крильчастого трубками вмонтована нерухома да насоса ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ фрагма 4 з двома всмоктувальними клапанами 2. На валу, що при водиться в рух за допомогою рукоятки, насаджена крильчатка 6 з двома напрними клапанами 1. Пд час руху рукоятки воруч рди на всмоктуться в ву порожнину з право порожнини, пд час руху праворуч права порожнина ста усмоктувальною, ва - нагнталь ною. Подача ручних крильчастих насосв становить 35...220 л/хв, тиск - до 20,4 МПа.
Роторн насоси вдносяться до об'много типу з обертовим ро бочим органом - ротором. Витиснення рдини здйснються з пере мщуваних робочих камер у результат обертального чи зворотно поступального руху другорядних робочих органв - витискувачв (замикачв). Розрзняють роторн насоси коловратн, у яких ротор витискувач роблять лише обертальн рухи (шестеренн, гвинтов), роторно-поступальн, у яких витискувач роблять зворотно-по ступальн рухи бля ротора (поршнев пластинчаст (шиберн)). Час тота обертання ротора 3000 об/хв вище. За напрямком перемщення перекачувано рдини вдносно робочого органа роторно-обертальн насоси подляють на зубчаст гвинтов (черв'ячн). Зубчаст насоси бувають шестеренними (з евольвентним профлем поверхн торкання ротора замикача) коловратними (з неевольвентним профлем по верхн торкання ротора замикача).
Шестеренн насоси мають робочий орган у вигляд двох шес трень з великим модулем бувають з шестрнями зовншнього внутршнього зачеплення. Викорис товують для подач в'язких рдин, як не мстять у соб домшки твердих частинок.
На рис. 2.7 наведена схема шес теренного насоса зовншнього зачеп лення. Вн складаться з двох одна кових шестрень, ведучо 2 ведено 3, розташованих у корпус-статор 1.
Пд час обертання шестрень 2 3 у 3 напрямку, зазначеному стрлками, рдина, що заповню западини мж Рис. 2.7. Схема шестеренного зубцями шестрень, перемщаться з насоса зовншнього зачеплення А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв порожнини всмоктування в порожнину нагнтання. Всмоктування вдбуваться при виход зубцв одного колеса з западин ншого, на гнтання - при вход зубцв одн шестрн в зачеплення з ншою.
У практиц широко застосовуються насоси, що складаються з пари прямозубих шестрень з зовншнм зачепленням з однаковим числом зубцв евольвентного профлю. Для збльшення подач вико ристовують насоси з трьома бльше шестрнями, розмщеними нав коло центрально ведучо шестрн.
Для пдвищення тиску рдини застосовуються багатоступнчаст шестеренн насоси. Подача кожного наступного ступеня цих насо св менше вд подач попереднього. Для вдведення надлишку рдини в кожному ступен пропускний (запобжний) клапан, який перепуска рдину з боку нагнтання у бк усмоктування вдрегульований на вдповдний максимально допустимий тиск.
Крм насосв з прямозубими шестрнями, застосовують насоси з косозубими шевронними шестрнями. Шестеренн насоси викорис товують для подач нафтопродуктв та нших рдин без абразивних домшок (рис. 2.8).
Рис. 2.8. Схема шестеренного насоса з запобжним клапаном:
1 - корпус;
2 - отвр для всмоктування рдини;
3 - запобжний клапан;
4 - отвр для нагнтання рдини Гвинтов насоси - гдравлчн машини для подач рдини з пд вищеною в'язкстю (наприклад, рдких металв), робочими органами яких рзн гвинти. У залежност вд числа гвинтв насоси подля ють на одно-, дво-, три- багатогвинтов. У корпус насоса розмщен один ведучий один, два чи три веден гвинти. Найбльшого поши рення набули тригвинтов насоси з циклодним зачепленням, як мають ряд стотних переваг: високий напр, рвномрнсть подач безшумнсть роботи. Пд час обертання гвинтв мсця х зачеплення перемщаються уздовж ос замкнутий мж гвинтами обсяг рдини витискаться.
На рис. 2.9 наведена принципова схема насоса, який ма три двозахдн гвинти, з яких середнй 5 - ведучий два нш 4 - веден.
При цьому напрямок нарзки на ведучому 4 веденому 5 гвинтах ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ протилежн. У корпус 1 встановлена обойма 2, залита бабтом спо лучена своми вкнами з усмоктувальним патрубком 3. Гвинти 4 5, розташован усередин обойми 2 з мнмальними зазорами, при зачепленн утворюють робоч камери, як пд час обертання перем щаються разом з рдиною уздовж ос до напрного патрубка.
БЦБ 1 dd з Б з Б Рис. 2.9. Схема тригвинтового насоса Пластинчаст (шиберн) насоси мають робочий орган у вигляд ротора, в подовжнх пазах якого розташован пластинки, що при тискаються до стнок корпусу вдцент- ровою силою, пружинами або тиском рдини, яка пдводиться у паз пд плас тину з боку ос насоса (рис. 2.10).
Роторно-поступальн насоси з замика чами у вигляд пластин (шиберв) бува ють одноразово, дворазово багато разово д. Насоси одноразово д Рис. 2.10. Схема принципу д можуть бути регульованими нере- пластинчастого насоса:
гульованими. Насоси дворазово 1 - ротор;
2 - корпус;
3 - плас тина (шибер) багаторазово д нерегульован.
Пд час обертання ротора один мжлопатний простр збльшуться, тиск у ньому знижуться, у результат чого всмоктуться рдина. нший простр зменшуться, таким чином рдина витискуться в напрний трубопровд.
На рис. 2.11,а наведена найпростша конструкця пластинчас А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв того насоса одноразово д. У корпус насоса - статор 1, внутршня поверхня якого цилндрична, ексцентрично розташований ротор 2, що явля собою цилндр з пазами, виконаними або радально, або пд невеликим кутом до радуса. У прорзах знаходяться прямокутн пластини - витискувач (шибери) 3, як при обертанн ротора 2 здй снюють вдносно нього обертально-поступальний рух. Пд дю вд центрових сил або спецальних пристров пластини 3 своми зовнш нми торцями притискаються до внутршньо поверхн статора 1 ковзають по нй. При обертанн ротора 2 за годинниковою стрл кою рдина через вкно, розташоване на перифер статора 1, надхо дить у насос з усмоктувального патрубка 4 через протилежне вкно податься в напрний патрубок 6 (вкна на рисунку не показан).
Робоч камери в насос обмежуються двома сусднми пластинами поверхнями статора 1 та ротора 2. Ущльнення ротора 2 пластин з торцв здйснються плаваючим диском, який тиском рдини при тискаться до ротора 2. Для вддлення всмоктувально порожнини вд нагнтально в статор 1 ущльнювальн перемички 5, розмр яких ма бути трохи бльший за вдстань мж краями двох сусднх пластин 3.
е +е 6 Р Р2 Р Р2 3 21 Р2Р 4 Р Р 4 а б Рис. 2.11. Конструкця пластинчастих насосв:
а - одноразово д;
б - дворазово д У пластинчастому насос дворазово д подача рдини з кожно робочо камери за один оберт ротора здйснються двч. Внут ршня поверхня статора в такому насос ма спецальний профль, ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ подбний до елптичного, з двома вхдними двома вихдними вк нами, розташованими даметрально протилежно (див. рис. 2.11,б).
Роторно-поступальний насос, у якому витискувач мають форму поршнв або куль, а робоч камери обмежуються витискувачами в цилндричних порожнинах ротора, називаться роторно-поршневим.
У радальних роторно-поршневих насосах робоч камери розташо ван радально вдносно ос ротора.
Принципова схема роботи регульованого радального роторно поршневого насоса наведена на рис. 2.12. Основними елементами його статор 1, цилндровий блок-ротор 6, поршн (плун- жери) 4, що виконують роль витискувачв, статорне кльце (обойма) 2. Роль розподль- ного пристрою викону пусто тла всь з ущльнювальною 2е е перегородкою 5, на якй мс титься рухомий ротор. При обертанн ротора 6 у на- Рис. 2.12. Схема радального прямку, позначеному стрл- роторно-поршневого насоса кою, робоч камери своми каналами по черз з'днуються з усмоктувальним 3 з нагнтальним 7 отворами.
Роторно-поршневий насос, у якого всь обертання ротора паралельна осям робочих камер витискувачв або склада з ними кут 45, називаться аксальним. Аксальн роторно-поршнев насоси бувають двох рзновидв: з похилим блоком або диском.
У перших ос обертання ведучого вала ротора перетинаються утворюють кут;
у другому варант х ос збгаються.
Великого поширення, особливо в гдроприводах, набули насоси з похилим блоком та подвйним несиловим карданом (рис. 2.13).
Упорний диск 5 зв'язаний жорстко з валом 7 шарнрно з сфе ричними головками шатунв 4. нш сферичн головки шатунв шарнрно забит в поршнях 3, як здйснюють зворотно-поступаль ний рух у блоц цилндрв (ротор) 2. Останнй обертаться вд вала через подвйний кардан 6. Всмоктувальний напрний трубопроводи А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв приднан до нерухомого розподльника 1. При змн нахилу роз подльника на кут вдносно вала 7 змнються хд поршня , отже, робочий обм насоса.
2 4 D а б Рис. 2.13. Аксальн роторно-поршнев насоси:
а - з похилим блоком;
б - з похилим диском Лопатев насоси Лопатев насоси розрзняються за такими показниками:
за подачею - мало (до 20 м3/год), середньо (вд 20 до 60 м3/год) велико (понад 60 м3/год);
за напором - низького (до 0,5 МПа), середнього (вд 0,5 до 5,0 МПа) високого тиску (понад 5 МПа);
за коефцнтом швидкохдност - тихохдн, нормальн, швид кохдн;
за клькстю колс з'днанням проточних частин - одноступн част багатоступнчаст (з послдовним, паралельним паралельно послдовним з'днанням проточних частин);
за способом пдведення рдини до колеса насоса - односторонн двосторонн;
за перетворенням кнетично енерг на виход - за допомогою спрально камери з дифузором або лопаткового напрямного апарата;
за конструкцю корпусу - однокорпусн з горизонтальним чи вертикальним рознманням секцйн;
за розташуванням ос робочого колеса - горизонтальн (кон сольн двохопорн) вертикальн;
ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ за всмоктувальною здатнстю - з самовсмоктуванням (з при стром для створення вакууму в усмоктувальному трубопровод в перод пуску) без самовсмоктувального пристрою;
за родом перекачувано рдини - т, що перекачують воду (прсну, морську) в'язк рдини (мастила, рдк палива, кислоти).
Коефцнт швидкохдност - критерй, застосовуваний для роз рахунку робочих колс насосв з використанням елементв теор подбност. Вн характеризу ККД, форму проточно частини, спв вдношення геометричних розмрв характеристик насосв. Кое фцнт швидкохдност пs, c Ц1, - це частота обертання еталонного насоса, що працю на вод ( = 103 кг/м3) при напор 1 м вод. ст. максимальному значенн ККД:
n s = 3,65 n Q / H 3 / 4, де n - частота обертання, c Ц1;
Q - подача, м3/с;
H - напр, м вод. ст.
Для рзних типв насосв коефцнт швидкохдност пs ма так значення [7, 49]: ротацйн поршнев не бльше 40;
вихров - 10...40;
вдцентров - 40...300;
осьов - 300...1200.
Робота вдцентрових осьових насосв заснована на загальному принцип д - силовй взамод лопатей з потоком, що х обтка.
Насоси цих типв розрзняються напрямком теч: у вдцентрових насосах потк рдини рухаться в област лопатевого колеса в радаль ному напрямку;
в осьових насосах потк рдини паралельний ос обер тання лопатевого колеса.
Осьовий насос перемща рдину уздовж ос робочого колеса вдрзняться вд вдцентрового насоса простотою конструкц, мен шими розмрами при однаковй подач бльш високим ККД. Осьов насоси для перемщення газв пдвищення хнього тиску називають осьовими вентиляторами компресорами (див. п. 2.3).
На рис. 2.14 2.15 наведен принципова конструктивна схеми осьового вдцентрового насосв. Обидва складаються з корпусу 1 робочого колеса 2, яке вльно обертаться в ньому. При обертанн колеса в потоц рдини виника рзниця тискв з обох бокв кожно з лопатей , отже, силова взамодя потоку з лопатевим колесом. Сили тиску лопатей на потк створюють вимушен обертальний посту пальний рухи рдини, збльшуючи тиск швидксть, тобто механчну А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв енергю. Питомий прирст енерг потоку рдини в лопатевому колес залежить вд сполучення швидкост потоку, частоти обертання колеса, його розмрв форми, тобто вд сполучення конструкц, роз мрв, частоти обертання подач насоса.
Вихровий насос - гдравлчна ма шина, що створю перепад тиску рдини шляхом завихрення робочим колесом (рис. 2.16, 2.17).
Дя вакуумного вихрового насоса 4 (див. рис. 2.16) заснована на ство ренн зниженого тиску по ос вихру, що утворються при проходженн потоку робочого газу по дотичнй до Рис. 2.14. Принципова схема камери завихрення. При цьому дося осьового насоса: гаться розрдження до 3 кПа (близь 1 - корпус;
2 - напрямний апарат;
ко 20 мм рт. ст.).
3 - робоче колесо;
4 - лопать AЦA C2 W Ab CU U D b r D CU1 dвх r D U R d 2 D 3 A а б Рис. 2.15. Конструктивн схеми вдцентрового (а) й осьового (б) насосв:
1 - корпус;
2 - робоче колесо;
3 - вдвдний пристрй;
4 - кнцев ущль нення вала;
5 - пдшипниковий вузол ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ Принцип д вихрових насосв (див. рис. 2.17) заснований на пе редач кнетично енерг вд рухомо лопат до потоку рдини. Рдина податься з бокв корпусу через вкно А до основ радальних лопа тей вдцентрового робочого колеса 2, що обертаться всередин корпусу з малими осьовими зазорами (не бльше 0,2...0,3 мм). По перифер колеса в корпус насоса 3 виконаний кльцевий канал, що закнчуться напрним патрубком 6, по якому рдина витка з насоса.
а б Рис. 2.16. Вакуумний вихровий насос:
а - схема;
б - зовншнй вигляд;
1 - тангенцальне сопло;
2 - вдцентрове сопло;
3 - камера завихрення;
4 - дифузор;
5 - завитка 123 А Рис. 2.17. Схема вихрового насоса:
1 - кришка;
2 - робоче колесо;
3 - корпус;
4 - усмоктувальний патрубок;
5 - перемичка;
6 - напрний патрубок А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв Область вхдних каналв вдокремлена вд напрного патрубка перегородкою, яка щльно приляга до робочого колеса 2 (радаль ний зазор не бльше 0,2 мм) служить ущльненням. Рдина, яка над ходить через вхдний отвр у насос, потрапля в мжлопатний прос тр, де й надаться механчна енергя. Вдцентров сили викидають рдину з колеса. У кльцевому канал рдина рухаться по гвинтових траекторях, потм знову потрапля в мжлопатний простр, де одер жу додаткове збльшення механчно енерг. Таким чином, у кор пус 3 працюючого вихрового насоса утворються парний кль цевий вихровий рух, вд якого насос одержав назву вихрового.
Водокльцев роторн насоси з електроприводом використовуються як вакуумн насоси випарних установок (подача 20...30 м3/год, ви трата води 10 т/год);
для перекачування палива в системах вакуум ного перекачування зачищення паливних цистерн, а також як ва куумний ступнь у вдцентрових насосах з самовсмоктуванням.
сну велика кльксть конструктивних модифкацй водокль цевих насосв, що розрзняються за такими основними ознаками: за розташуванням вала - вертикальн горизонтальн;
за типом при вода - з автономним приводом вд електродвигуна т, що оберта ються вд основного вала обслуговуваного насоса;
за способом з'днання валв насоса двигуна - моноблочн насоси, вали яких обпираються на власн пдшипники;
за типом зазору мж ущль нювальними поверхнями колеса корпусу, у яких розташован всмок тувальний напрний отвори - з осьовим радальним зазорами;
за способом пдведення вдведення потоку повтря до колеса - з коле сом одностороннього всмоктування нагнтання та з колесом дво сторонньо д;
за конструктивним виконанням колеса в насосах з осьовим зазором - з бчними дисками та без бчних дискв;
за чис лом ступенв - одноступнчаст двоступнчаст.
Насоси з осьовим зазором конструктивно простш. Зазор можна вдрегулювати, а при надмрному знос ущльнювальних поверхонь - вдновити за допомогою прокладок.
У насос з радальним зазором при знос ущльнювальних поверхонь зазор не можна вдновити без замни деталей. У деяких конструкцях насосв з радальним зазором ущльнювальн поверхн виконан кончними, що дозволя регулювати зазор. У той же час у цих насосах не потрбна установка прокладок для них не ма ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ значення величина осьового люфту в опорному пдшипнику. Якщо застосовуться колесо з двостороннм усмоктуванням осьовим зазором, то пдведення вдведення повтря здйснюються з торцв колеса, роздленого перемичкою, а якщо з радальним зазором, то найбльш конструктивно сприятливими пдведення вдведення повтря з середини (у цьому випадку на вал насаджують два колеса).
Застосування двостороннього пдведення вдведення повтря пояснються тим, що при ширин колеса, яка перевищу певне зна чення, важко забезпечити повне заповнення серпоподбного прос тору повтрям через обмежен розмри вхдного отвору в диску чи на цилндричнй ущльнювальнй поверхн. У насосв з колесами без бчних дискв простий невеликий зазор, витриманий з двох сто рн. Так колеса часто зазнають поломки, тому якост хнього вико нання вибору матералу необхдно придляти особливу увагу.
Перевага таких колс поляга у вдсутност осьового зусилля.
У насосах з однобчним входом колесами з бчними дисками виника осьове зусилля через неоднаков площ в обох дисках, оскльки в одному з них передбачено кльцевий отвр для входу виходу повтря. У насосах з такими колесами осьовий зазор прийматься 0,10...0,15 мм з боку входу виходу повтря 0,5 мм - з протилежно сторони.
На рис. 2.18 показаний автономний водокльцевий насос.
4 Рис. 2.18. Водокльцевий насос А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв Вн складаться з цилндричного корпусу 2, двох торцевих кришок 3 колеса 1. Оскльки в насос передбачен двосторонн усмоктуван ня нагнтання, то на кожнй торцевй кришц усмоктувальний 7 напрний 12 патрубки, що спрямован вгору. Напрн патрубки з'д нан з баком 10, а всмоктувальн приднан до трубопроводу 11.
Оскльки насос просто д, на торц кожно кришки передбачен лише один усмоктувальний один напрний отвори. Осьовий зазор мж колесом 1 торцевою кришкою створються за рахунок прокладок.
Вал обертаться в двох пдшипниках кочення 5, у корпусах яких розташован набивальн сальники 4. На валу в мсц сальника насаджена дафрагма. Зазор мж дафрагмою валом ущльнений для усунення можливост просочування атмосферного повтря в насос.
За набивкою з боку робочого колеса розташована камера 6 гдрав чного затвора, у яку вода пдводиться ззовн по труб 8. З камери вода надходить у корпус насоса до маточини колеса, звдки пд дю вдцентрово сили йде до перифер, ущльнюючи осьовий зазор живлячи ущльнювальне водяне кльце. Частково вода з камери про ходить через сальник, змащуючи та охолоджуючи набивку вал.
У торцевих стнках кришок корпусу пд нагнтальними вкнами ряд круглих отворв, закритих гумовими кульковими клапанами.
Призначення клапанв - автоматичний випуск повтря з мжлопат ного простору колеса при досягненн необхдного тиску нагнтання.
Таким чином, при використанн машини як компресора не витрача ться потужнсть на зайве стискання повтря. Повтря з напрного трубопроводу разом з водою, кльксть яко дорвню пдведенй до камери сальника, надходить у водозбрник 10, що ма зливну тру бу 9 отвр для виходу повтря в атмосферу (над отвором установ лений рефлектор для сепарац води).
Конструктивн модифкац лопатевих насосв можуть розрзня тися за способами:
з'днання валв насоса привода: за допомогою еластично муф ти;
вал насоса привода загальний (суцльний чи складений);
рознмання корпусу насоса: по ос вала;
у площин, перпенди кулярнй до ос вала;
герметизац внутршньо порожнини насоса.
Насоси з еластичною муфтою мають власн пдшипники, роз ташован або по обидва боки корпусу (рис. 2.19,а,б), або тльки з боку муфти (рис. 2.19,в). Нижнй виносний пдшипник кочення ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ взагал небажаний у насосах через бльшу ймоврнсть виходу з ладу через потрапляння в нього вологи води. Для вертикальних насосв найкращою конструкця з одним сальником, розташованим угор, тому що нижнй набивний сальник незручно регулювати, а при тор цевому ущльненн важко контролювати наявнсть витокв.
Насос з консольно розташованим колесом спрощу конструк цю корпусу, да можливсть застосувати один сальник полпшити всмоктувальну здатнсть, якщо вал не прохдний. Щоб змен- шити осьовий розмр насоса вдмовитися вд нижнього саль ника, у багатьох насосах установ люють внутршнй нижнй пд шипник ковзання, що змащу ться рдиною, яка перекачу ться або додатково подводиться ззовн (наприклад, консистент ним мастилом).
а 5 16 15 3 10 б в Рис. 2.19. Насоси з еластичною муфтою:
а - горизонтальний;
б - вертикальний;
в - консольний А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв Бльшсть насосв з гнучкою муфтою мають корпус з патруб ком рознманням по ос, що дозволя розбирати його без демонтажу трубопроводу зняття електродвигуна (див. рис. 2.19,а,б).
На рис. 2.19,а зображена конструкця горизонтального вдцент рового насоса 12ДН-7А, призначеного для перекачування нафто продуктв морсько води. Усмоктувальний напрний патрубки виконан суцльними з нижньою частиною корпусу насоса розта шован горизонтально пд кутом 180 один до одного в площин, перпендикулярнй до ос вала насоса. Корпус насоса 1 кришка 6 з рознманням у горизонтальнй площин виготовлен з латун ЛЦ16ДО4, робоче колесо 7 з двостороннм пдведенням рдини - з бронзи Бр.ОЗЦ7С5Н1, вал - з стал Х18Н10Т. Ротор насоса обер таться в сферичних роликових пдшипниках 2, як защуються кон систентним мастилом.
Для запобгання витокам з робочо площини подвйн торцев ущльнення 3 з парою тертя графтЦстелт ущльнювальн кльця 5.
У камеру ущльнення податься вода, циркуляця яко в замкнутому контур камери забезпечуться крильчаткою. Вал насоса з'днаний з промжним валом привода за допомогою пружно муфти 8. Охо лодження ущльнень здйснються перекачуваною рдиною по труб 4.
Насос, показаний на рис. 2.19,б, модифкацю розглянутого вище насоса, але на вдмну вд нього ма вертикальне розташування вала з муфтою 8 на його верхньому кнц. Корпус 1 насоса ма роз нмання у вертикальнй площин. Приймальний напрний патрубки вдлит суцльно з корпусом спрямован перпендикулярно до ос насоса. Робоче колесо з двостороннм пдведенням посаджено на вал з шпонкою закрплено вд аксального зсуву круглими гайками.
Для зменшення витокв перекачувано рдини з спрального каналу на вход в робоче колесо встановлен ущльнювальн кльця 5, одне з кожно пари яких розташоване на робочому колес, а нше - у кор пус 1 чи кришц 6 насоса. Кнцев ущльнення 3 (подвйн торцев з парою тертя графтЦстелт) мають збрник витокв 9. Для охолодження змащення пари тертя по труб 4 в ущльнення податься прсна вода пд тиском, який на одну атмосферу перевищу тиск на всмоктуванн.
Вал насоса, що обертаться в кулькових пдшипниках, захище ний бронзовими втулками. Осьов зусилля в насос сприймаються нижнм сферичним пдшипником 2, установленим на кронштейн у нижнього кльця вала. Мастило в пдшипник податься по спе цальному трубопроводу 11. Матерали основних деталей насоса ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ т ж, що й у випадку горизонтального варанта, за винятком вала, виконаного з стал Х18Н9Т. - насоси мають велик габарити масу, тому для забезпечення жорсткост великих вертикальних насосв необхдн додатков стйки, що з'днують фланець хтаря з нижнм опорним фланцем корпусу насоса.
Корпус з рознманням по ос вала робить бльш моврним незбг порожнин усмоктувально напрно спралей у корпус кришц, ускладню виливок обробку площини рознмання, а також складання насоса, збльшу обсяг механчно обробки, що в цлому призводить до подорожчання насоса. Неправильний пдбр товщини прокладки в площин рознмання, особливо ймоврний у суднових умовах, може спричинити або надмрний затиск дефор мацю ущльнювальних клець, або порушення площини хньо посадки в корпус. У насосах з рознмним по ос вала корпусом важче забезпечити необхдну щльнсть, особливо при високому тиску або розрдженн.
На рис. 2.19,в подана одна з найбльш сучасних перспектив них конструкцй великого вертикального вантажного насоса з кон сольним розташуванням робочого колеса подачею близько 5000 м3/год.
Усмоктувальний 15 напрний 16 патрубки вдлит разом з корпусом 6 насоса розташован перпендикулярно до ос вала пд кутом 90 один до одного. Внутршня порожнина корпусу виконана у вигляд подвйного спрального каналу, що поступово переходить у напрний патрубок. У кришц 6 корпусу зроблений канал напвспрального пдводу до верхньо половини робочого колеса 7. нший напвспральний пдвд розташований симетрично в нижнй частин корпусу, де передбачена пробка 14 для зливання залишкв перекачувано рдини при тривалй зупинц насоса.
Робоче колесо двостороннього усмоктування закрплено на валу за допомогою шпонки круглих гайок. У корпус колес встанов лен ущльнювальн кльця 5. Вал розмщений у радальному двох радально-упорних кулькових пдшипниках 2, встановлених у зварному хтар 13. Для ущльнення вала в кришц передбачено одинарне торцеве ущльнення 3. Його охолодження змащення здйснюються перекачуваною рдиною, яка вдбираться з напр но порожнини насоса.
Насоси з жорсткою муфтою (рис. 2.20,а) вдрзняються тим, що в них або взагал нема пдшипникв, або напрямний пдшип А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв ник ковзання, який сполучаться нод з сальником. Збергаючи по зитивн якост насоса з еластичною муфтою, ц насоси мають сво переваги: у них нема пдшипникв, що несуть навантаження, вразливих елементв муфти, менш габарити маса. Бронзовий кор пус насоса не ма рознмання по ос вала складаться з верхньо частини 1, суцльно з якою вдлит всмоктувальний патрубок фла нець для крплення двигуна, сполучений з фланцем крплення до фундаменту. Нижня частина 4 корпусу ма спраль з вдлитим напрним патрубком корпусом пдшипника ковзання 3 з бабто вим вкладишем, що змащуться консистентним мастилом, яке податься також до набивочного сальника 2. Вал з алюмнво бронзи з'днаний з валом електродвигуна за допомогою викува ного суцльно з ним фланця.
56 4 а б Рис. 2.20. Насос з жорсткою муфтою:
а - з напрямним пдшипником ковзання;
б - з промжним валом Вдсутнсть гнучкого елемента мж валом насоса валом при вода змушу проводити особливо ретельне центрування. До елект родвигуна насоса з жорсткою муфтою висувають пдвищен вимоги:
його пдшипники повинн бути розрахован на сприйняття осьових бчних зусиль, як виникають у насос (у багатьох електродвигунах пдшипник роликовий, здатний сприймати пдвищен бчн зусилля), точнсть обробки ма бути високою.
ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ к насоси, у яких корпус не ма рознмання по ос вала, а для можливост виймання ротора насоса без зняття електродвигуна мж валом насоса валом двигуна встановлений промжний вал (див.
рис. 2.20,б).
Два даметрально протилежно розташован всмоктувальн па трубки напрний вдлит суцльно з корпусом 1, що зручно при уста новленн насоса. Робоче колесо 2 посаджене консольно на валу 5 звернене всмоктувальним отвором униз. Через велик розмри кон сол в насос передбачений досить велико довжини пдшипник 4 з свинцево бронзи, що змащуться водою або консистентним масти лом у залежност вд робочого середовища. к можливсть установ лення напрямного апарата, при видаленн якого може бути вико ристане робоче колесо бльшого даметра. Завдяки цьому значно розширюються меж напорв насоса. Робоче колесо ма великий вхд ний даметр, малу вхдну швидксть добру всмоктувальну здатнсть.
Насоси з нерознмним по ос вала корпусом, особливо з нижнм опорним фланцем, дуже зручн для розташування, тому що завдяки можливост розвороту агрегату або насоса вдносно хтаря можуть бути забезпечен найбльш сприятливе розмщення усмоктувального напрного трубопроводв зручнсть в обслуговуванн.
Моноблочн насоси - це насоси з жорсткою муфтою 1 робо чим колесом 3, закрпленим консольно на подовжений кнець вала електродвигуна (рис. 2.21). Кришка корпусу 2 виконана окремо, тому пд час розбирання насоса не потрб ний демонтаж усмоктувального напрного трубопроводв, розташо ваних на однй н.
Переваги моноблочно конструк ц полягають у компактност, м нмальних габаритах, мас, клькост запчастин, дешевизн, простот центрування, бльшй надйност че рез мнмальну кльксть зношуваних деталей невелику консоль, у мож ливост розташування насоса з будь- яким напрямком ос вала. При такй Рис. 2.21. Моноблочний насос конструкц насоса електродвигун А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв повинен мати подовжений кнець вала для посадки робочого коле са, виготовлений з антикорозйного матералу або надйно захище ний вд контакту з агресивним перекачуваним середовищем.
Недолками моноблочних насосв необхднсть зняття елект родвигуна пд час розбирання, а також неможливсть застосування для даного насоса ншого типу електродвигуна, який вдрзняться виконанням, потужнстю, родом струму частотою обертання.
Герметичн насоси (безсальников) особливим типом лопа тевого насоса (вдцентрового, осьового, вихрового), у якого при вдний електродвигун, як насос, звичайно заповнений перекачува ною рдиною. При такому конструктивному виконанн нема необхдност в сальниковому ущльненн, тому що вал не виступа назовн.
Через специфчне виконання двигуна необхднсть забезпе чення високо надйност насоса (зокрема, через труднощ його огляду розбирання) герметичний електронасос дорожче насоса у звичайному виконанн, причому його вартсть тим вище, чим вище тиск, температура токсичнсть робочого середовища.
Струминн насоси Струминн насоси - це насоси, у яких потк перекачувано рдини перемщаться завдяки механчному впливу на нього ншого (робочого) потоку т ж чи ншо рдини з бльшою кнетичною енер гю. Розрзняють два рзновиди струминних насосв: ежектори й нжектори.
В ежекторах обидва потоки - робочий (ежектуючий) перека чуваний (ежектований) - потоки одн т ж рдини. Якщо це вода, то насос називають водоструминним.
В нжекторах робочим потоком потк стиснутого повтря або газу, а перекачуться рдина.
На рис. 2.22 наведена одна з можливих схем струминного на соса. Робоча рдина пд великим напором у клькост Q1 надходить по труб 1 до сопла 2, з якого витка в цилндричну камеру змшу вання 3. Перекачувана рдина з витратою Q2 пдводиться (чи пд смоктуться) по труб 5 у камеру 6, а потм через сопло 7 надходить у камеру 3. В останнй вдбуваються змшання потокв - робочого ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ перекачуваного - передача частини кнетично енерг вд першого до другого. У результат цього тиск уздовж камери змшування поступово збльшуться. У дифузор 4 кнетична енергя сумарного потоку Q1+Q2 частково перетворються в енергю тиску рдини, зростання тиску уздовж потоку продовжуться.
1 33 Q 1Q1+Q +Q 66 Q Q Q2 Q Рис. 2.22. Принципова схема струминного насоса Струминн насоси зручн тим, що дозволяють зменшити потуж нсть привода й усунути рухом елементи в проточнй частин. Вони надйно працюють з забрудненими й агресивними рдинами, а нод використовуються одночасно як змшувач.
Заглибн насоси Конструктивно осьов вихров насоси можуть бути виконан в одному агрегат з електроприводом таким чином, що потк перека чувано рдини заповню порожнину електропривода й одночасно охолоджу його статорн обмотки. Розрзняють насоси з сухим мокрим статорами. Конструкця безсальникового герметичного водяного вдцентрового насоса з сухим статором наведена на рис. 2.23,а. Тонкостнна металева перегородка встановлена в зазор мж статором 7 ротором 8 асинхронного електродвигуна. Вона герметично роздля порожнини статора ротора. Статор сухий може знаходитися пд атмосферним або надлишковим тиском повтря чи нертного газу.
Енергя статора 7 до ротора 8 убудованого електродвигуна передаться ндуктивно через статорну перегородку 6 вд обмотки статора 4, з'днано за допомогою клемно коробки 2 з джерелом електроенерг. Таким чином, статор 7 електродвигуна залишаться Вхд охо лоджую 4 чо води Вхд охо 1 лоджую чо води Вихд охоло джуючо води 7 Вхд охолод жуючо води Вихд 5 охолоджу Вихд охо- ючо води лоджую чо води а б Рис. 2.23. Конструктивн схеми насосв з сухим (а) мокрим (б) статорами А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ сухим, захищеним вд потрапляння в нього перекачувано насосом рдини, яка знаходиться пд тиском. Ротор електродвигуна оберта ться в робочй рдин (у вод), спираючись на пдшипники, виконан з спецальних антифрикцйних матералв, як змащуються й охолод жуються тю ж рдиною (водою).
У насос з мокрим статором (див. рис. 2.23,б) вал ротора елект родвигуна одночасно c валом насоса обертаться в герметичному замкнутому об'м, що знаходиться пд робочим тиском перекачу вано рдини. Цим досягаться повна герметичнсть роторно порожнини насоса, не потрбне ущльнення вала. Така конструк ця виключа проткання робочо рдини з роторно площини в зов ншн середовище.
Основна технчна складнсть цього типу насосв - необхднсть забезпечення надйност герметизац статора (захист вд потрап ляння води на золяцю його обмотки) за допомогою тонко метале во статорно перегородки чи заливання обмотки корозйностй ким компаундом.
Конструкця електродвигуна в герметичних насосах з мокрими статором ротором передбача постйне перебування статора ротора 8, а також пдшипникв 3 у робочй рдин (див. рис. 2.23,б).
Насос електродвигун розмщен в диному герметичному корпус 10, що розрахований на необхдний тиск. Проткання пере качувано рдини в навколишн середовище виключене цлком.
Корпус 10 заповнений прокачуваною допомжною крильчаткою через холодильник 1 водою. Вона призначена для змащення й охолодження пдшипникових опор, охолодження статора ротора електродвигуна, що працюють у вод. Електрозоляця обмотки статора виконана водонепроникною з герметичним струмопд водом, що витриму розрахунковий робочий тиск. Робоче колесо вдцентрового насоса насаджено на консольний кнець вала рото ра 8 електродвигуна.
На рис. 2.23,б показана сильно витягнута, охолоджувана зовн водою горловина. Вона забезпечу тепловий бар'р знижу до мн муму переткання гарячо води з корпусу насоса в порожнину ста тора до пдшипникв 3 ротора 8. Такий тепловий бар'р застосову ться для того, щоб автономний циркуляцйний контур охолод ження електродвигуна мг кращим чином забезпечити низьку (40Е60 С) температуру води в мокрому статор 7, тому що елект А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв розоляця обмотки ма обмежену теплостйксть. Бльша длянка консольно частини вала статора 7 просвердлена для зниження його теплопровдност.
Насоси з мокрими статором ротором мають бльш високий ККД у порвнянн з герметичними насосами з сухими статором статорною перегородкою переважно завдяки вдсутност статорно перегородки пов'язаних з нею втрат потужност.
Основн розрахунков залежност при вибор насосв Для насосних станцй (насосв) енергю напору перекачувано рдини прийнято виражати в метрах стовпа рдини. Ця величина називаться напором маси [18, 51, 52] визначаться за виразом P H= м.
g Споживана насосом потужнсть визначаться залежнстю QL GL N= = кВт, 100 де - густина перекачувано рдини, кг/м3;
Q - витрата рдини, м3/с;
G - масова витрата рдини, кг/с;
0,5...0,9 - коефцнт корисно д насоса;
L - необхдна питома корисна робота насоса, Дж/кг;
Pк Pп 2 + (zк zп )g;
+к п L= Pк, Рп - кнцевий початковий тиски, Па;
к, п - кнцева почат кова швидкост руху рдини, м/с;
zк, zп - кнцевий початковий гео метричн напори, м;
ндекси "п" "к" вдносяться вдповдно до па раметрв у перерзах перед насосом за ним;
g = 9,81 м/с2.
Вакуумметрична висота всмоктування визначаться за формулою Pa Ph п м, Hb = g 2g де Pa, Ph - тиск на поверхн всмоктувано рдини тиск усмоктування, створюваний насосом, Па.
ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ Для поршневого насоса даметри всмоктувального d1 нагнта льного d2 патрубкв розраховують за виразами:
4Q 4Q d1 = ;
d2 =, 1 де 1, 2 - середня швидксть у всмоктувальному нагнтальному патрубках;
1 = 1...2 м/с;
2 = 1,5...2,5 м/с.
Принципова схема насосно установки показана на рис. 2.24.
Рb b К Рк Z b - Za Z Рн К Z к К Zн Zк - Zп Z Н Н Zп Рa a a б а Рис. 2.24. Схема насосно установки:
а - принципова схема установки;
б - схема установки вимрюваль них приладв;
1, 2 - приймальний напрний баки;
3, 5 - напр ний усмоктувальний трубопроводи;
4 - насос Витрата рдини споживача визначаться за формулою 2P Q = f 2 gH1 = f м /с, де - коефцнт витрати;
f - площа перерзу отвору у споживача, м2;
H1, P1 - напр, м, тиск, Па, у споживача;
- масова густина рди ни, кг/м3.
Швидксть руху рдини можна прийняти за граничними швид А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв костями рдини в трубопроводах, а даметр трубопроводу - у залеж ност вд його пропускно здатност (витрати) (табл. 2.1) [18, 29].
Таблиця 2.1. Залежнсть даметра трубопроводу вд пропускно здатност Витрата, л/хв 8 15 30 64 132 204 Даметр, мм 9,5 12,7 19,0 25,4 31,8 38,1 50, Витрата, л/хв 488 734 969 1242 1912 2706 Даметр, мм 63,5 76,2 88,9 101,6 127,0 152,4 203, Витрата, л/хв Даметр, мм 254, Допустим розрахунков швидкост для рдини в трубопроводах приймаються в залежност вд роду рдини матералу трубопроводу.
Для морсько води найбльш значення швидкост в мдних трубах 0,9 м/с, мдно-нкелевих - 2,5 м/с, сталевих - 3,0 м/с.
Швидкост нафтопродуктв мазуту в сталевих трубопроводах приймають: для напрних труб до 6,0 м/с;
всмоктувальних до 2,5 м/с.
Втрати напору в трубопровод без урахування мсцевих опорв становлять l h= м, d 2g де - коефцнт гдравлчного тертя;
l, d - довжина даметр трубо проводу, м;
- швидксть руху рдини, м/с.
Коефцнт гдравлчного тертя 0, =, Re 0, де Re = d /v;
v - коефцнт кнематично в'язкост, м2/с.
Формула для коефцнта гдравлчного тертя може бути засто сована при 2300 < Re < 105. Якщо Re < 2300, коефцнт ви значаться за формулою = (1,8 Re 1,5 ).
При ламнарнй теч рдини = 64 / Re.
Втрати напору в мсцевих опорах пропорцйн швидксному на пору складають ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ i i h = i м, 2g де i - коефцнт мсцевого опору;
- швидксть руху рдини на i-й длянц, м/с.
Безрозмрн коефцнти мсцевого опору залежать вд кон струкц визначен експериментально (табл. 2.2 2.3) [49].
Таблиця 2.2. Значення коефцнтв мсцевого опору Вид опору Коефцнт Примтка Вднесено до швидкост Приймальна стка 0,3Е0, в труб Клапан безповоротний з сткою 5,2Е12,0 Те ж Стка кнцева:
плоска 1,0 Те ж сферична 0, Фльтр 2,4 Те ж Вднесено до швидкост Клапанна коробка 3,5Е2, в клапан Клапан прохдний неповоротно 4,7 Те ж запрний Вднесено до швидкост Вихд у цистерну 1, в труб Вхд у трубу 0,5 Те ж 0,4 (при площ ерати живого перер- Те ж зу 50 %) 0,2 (45о) Колно Те ж Вднесено до швидкост Вдгалуження 0, у вдгалуженн Вднесено до швидкост Вхд у насос 0, в труб Вднесено до швидкост Клапан прохдний 5,5Е4, в клапан (1,15Е1,25) Клапан неповоротний прохдний Те ж прохдного Клапан кутовий 3,0Е2,5 Те ж Клапан неповоротний кутовий 3,5Е3,0 Те ж А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв Продовж. табл. 2. Вид опору Коефцнт Примтка Вднесено до швидкост Клапан прохдний штуцерний 3,4Е3, в клапан Вднесено до швидкост Клнкер 0,30Е0, в труб Вднесено до швидкост Кран прохдний 2,0...3, в клапан Значення числа Re вплива на величину коефцнта мсцевого опору. При малих числах Re (при ламнарному рус) незначне х збльшення рзко змню коефцнт мсцевого опору (див.
рис. 10.6 [49]).
У табл. 2.3 подан значення для трубопроводв з робочим середовищем велико в'язкост (при малих числах Re) [49].
Таблиця 2.3. Значення коефцнтв мсцевих опорв трубопроводв з робочим середовищем велико вТязкост (мал числа Re) Фасонн частини Значення числа Re трубопроводу 10 50 100 200 300 600 800 1000 1500 2000 2500 Клнкетна засувка 32 6,5 3,2 1,6 1,1 0,6 0,4 0,32 0,21 0,22 0,25 0, Колно Re =1,5 d 76 32 6,5 3,5 2,6 1,8 1,3 0,9 0,75 0,6 0,6 0, Клапан кутовий 70 15 7,3 4,0 3,2 2,8 2,6 2,5 2,4 2,3 2,2 2, Трйник (бчний вхд) 70 15 7,6 3,8 3,0 2,8 2,6 2,5 2,4 2,2 2,1 2, Клапан прохдний 80 27 13 9,8 8,7 8,5 8,4 8,3 8,0 7,9 7,8 7, Клапан прохдний штам 110 25 17 14,0 13,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,5 6, пований Кнгстон 200 90 20 16,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,5 10,3 10,1 10, При великих числах Re коефцнти мсцевих опорв не зале жать вд швидкост потоку в'язкост середовища.
Тиск, створюваний насосом, визначаться залежнстю 2 2 l l + (2 zк 1zн )g Па, 1 1 + 2 2 + Pн = 1 1 + d 2 d 1 де 1, 2 - густина робочо рдини, кг/м3;
z - перепад тискв у сис ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ тем, м;
l1, l2 - довжина трубопроводу, м;
d1, d2 - даметр трубопро воду, м;
1, 2 - швидксть руху робочо рдини, м/с;
ндекси "1" "2" позначають вдповдно першу другу длянки трубопроводу.
Напр рдини становитиме Pн Hp = м вод.ст., g де - густина води, кг/м3;
Рн - тиск, створюваний насосом, Па.
Визначення характеристик насосно станцй Розрахунок потужност насосно станц для перекачування ба ластово рдини здйснються в такй послдовност. Продуктивнсть насосно станц визначаться за формулою Vб Q= м /с, t де t - час перекачування баластово рдини, с;
Vб - об'м баластово цистерни, м3.
Потрбна потужнсть насосв Q H р б.р N н = 9,8 кВт, o н мех де Нр - робоча глибина занурення, м;
б.р - густина баластово рди ни, кг/м3;
o - об'мний ККД;
o 0,9;
н - ККД насоса;
н = = 0,85...0,90 для радально-поршневих аксально-поршневих насосв;
мех - ККД механчно передач;
мех = 0,90...0,95.
Загальн маса й об'м насосно станц визначаються за фор мулами:
mн.с = 1,13 ( mн + me );
Vн.с = 1,03 (Vн + Ve ), де mн, Vн - маса, кг, й об'м, м3, насоса;
m e, Ve - маса, кг, й об'м, м3, електродвигуна насоса;
А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв mн = 1,05 Q 0,66 1 кг;
Vн = 0,063 10 3 Q м3 ;
Q - продуктивнсть насоса (для Q 1 л/хв);
кг;
Ve = 10,33 10 3 Ne м3 ;
me = 6,05 Ne Ne Nе - потужнсть електродвигуна постйного струму серй Д, ГСН, ГСР, СТГ;
Nе 1 кВт.
Характеристики деяких насосв наведен в табл. 2.4 2.5.
Таблиця 2.4. Технчн характеристики турбонасосв ПТН 20-35- ПТН 105/ ПТ 220/73- ПН 105/ ПТН 55/ Характеристика Подача, м 3/c (м 3/год) 0,0055(20) 0,022(80) 0,025(80) 0,061(220) 0,029(105) Напр, м вод. ст. 350 550 130 750 Частота обертання, 216,6 100 116,6 80,8 9, cЦ1 (об/хв) (13 000) (6000) (7000) (7000) (560) Перекачуване сере Прсна вода довище Температура середо 50...70 133 110 138 вища, C Тиск пари, МПа 2,5 4,0 - 2,9 2, Температура пари, C 330 290 - 290 Протитиск пари, 0,1 0,3 - 0,1 0, МПа Витрата пари, кг/год 1000 3400 - 10500 Маса агрегату,кг 450 1250 1443 4900 Розмри, мм:
висота (довжина) 970 1237 1600 2800 820 660 1122 760 1150 950 1530 у план вхдного патрубка 70 125 150 200 випускного патрубка 50 100 150 175 ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ Продовж. табл. 2. ПТН 20-35- ПТН 105/ ПТ 220/73- ПН 105/ ПТН 55/ Характеристика патрубка пд- - 50 - 70 - ведення пари патрубка ви- - 125 - 250 - пуску пари Тип насоса ВЦ1с* ВЦЗс* ГЦ4с* ГЦ4с* ГЦ4сБс* * Див. примтку до табл. 2.5.
Маса аксально-поршневих насосв серй НП НС за емприч ними формулами становить m н = 0,268 q 0,86 + 1,4 кг, об'м цих насосв Vн = ( 0,146 m н 0,86 + 1) 10 3 м 3.
Маса й об'м гдромоторв серй ГМ Д1 вдповдно становлять:
m гм = 0,261 q 0,86 + 1,8 кг;
0, + 1) 10 3 м Vгм = ( 0,144 mгм або 0,93 N гм mгм = (1 0,04 ) кг;
N гм m гм (1 0,03 ) м 3, Vгм де Nгм - потужнсть гдромотора, кВт;
q - робочий об'м насоса чи мотора, см3;
Nгм = 2 кВт.
А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв Таблиця 2.5. Технчн характеристики насосв з електроприводом Характеристика ЭПНМ 3/70 ЭПНМ 2/70 ЭПН 12,5/ Подача, м3/c (м3/год) 0,0008 (3) 0,0005 (2) 0,0034 (12,5) Напр, м вод.ст. 70 70 Частота обертання, c - 47,7 (2870) 47,7 (2870) 48,3 (2900) (об/хв) Коефцнт бистро 12 10 хдност Кавтацйний запас,м Вакуумметрична ви- 2 (при 85 С);
2 (при 85 С);
- сота всмоктування, м 3 (при 30 С) 3 (при 30 С) Перекачуване сере Прсна довище Тип електродвигуна АОМ42-2 АОМ41-2 А02-62-2М Потужнсть, кВт 4,5 3,2 Напруга, В 220/380 220/380 Маса електронасоса,кг 77,5 70 Виконання елек ВЗ тродвигуна Розмри, мм:
висота (довжина) 450 450 агрегату у план 289238 289238 даметр вхдного па 25 25 трубка даметр вихдного па 20 20 трубка Тип насоса ГЦВ1С ГЦВ1С ВЦМс2к Примтки. 1. Розшифровка типу насоса: велик букви Г чи В позначають насос;
М - багатоступнчастий;
с - насос самовсмоктувальний;
2к - двокорпусний.
ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ ЭПН 12,5/200 ЭПН 16/350 ЭПН 20/200 ЭПН 20/350 ЭПН 32/ 0,0034 (12,5) 0,0044 (16) 0,0055 (20) 0,0055 (20) 0,0088 (32) 200 350 200 350 48,3 (2900) 48,3 (2900) 48,3 (2900) 48,3 (2900) 48 (2900) 9 15 10 5 5 5 - - - - - вода А0242-2М А02-81-2М А02-72-2М А02-82-2М АОМ-82-2М 17 40 30 55 380 380 380 380 735 1000 785 1030 - БЗ 1660 2050 1700 640645 640650 640650 910650 80 80 80 80 50 50 50 50 ВЦМс2к ВЦМс2к ВЦМс2к ВЦМс2к ВЦМс2к вдповдно горизонтальний чи вертикальний насос;
ЦВ - вдцентрово-вихровий 2. ВЗ - водозахищений насос;
БЗ - бризкозахищений.
А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв Масу й об'м знижувального редуктора рекомендують приймати близько 10 % вд характеристик привода. Маса й об'м силових кабелв, трубопроводв рознмань визначаються за формулами:
mкаб = ( 0,6...0,8 ) N кг;
Vкаб = 4,6 10 4 mкаб (1 0,05 ) м 3, де N - потужнсть привода, кВт.
2.3. Компресори Класифкаця й опис конструкцй компресорв Компресором називають машину для пдвищення тиску пере мщення газу. Звичайно до компресорв вдносять машини, що забезпечують стиск повтря чи газу до надлишкового тиску не нижче 0,015 МПа. Початковий тиск газу може бути меншим, бль шим чи дорвнювати атмосферному.
Розрзняють компресори об'мно динамчно д, х конструк тивн особливост визначаються особливостями газового робочого середовища.
Компресорн машини роздляють на три класи [51, 57]: венти лятори, пдвищення тиску вдношення тискв у яких не перевищу вдповдно 0,01 1,10 МПа;
нагнтач - машини з пдвищеним вдно шенням тискв (до 1,3 бльше) без охолодження середовища в про цес роботи;
власне компресори - машини, оснащен пристром для охолодження середовища пд час роботи (вдношення тискв бльше 3).
За кнцевим тиском розрзняють компресори: низького тиску - до 1 МПа;
середнього тиску - вд 1 до 10 МПа;
високого тиску - вд 10 до 100 МПа;
надвисокого тиску - з кнцевим тиском понад 100 МПа.
У залежност вд робочого середовища компресори подляють на так групи:
газов - для стискання будь-якого газу або сумш газв, крм повтря. У залежност вд роду газу вони називаються кисневими, водневими, амачними т. д.;
повтрян - для стискання повтря. Значну частину таких ком пресорв складають компресори загального призначення для стис кання атмосферного повтря до 0,8...1,5 МПа, виготовлен без ура хування будь-яких специфчних вимог.
ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ За призначенням компресори подляють на циркуляцйн - для забезпечення циркуляц газу в замкнутому технологчному контур;
парцальн - для поперемнного одночасного стискання рзних зм шуваних газв;
крогенн - спецальн компресори, у яких газ, що стис каться хоча б на однй з стадй циклу, ма крогенну температуру (0...120 К);
холодильн;
вакуумн - призначен для вдкачки газу з метою одержання вакууму.
Класифкаця компресорв за принципом д й основних конст руктивних ознак наведена на рис. 2.25 [51, 57].
У компресорах об'мно д робочий процес здйснються шля хом циклчно змни об'мв робочих камер.
Поршневими компресорами називають компресори об'мно д, у яких об'м робочих камер змнються за допомогою поршнв, що здйснюють зворотно-поступальний рух.
Поршнев компресори розрзняють: за об'мною продуктив нстю - вд деклькох кубчних дециметрв на секунду до 12 м3/с;
за кнцевим тиском - вд сотих часток до 300 МПа (у промисловому виконанн) до 2000 МПа у наукових дослдженнях;
за витрачува ною потужнстю - вд 10 до 20 МВт.
За конструктивним розташуванням цилндрв видляють так компонувальн схеми: горизонтальну, вертикальну, опозитну, пря мокутну, V- W-подбн, зркоподбну.
Для забезпечення довговчност деталей поршневих компре сорв, що працюють в умовах пдвищеного тертя (поршнев кльця, лабринтно-контактн ущльнення т. д.), розроблен нов високо мцн антифрикцйн матерали типу флубон графелон.
У результат замни кльцевих клапанв на конструкц з газо вим демпфером у ступенях середнього високого тискв в 3Ц4 рази збльшилося середн напрацювання на вдмову.
Конструктивними недолками поршневих компресорв неповна зрвноваженсть рухомих частин, наявнсть великого числа пар тертя значних напруг в основних конструктивних елементах.
Мембранн компресори - також компресори об'мно д. У них об'м робочих камер змнються за допомогою циклчно деформв них мембран. Мембранн компресори з тиском нагнтання до 40 МПа випускаються серйно в одноступнчастому (з одним двома мем бранними блоками при вдношенн тискв 20) двоступнчастому виконанн (при вдношенн тискв до 400). Випускаються також КОМПРЕСОРИ Обмно д Динамчно д Мембранн Турбо Поршнев Роторн Поршне- Струминн компресори мембранн Пластинчаст Радальн Поршнев Горизонтальн Доцентрован електро Рдинно компресори кльцев Вертикальн Дагональн Аксально Вдцентрово поршнев Опозитн Гвинтов доцентров Осьов З рдинним Прямокутн Шестеренн Вдцентров поршнем Роторно V-подбн Вльно- Осевдцент поршнев поршнев ров W-подбн З ротором, Вихров що котиться Зркоподбн Рис. 2.25. Класифкаця основних типв компресорв А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ компресори на основ комбнованих схем, призначен для створення високих надвисоких тискв при великй продуктивност блока. У таких компресорах перш ступен - поршнев, а останн - мембранн (мембранно-поршнев компресори).
Мембранн компресори експлуатуються там, де виника необ хднсть стискання газу при забезпеченн його високо чистоти, а також при робот з агресивними газами.
Компресори з кнцевим тиском до 150 МПа продуктивнстю вд 10 до 80 м3/г зведен в унфкован ряди за поршневим зусиллям (1,6;
4,0;
6,3 кН). Даметри мембран 170, 210, 335, 470, 630 700 мм.
Розробляються мембранн компресори для стискання газв високо чистоти до тиску 400 МПа.
Роторними компресорами називають компресори об'мно д, в яких робоча камера утворються розточкою корпусу розмщеним у нй ротором (роторами), а об'ми робочих камер змнюються внаслдок обертання ротора (роторв). Роторн компресори мають велику швидкохднсть, кращу зрвноваженсть плавнсть подач газу, нж поршнев компресори. Коефцнти корисно д роторних компресорв трохи менш, нж у поршневих.
У роторних пластинчастих компресорах ротор розташований ексцентрично цилндричнй розточц корпусу явля собою вал з установленими на ньому подовжнми рухомими в радальному або гнучкими в коловому напрямку пластинами, що контактують вль ними кнцями з поверхнею розточки. Продуктивнсть цих машин, як правило, менша 100 м3/хв.
Рдинно-кльцевий компресор явля собою пластинчастий ком пресор, у якому пластини виконан твердими, нерухомо закрплен на валу не контактують з поверхнею розточки корпусу, а зазор мж кнцями пластин поверхнею розточки ущльнються за допомогою рдинного кльця, що формуться пд час обертання ротора. Одним з варантв реалзац рдинно-кльцевого компресора водокль цевий компресор, у якому для утворення рдинного кльця викорис товуться вода. Рдинно-кльцев компресори завдяки вдсутност механчного тертя в робочих площинах використовують при робот з токсичними, вибухонебезпечними займистими газами, паро- газординними сумшами, у тому числ агресивними забрудненими механчними домшками.
Випускаться близько 20 типорозмрв рдинно-кльцевих ком А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв пресорв продуктивнстю вд 0,75 до 300 мм3/хв при кнцевому тиску 0,1...0,4 МПа. Збльшення кнцевого тиску до 0,8 МПа може бути досягнуто за рахунок пдвищення колово швидкост двоступн частого стискання. Рдинно-кльцев компресори вдрзняються кон структивною простотою, зручнстю в експлуатац, високою надй нстю низьким рвнем шуму пд час роботи. Вони виробляються серйно, чому сприя послдовно здйснювана унфкаця конструк цй. До недолкв компресорв цього типу вдносять: складнсть внут ршнього процесу, обумовлену двофазовим станом середовища в робочй порожнин;
велик втрати на гдравлчне тертя;
труднощ створення "твердого" рдинного кльця через кавтацю;
необхднсть постйного контролю температури робочо рдини.
Гвинтовий компресор явля собою роторний компресор з гвин топодбними роторами. Постйне розширення област застосування гвинтових компресорв пояснються рядом переваг, як вони мають у порвнянн з компресорами нших типв: висока надйнсть;
менш габарити маса;
повна автоматизаця в робот;
плавне регулювання продуктивност;
повна заводська готовнсть;
висока динамчна зрвноваженсть;
хорош акустичн характеристики;
зручнсть транспортування монтажу. Гвинтов компресори виготовляють серйно. На хнй баз виробляються стацонарн переносн повт рян компресорн установки з об'мною продуктивнстю 4...50 м3/хв тиском нагнтання 0,8 МПа;
установки для транспортування наф тового газу з об'мною продуктивнстю до 50 м3/хв кнцевим тис ком 0,5...1,7 МПа;
пересувн компресорн станц продуктивнстю 5...10 м3/хв, кнцевим тиском 0,8 МПа;
установки для сухого стис кання водню, етилену контактного газу з об'мною продуктив нстю 100...180 м3/хв. Освоються випуск 12 типорозмрв гвинтових компресорв з кнцевим тиском до 2 МПа.
Област доцльного застосування компресорв рзних типв остаточно не визначен. Це пов'язано з хнм безупинним удоскона люванням. Так, наприклад, створен швидкохдн (до 1500 об/хв) моноблоков безфундаментн установки на баз поршневих компре сорв, у яких успшно виршена проблема пдбору мастила. При об'мнй продуктивност менше 2 м3/хв ефективнш поршнев комп ресори;
в нтервал 2...15 м3/хв доцльне застосування гвинтових ком пресорв.
Шестеренний компресор явля собою роторний компресор з ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ двома роторами, що мають зубчаст сполучен профл. Його об'мна продуктивнсть до 30...35 м3/с. Використовуваний в таких ком пресорах процес з зовншнм стиском недосконалий, дан машини можна використовувати лише у випадку, коли втрати вд зовнш нього стиску незначн порвняно з ншими витратами. Для них характерн невелик вдношення тискв (1,4...1,8), збльшення кн цево температури, високий рвень шуму. Довговчнсть таких машин знижуться за рахунок виникнення ударних навантажень вд внутршнього тиску, як зростають з збльшенням колово швид кост роторв, що призводить до руйнування синхронзуючих шес трень, а потм роторв.
Роторно-поршневий компресор явля собою роторний ком пресор, у якому розточка корпусу ротор мають спецальн профл всь обертання ротора здйсню переносний обертальний рух на вколо ос, що збгаться з центром симетр розточки корпусв.
Троходн роторно-поршнев компресори мають дв основн детал - корпус ротор. Теоретичний профль одн з цих деталей (вихдний) виконуться за еп- чи гпотроходою, нший профль (спо лучений) - за внутршньою зовншньою обвдними см' вдповд них троход. Характеристики машини залежать вд обрано схеми числа вершин у ротора. На практиц застосовують схеми з ептро ходною розточкою корпусу ротором, гран якого спрофльован за внутршньою обвдною.
Троходн роторно-поршнев компресори загального призна чення випускаються в одноступнчастому виконанн з об'мною про дуктивнстю 0,3...50,0 м3/хв при кнцевому тиску 0,3...0,8 МПа та у двоступнчастому - з об'мною продуктивнстю 12...50 м3/хв при кнцевому тиску 0,6...0,8 МПа.
Компресорами з ротором, що котиться, називають роторн ком пресори з двома робочими камерами, утвореними цилндричною розточкою корпусу, роздльною пластиною ротором, що ексцент рично розташований вдносно корпусу. Всь обертання такого ком пресора здйсню переносний обертальний рух навколо ос, що зб гаться з центром симетр розточки корпусу. Конструкц цих машин мстять багато елементв, характерних для конструкцй кожно з груп роторних компресорв, розглянутих ранше.
У компресорах динамчно д робочий процес здйснються шля хом динамчного впливу на безупинний потк газу, що стискаться.
А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв Компресори динамчно д зрвноважен, високопродуктивн.
пх коефцнт корисно д трохи менший, нж у поршневих ком пресорв. Економчнсть застосування таких компресорв рзко па да при об'мнй продуктивност менше 100 м3/хв.
Основним класом компресорв динамчно д турбоком пресори. Серед останнх найбльш поширен осьов радальн, серед яких можна особливо видлити вдцентров компресори.
У турбокомпресорах вплив на потк стиснутого газу здйсню ться обертовими ратами лопаток. Турбокомпресор, у якому напрямок потоку збгаться з розташуванням ос обертання, називають осьовим компресором.
Вдцентровий компресор явля собою турбокомпресор, у якому потк газу в проточнй частин спрямований вд центра до перифер.
Компресорн машини осьового вдцентрового типв, що забез печують велику продуктивнсть при малих вдношеннях тискв (1,3...1,4), вдносять до класу вентиляторв.
Осьов компресори з масовою продуктивнстю 172,5 кг/с мають вдношення тискв 12,5 полтропний ККД 90 %.
Використання вдцентрових компресорв при малй об'мнй продуктивност утруднено через висок частоти обертання ротора (5000...10000 c Ц1).
Для вдцентрових компресорних машин, що працюють у дуже запилених середовищах, актуальною проблема хнього захисту вд корозйних ушкоджень. Для цього використовують захисн рати, пилкоподбн диски, знмн накладки на лопатки т. д. Дослджу ються впроваджуються металополмерн пари тертя;
графтов ком позиц для сальникових ущльнень гвинтових вдцентрових ком пресорв;
тверд м'як зносостйк покриття, одержуван плазовим напиленням, плазмохмчною, електронно-променевою, лазерною, високочастотною обробкою деталей. Використовуються спецальн мастила та присадки до них, що знижують спрацювання пар тертя.
Помпи Помпу (компресор низького тиску) використовують для подач повтря людин пд воду. Вона, як правило, оснащена електричним приводом обертання поршнево групи ма резервний ручний при вод (два маховики вдкидн ручки). Традицйно застосовують помпи трицилндрово конструкц (табл. 2.6), хоча зустрчаються ще в екс плуатац так зван полегшен горизонтальн двоцилндров помпи з хитним двоважльним приводом [10].
ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ Основна перевага повтряних помп перед швидкообертовими компресорами поляга в тм, що вони працюють на малй частот обертання не вимагають змащення поршнв з шкряними манже тами. Через це в цилндрах не утворюються так газов домшки, як оксиди вуглецю азоту, що особливо шкдливо дють на органзм водолаза при пдвищених парцальних тисках. Повтря, що нагнта ться помпою, за газовим складом близьке до навколишнього. Три чотирицилндров електричн помпи з електроприводом за клькстю повтря, що податься для дихання вентиляц скафандра, вдпов дають нормативним вимогам.
Таблиця 2.6. Технчн характеристики водолазних помп ВЗПЭ ЭП-З ПВ- (зразка (зразка (зразка Характеристика ПВ- 1954 р.) 1988 р.) 1989 р.) Частота обертання ко нчастого вала, об/хв:
з електроприводом - 40 62 ручна 30...35 30 40 Час перемикання при вода, с - 30 30 Найбльший робочй тиск, МПа: 0, одн помпи 0,04 0,04 0,06 Не спареного варанта 0,3 0,3 0,12 передбачено Подача по вльному 90...105 120 240 повтрю, л/хв Кльксть надходження повтря водолазу, л/хв, на глибин, м:
6 50...60 75 150 12 40...45 Допустима 105 робота водо лаза у спаре ному варант помп на гли бин 10 м Електродвигун 4АХ80-В4УЗ - АОМ-31-4 4A100S (асинхронний) -IM А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв Продовж. табл. 2.6.
ВЗПЭ ЭП-З ПВ- (зразка (зразка (зразка Характеристика ПВ- 1954 р.) 1988 р.) 1989 р.) Потужнсть паспорт на, кВт - 1,1 1,5 1,1...1, Напруга, В - 220/ Частота обертання, - об /хв 1390 1500 750... Опр золяц, МОм - 1 1 Споживана потуж- - нсть, кВт 0,9 1,36 0,70...1, Габаритн розмри, м 1,50,81,2 1,60,81,2 1,10,91,3 1,30,91, Маса, кг 250 302 395 Примтки. Привод помпи ПВ-3 - ручний, нших помп - електричний з резерв ним ручним. У помпи ПВ-260 чотири цилндри даметром 90 мм, в нших - по три даметром 82 мм. Розмр шкдливого простору всх помп 1,5...2,0 мм. Хд поршня помпи ПВ-260 - 236 мм, нших помп - 216 мм. Кожна помпа розрахована на експлу атацю одним водолазом. Марка електрокабеля НРШМ 31,5 або 41,5, довжина 60 м, типи розетки штепселя вдповдно РШ-3, Ш-3.
Конструкця колнчастого вала помпи ПВ-260 складена (два вали), нших помп - суцльнокована складена. Тип передач редук тора всх помп - сталевий черв'як з зубчастим колесом, матерал корпусу - алюмнй, перодичнсть замни мастила - щомсяця. Ущль нення поршнв - шкрян манжети, футляр дерев'яний. Термн служби помп до каптального ремонту 5 рокв, термн експлуатац 9 рокв, переконсервац - 6 рокв.
Три- чотирицилндров помпи ЭП-3 можуть входити до складу легководолазно станц при подач повтря на глибину до 15...18 м в одиночному до 20...22 м у спареному варантах роботи.
Компресори середнього високого тиску Компресори середнього тиску (табл. 2.7) розрахован на тиск до 3 МПа. Компресор типу МК у процес стискання газу не забруд ню його шкдливими домшками вд мастила [10].
Компресори типу МК - мембранн (20/12,5 - двоблоковий, 10/12,5 - одноблоковий), робочий газ - повтря, азот, гелй. нш - вертикальн дворядн поршнев, робочий газ - повтря.
ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ Таблиця 2.7. Технчн характеристики компресорв середнього тиску 1,6MK20/12, МВТ44-В64А 1,6МК10/12, 2ВТ1-1,8/2,6М ВК-25Д ВК-25Э Характеристика Кнцевий робочий тиск, 2,45 2,45 2,45 2,45 1,25 1, МПа 0,015/0, 0,07/1, 0,05/1, 0,04/1, Подача (при кнцевому 0,05/1, 0,03/0, тиcку/приведена до по чаткових умов), м3/хв Число ступенв стиску 2 2 2 2 1 Частота обертання, об/хв 900 980 520 730 400 Габаритн розмри, мм Маса, кг 1500 800 1320 1200 1270 Термн служби до кап 10 20 10 10 23 тального рeмонту, тис. год И-50А;
И-40А;
Т46 (ТЗО) (М-ЗОА) (И-ЗОА) Т;
К- И-40А М40А К- Марка робочого мастила Компресори високого тиску бувають стацонарними кисневими.
У стацонарних компресорах застосовуться водяне охолодження з вмстом механчних домшок органчних речовин не бльше 40 г/м (40 мг/л) та жорсткстю води не бльше 7 мг-екв/л (табл. 2.8).
Робоча напруга електропривода 220 чи 380 В.
Бльшсть переносних пересувних компресорв (табл. 2.9) об ладнан системою автоматичного аварйного захисту по основних параметрах.
Компресор КА15-15Е можна встановлювати з кутом нахилу в бк до 20о, вперед назад - до 15о. Меж регулювання тиску 22,5... 33,0 МПа.
А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв Таблиця 2.8. Технчн характеристики водолазних стацонарних Характеристика ЭК7, ДК ЭК ЭК 1К Кнцевий робочий тиск, МПа 20 20 40 40/20 40/ Подача, м3/хв:
0,008 0,015 0,01 0,013 0, при кнцевому тиску приведена до початкових умов усмоктування 1,2...1,6 3,0...3,2 3,6 2,2 2, Число ступенв стиску 4 4 4 4 Частота обертання, об/хв 730 560 1330 975 Габаритн розмри, мм 1125... 2680...
Маса, кг 2150 1510...1780... Термн служби до каптального ремон ту, тис. год 15 20 23 25 ЭП39,5/25 М АМ-102- МАМ- AM ДВЗ Марка двигуна Потужнсть, кВт 26...36 52 83 65 Примтка. Лтери означають: В - для стиску повтря, Г - газу, У - ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ компресорв високого тиску 1,6 МК ВШВ-Ш 2,3/ 4МК 20/200М 2ВП 2/220УЧ 406ВП 4/ 302ВП 4/ 16/12,5 - 3ГП 5/ 12/ 8/ ДК ДК 23 20 22,5 21,6 21,6 21,6 14,7 6,4 20 20 0,010 0,008 0,072 0,0213 0,0117 0,0266 0,0312 0,004 0,0009 0,002 0, 1,6 1,4 2,4 4,0 2,2 5,0 4,0 0,22 0,16 0,35 0, 4 4 5 5 4 4 4 2 2 1 Число подвйних ходв 750 735 750 900 400 400 400 910х910х 920 810 9500 2900 4500 7800 2705 1060 1120 1050 15 15 20 35 20 30 35 23 23 20 ДСК-12-24-12У 4А112М4УЗ 4А100 L4УЗ AB-101-8УЗ 4А13254УЗ ВА061-4УЗ АВ2-101- АВ2-101- А2-82- - 48 48 55 75 75 132 75 4 5,5 7,5 7, вуглекислого газу, П - прямокутне розташування цилндра.
Таблиця 2.9. Технчн характеристики водолазних переносних пересувних компресорв високого тиску Характеристика АЗНВ "Старт-2М" "Старт-1М" ДКР 16/ ДК2-150/ ЭК2-150Д КР- ГК- СО-7А КА15-15Е ДК24- ВХП- Кнцевий робочий тиск, МПа 22 20 20 20 20 15 15 22,5 0,6 22;
33 30 14... Подача, м3/хв:
при кнцевому 0,06...
0,0005 0,0002 0,0002 0,0013 0,0013 0,001 0,002 0,0013 0,079 0,002 0,...0, тиску приведена до 0,8...
початкових умов 0,10 0,03 0,03 0,23 0,23 0,14 0,27 0,25 0,50 0,40 0,...0, всмоктування Число ступенв стиску 3 3 3 3 3 3 3 3 1 4 4 МК-22 30SAE (ултку), Марка мастила - - (замнник МС-20) 10SAE5W (узимку) МС- (узимку) 10SAE5W вано води К-12;
К- 50% глцерну, 50 % дистильо 30SAE (ултку), "Друж- АОМ- 2Ч8,5/ Двигун:
- - 4А 13254УЗ АМ70-6 УД-25 - - - - ба-4" 32 / марка 4,5 2,2 2,2 9 10 9,5 15 8 5,8 11 14 потужнсть, кВт габаритн роз мри, мм 60 39 49 580 500 650 340 395 178 285 385 Маса, кг А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ Компресори типу "Старт", АЗНВ1 переносн (робочий газ - повтря для аквалангв), нш - пересувн (робочий газ для компресора ГК-225 - гелй, для нших - повтря). Гелвий компресор ГК- ма максимальний ступнь стиску - 10, тиск на вход 15 МПа, на виход - 22,5 МПа. Використовуться для наповнення малолтраж них транспортних балонв.
Киснев компресори (табл. 2.10) призначен для наповнення кис нем або азотно-гелокисневою сумшшю малолтражних балонв водолазних апаратв до тиску 15...20 МПа шляхом перепуску наступного перекачування кисня або сумш з транспортних бало нв, для наповнення киснем транспортних гелвих балонв пд час виготовлення гелокисневих азотно-гелокисневих сумшей.
Таблиця 2.10. Технчн характеристики водолазних кисневих дотискуючих компресорв КД-4М, КД- КД-4- Характеристика КД- КД- КД-ЗМ КН-4П КН-Р КН- Подача при тиску всмок тування 7 МПа, л/хв 1,56 1,60 1,63 1,50 1,48 1,49 0,45 1, Робочий тиск, МПа 27 22 24,5 22 20 20 20 Кльксть цилндрв 2 2 2 2 2 2 2 Кльксть ступенв стиску/ ступнь стиску 1/2 1/2 1/2 1/3 1/2 1/2 1/2 1/ Ручний 220/ 127/ 220/ привод Напруга, В Потужнсть, Вт 1,1 1,1 1,1 1,1 1,0 1,0 - 3, Частота обертання, об/хв 440 440 555 440 450 450 20 Габаритн розмри, мм Маса, кг 65 65 66 87 110 200 60 А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв 2.4. Електрогенератори Електрогенератори (ЕГН) призначен для забезпечення елект роенергю загальносуднового технологчного обладнання, а також зарядки акумуляторних батарей (АБ). Установлюються на великих населених ПА, пдводних човнах рзного призначення (бойових, робочих, туристичних).
Генератори для вироблення електричного струму на пдводних апаратах розрзняють [5, 56]:
за принципом д - електромеханчн, терморезистивн, напв провдников, зотопн;
за типом привода - ДВЗ чи турбна;
за конструктивним виконанням - навсн з бчним вдбором потужност вд головного двигуна спввсн;
за родом струму - змнного постйного струму;
за напругою - низько (до 30 В), середньо (до 600 В) високо вольтн.
Частше зустрчаються навсн ЕГН, як мають кращ масогаба ритн показники бльш високий ККД.
Системи електропостачання обов'язково включають у свй склад пдсистеми: розподлу електроенерг (з апаратурою керування), регулювання, захисту, а також генераторн н шини. Структура х ндивдуальна для кожного ПА.
Системи ЕГН у залежност вд роду струму подляють на два класи: з роздльною паралельною роботою каналв генерування.
Канал генерування включа джерело електроенерг, апаратуру керування, регулювання, захисту, комункацйну збрн шини каналу. Використовують ЕГН змнного струму як з постйною час тотою 400 Гц, так з змнною частотою вд 320 до 1050 Гц. При цьому робоча нйна напруга мереж становить 200 В.
Електрогенератори постйного струму орнтован на 27 В. У бль шост схем енергопостачання використовуються мпульсн нвер тори, що перетворюють змнний струм напругою 200 В на постй ний напругою 27 В.
Число каналв генерування звичайно дорвню числу головних двигунв (вд 1 до 3).
Схема триканально системи генерування робочого пдводного апарата (РПА) наведена на рис. 2.26.
Найбльш досконалим типом електромеханчних компактних навсних ЕГН нтегральн приводи-генератори (ПГ) з постйною ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ частотою обертання (рис. 2.27) [27]. пхн масов показники (близько 0,8 кг/кВт) агрегатна потужнсть до 60 кВт у сукупност з тривалим термном служби (до 104 год) роблять цей тип ЕГН найбльш при вабливим для використання на ПА.
Пер- ГП ГП1 ГП Д винна Г Г4 Г1 Г АЖ Д Елек трожив лення вд суд на-но- СП ся ВУ3 ВУ ВУ1 ВУ Вторин на Автономна Система система ЗП живлення особливо Резервна Основна система А важливих система споживачв Рис. 2.26. Схема триканально системи генерування електричного струму РПА:
Г1ЦГ4 - генератори;
ВУ1ЦВУ4 - випрямн установки;
ЗУ - зарядний при стрй;
СП - статичний перетворювач;
Д - двигун;
ГП1ЦГП3 - гдропри води;
АДЖ - автономне джерело живлення;
А - акумулятор Генератор Гдроприводи Диференцал Рис. 2.27. нтегральний привод-генератор ПА А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв 2.5. Гдропневмоакумулятори Гдропневмоакумулятор (ГАК) - мнсть, призначена для аку мулювання повернення енерг робочо рдини. Вн використову ться в системах гдропривода ПА як джерело робочо рдини висо кого тиску ресивера, що згладжу пульсац тиску на виход насос но станц, а також для компенсац втрат тиску витокв [41].
Конструктивно розрзняють ГАК за такими ознаками: за фор мою - сферичн цилндричн (рис. 2.28);
за способом подлу робо чих порожнин - з еластичною дафрагмою з металевого сильфона або гумотканинного еластомеру з плаваючим поршнем.
6 Г Г 5 Р а б Рис. 2.28. Схеми гдроакумуляторв:
а - цилндричний;
б - сферичний;
Г, Р - газова рдинна камери;
1, 4 - криш ки;
2 - роздльний поршень;
3 - ущльнювальн кльця;
5 - рдинний затвор;
6 - корпус;
7 - гумова дафрагма;
8 - металева шайба Корпус цилндричного ГАК, як правило, виготовляться з високомцно леговано стал, кришки - з алюмнвого сплаву типу В96Т. Корпус ГАК може бути рознмним з двох половин, з знмними фланцями або мати знмну кришку, через яку вкладаться еластична мембрана. Кришки ГАК обладнуються нарзними отворами штуце рами для включення в структуру гдравлчно системи. Товщину ст нок корпусу ГАК сферично форми визначають за формулою k Pp R tсф =, 2[ ] ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ де k - коефцнт запасу, k = 1,5...2,0;
Рр - робочий тиск, визначува ний типом гдропривода, МПа (звичайно Рр = 7...25 МПа);
R - ра дус корпусу, м;
[] - допустим напруги, МПа.
Для цилндрично форми корпусу застосовуться формула k Pp R tц =, [] де k = 1,8...2,5.
Гдропневмоакумулятори звичайно захищен антикорозйним покриттям: внутршня порожнина - шаром цинку чи хрому;
зов ншня поверхня - хромуванням (сталев корпуси) та ематалюван ням (корпуси з алюмнвих сплавв) з наступним фарбуванням епо ксидною чи полуретановою емаллю.
кмнсть ГАК визначають на основ гдравлчного розрахунку системи або за даними технчного завдання. Звичайно ця величина становить вд 3 до 12 дм3 для одного акумулятора.
Для зменшення габаритв ГАК у Злив систем використовують двокамер ний акумулятор, схема включення якого зображена на рис. 2.29.
Г Р Рис. 2.29. Схема включення в сис тему двокамерного гдроакумулятора:
Г, Р - газова рдинна камери Нагнтання Робота ГАК мнстю W у процес зарядки-розрядки опису ться рвнянням PрW 1,3 = const, де 1,3 - показник полтропи;
Pр - робочий тиск, Па;
W - об'м газо во камери, м3.
Установлено, що найбльший ефект вд застосування ГАК у систем спостергаться при тиску попередньо зарядки газово камери 30...50 % вд робочого тиску гдросистеми.
А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв 2.6. Гдравлчн пристро машини Гдравлчн пристро машини використовуються для тих же цлей, що електромеханзми. На вдмну вд електричних машин носм енерг в них служить рдина пд тиском.
До переваг гдравлчних машин варто вднести можливост швидкого пуску, зупинки реверсування (як у десятки разв переви щують характеристики електромашин), регулювання в широких межах швидкост обертання, потужност крутного моменту, висок показники питомо потужност масогабаритн характеристики (як у 1,5...3,0 рази перевищують аналогчн показники електродвигунв).
Основний тип гдравлчних систем - системи закритого типу, у яких робоча рдина циркулю безупинно. Використовуються також розмкнут гдравлчн системи, у яких вдпрацьована рдина виводиться назовн (рис. 2.30).
1 3 а 1 Забортна вода б Рис. 2.30. Гдравлчна схема механзму з замкнутою (а) розмкнутою (б) системами живлення:
1 - електромотор;
2 - насос;
3 - фльтр;
4 - запобжний клапан;
5 - електро механчний клапан керування потоком;
6 - гдромотор;
7 - витратний бак для масла ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ Як робочу рдину закритих гдравлчних систем застосовують найчастше масло з низькою в'язкстю, яке не тльки носм енерг, але мастилом для внутршнх елементв двигунв насосв.
В'язксть масла зроста з збльшенням робочо глибини зни женням температури (рис. 2.31). З зростанням глибини застосо вують бльш рдкоплинн масла [3]. У розмкнутих гдравлчних сис темах робочою рдиною морська вода, що робить непотрбними резервуари з запасом робочо рдини спрощу герметизацю системи.
, сСт, сСт 60 50 1 40 4 5 6 5 6 20 о 10 20 30 40 50 60 70 P, МПа 10 20 30 40 50 60 70 t, C а б Рис. 2.31. Залежност вТязкост масел вд температури (а) зовншнього тиску (б):
1 - MIL-H-6083c;
2 - MIL-H-5606;
3 - VV-D-001078;
4 - AMг-10;
5 - "Брейко-762";
6 - гас ТЧ, вода (1 сСт = 10Ц6 м2/с) Обмежене використання розмкнутих систем викликано знач ними складностями у забезпеченн корозйно стйкост змащення основних елементв (механзмв) та боротьб з абразивним зносом.
Дослдн зразки насосв гдромоторв, що працюють за розмкну тою схемою, апробован на глибоководних населених ПА "Deep Qwest", "Trieste", "Paisis", "ТИНРО 2", "Аргус", "Осмотр".
Для використання на пдводних апаратах найбльш придатними за тактико-технчними даними серйн механзми пристро з номенклатури авацйних пдпримств, як вдрзняються кращими серед нших масогабаритними характеристиками. Гарантований ресурс хньо роботи 2000...8000 год, що в бльшост випадкв може вважатися задовльним з погляду експлуатац. Технчн харак теристики деяких гдромоторв насосв наведен в табл. 2.11.
Таблиця 2.11. Характеристики аксально-поршневих насосв гдромоторв Марка Потужнсть, кВт Продуктивнсть, л/хв Число обертв, об/хв Робочий об'м, см3/об Маса, кг Робочий тиск, МПа Габаритн розмри, мм Насос НП-26М - 16...18 2500...4000 6,0 7,6 21,0 Насос НП-30-1 - 28...35 2500...3000 8,0 9,6 21,0...28,0 Насос Н-419, Н-435 - 50...60 2500...3000 20,0 9,0 8,0...15,0 Насос НС-46-2 - 17...20 5000...7000 3,0 7,5 21,0...22,5 Насос НП-34 - 35...38 2000...3000 11,0 9,6 21,0...21,5 Насос НП-89-ДПС - 50...55 4000 12,0 11,5 21,0...22,0 - Гдромотор ГМ-40М 2,0...2,4 - 550...650 10,0 4,0 21,0...21,5 Гдромотор ГМ-44М 0,8...1,2 - 800...2500 2,0 2,5 20,0...21,5 Гдромотор ГМ-35 5,5...10,0 - 1500...2500 37,0 7,9 13,5...15,0 Гдромотор ГМ 08/1 2,5...3,0 - 1800...3300 11,5 3,2 10,0...12,0 Гдромотор ГМ-21 1,8...2,2 - 2500...4000 8,7 2,5 6,0 - Гдромотор ГМ-26 1,3...1,5 - 2500...4000 4,7 2,0 6,0 - Гдромотор ГМ-36 2,5...3,0 - 2700...3000 11,0 3,8 9,0 - Гдромотор ДIА-IПС 3,5...5,5 - 3000...4600 13,0 6,5 20,0...22,5 Гдромотор Г373 3,0...6,5 - 3000...4600 19,0 3,6 15,0 А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ Конструкця гдравлчних механзмв пристров докладно опи сана в роботах [24, 28, 56]. Перелчимо лише основн хн типи з зазначенням функцонального призначення основних технчних характеристик.
Лнйн силов приводи (гдроцилндри) призначен для передач зворотно-поступальних зусиль рзних механзмв. Вони найчастше бувають поршневого типу з регулюванням напрямку швидкост перемщення та розрзняються створюваним зусиллям (вд трьох до клькох сотень клоньютонв), довжиною ходу штока (вд деклькох млметрв до метра бльше) робочим тиском Pр (використовуться стандартний ряд 6,0;
9,0;
16,0;
21,0 МПа). Зусилля F, що розвиваться гдроцилндром, визначаться за виразом F = S kгц Pp MH, де S - площа поршня, м2;
kгц - ККД гдроцилндра;
kгц = 0,92. нод замсть гдроцилндрв використовують пристро сильфонного чи дафрагмового типв, як забезпечують трохи бльший ККД.
Для захисту вд короз зовншню внутршню поверхн цилн дрв хромують, а всередин робочо порожнини закрплюють цин ковий анод.
Силов приводи поворотно д забезпечують поворот механзмв пристров на обмежений кут (вд 2 до 2 рад) при значному момент, що сяга 200...300 кНм. Розрзняють два типи пристров - лопатев плунжерн. Обидва вдносяться до механзмв об'мно д.
Найчастше для пдводних робт використовують поворотний гдро цилндр з рейковою передачею, що вдрзняться малим витоком високими навантажувальними характеристиками. Робочий тиск аналогчний зазначеному для гдроцилндрв.
Гдравлчн двигуни призначен для перетворення енерг потоку робочо рдини в обертальний рух навпаки, тобто машинами обо ротно д. Гдравлчн двигуни являють собою механзми об'много типу, хн теоретичне число обертв визначаться витратою рдини Q, м3/хв:
Q nоб = об/хв, q qо де q - робочий об'м машини за один оберт, м3;
qo - об'мний ККД;
qo = 0,90...0,95.
А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв Обертальний момент Mоб не залежить вд типу двигуна визна чаться тльки тиском витратою рдини:
Pp q Mоб = Н м, де Рр - робочий тиск, МПа.
За конструктивним виконанням розрзняють машини плунжерн (радально-поршнев й аксально-поршнев) шестеренн з зовнш нм або внутршнм зачепленням (шестрня в шестрн), планетарного серпоподбного типв. Докладно конструкця гдронасосв мото рв розглянута в пп. 2.2. Питома потужнсть машин перерахова них типв знаходиться в дапазон 0,8...1,1 кВт/кг, робочий тиск - 6...21 МПа. Шестеренний тип двигуна бльш невибагливий деше вий, однак ма бльш витоки робочо рдини вдносно низький ККД. Зовншнй вигляд аксально-поршневого гдромотора ГМ- наведений на рис. 2.32 (принципову схему див. рис. 2.13), шестерен них насосв - на рис. 2.33.
Характеристики деяких аксально-поршневих насосв гдро моторв, як можуть бути використан для насосних станцй приво дв ПА [42], подан в табл. 2.11.
Керован гдравлчн клапани служать для дискретного керування потоком рдини, яка податься до виконавчого пристрою вдво диться вд нього;
запобгання надлишковому тиску регулювання зусилля момента, що розвиваться механзмом. Вдносяться до при стров з електромеханчним (рд ше з ручним) приводом.
Клапани керування подля ються на дво-, три- чотири ходов за числом пар отворв, як служать для впуску вдводу р дини пд тиском (рис. 2.34), а за виконанням - на дво- чи три позицйн.
Рис. 2.32. Аксально-поршневий гдромотор ГМ- ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ 5 Рис. 2.33. Шестеренний гдромотор:
1 - маслозабрний патрубок;
2 - фльтрувальна стка;
3 - кришка;
4 - веде на шестрня (9 зубцв);
5 - корпус;
6 - всь ведено шестрн;
7 - валик при вода переривника-розподльника запалювання, масляного паливного на сосв;
8 - шестрня (14 зубцв) привода масляного насоса переривника розподльника;
9 - ведучий валик;
10 - канал для подач масла вд насоса;
11 - болт крплення насоса;
12 - ведуча шестрня (9 зубцв);
13 - редуцй ний клапан;
14 - пружина клапана А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв Функця клапана визначаться його схемою способом перем щення золотника.
Т Р а б А Б В в г Р Т д Рис. 2.34. Умовн позначення схеми трипозицйних чотириходових клапанв:
а - з вдкритим центральним каналом;
б - з перекритим центральним каналом;
в - доступ рдини пд тиском перекритий, канали А Б спа рен з резервуаром;
г - канал В перекритий;
д - канали Р Т зТднан мж собою Клапани ручного керування застосовують у тих випадках, коли оператор час вдкриття особливо рол не вдгра, але важлива послдовнсть (як у системах дистанцйного керування, коли опера тор може почати операцю за свом розсудом). Для зручност мон тажу захисту котушок соленодв вд морсько води клапани пом щають усередину спецальних клапанних коробок, що заливаються делектриком. У багатьох випадках соленодн котушки агрегату ються разом з корпусом клапанно коробки, полпшуючи таким чином надйнсть масогабаритн показники приладу. Зовншнй вигляд будова таких коробок зображен на рис. 2.35.
Сервоклапани (електрогдравлчн пдсилювач) призначен для ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ плавно змни витрати рдини в залежност вд керуючого сигналу застосовуються для пропорцйного керування роботою рзних пристров, двигунв, гдроцилндрв т. д.
Бльша частина гдропдсилювачв двоступнчастими при строями, де двигун чи осердя соленода перемща керуючий золот ник чи заслнку сопла або струминну трубку, що, у свою чергу, пере мща головний золотник, виконаний у три- чи чотириходовому варант.
Некерован клапани призначен для автоматичного регулювання потоком рдини в заздалегдь визначеному дапазон. Це зворотн клапани, як забезпечують прохд потоку робочо рдини тльки в одному напрямку;
запобжн клапани, як спрацьовують при над мрно великому тиску в робочй порожнин;
регулятори тиску, як нормально знаходяться у вдкритому положенн спрацьовують при паднн тиску робочо рдини нижче розрахункового;
пере пускн клапани, як служать для з'днання порожнин високого тис ку з зливною порожниною гдравлчно системи, якщо тиск усередин напрно глки перевищить заданий рвень. Псля скидання надлиш кового тиску перепускний клапан закриваться.
Ус перерахован типи клапанв виготовляються в корпусах з стал чи алюмнвих сплавв. Вони дуже компактн - маса стано вить вд 0,1 до 0,6 кг, найбльший розмр не перевищу 0,15 м. пхнй зовншнй вигляд показаний на рис. 2.36.
Рис. 2.35. Клапанна коробка з елект- Рис. 2.36. Керуюч клапани ромагнтними клапанами КЭ 50-3 фльтри тонкого очищення гдравлчна фурнтура А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв Клапани керування потоком служать для регулювання потоку рдини до споживачв з постйною витратою. Використовуються шунтувальн трубки;
дросельн шайби регульован голчаст кла пани, як можна використовувати для перекриття чи регулювання потоку шляхом нйного перемщен ня конусного штиря (голки).
Фльтри служать для очищення робочо рдини вд твердих частинок, що потрапили в рдину в результат зносу внутршнх частин механзмв або з нших причин. Найчастше ви користовують фльтри-вдстйники (рис. 2.37 2.38), встановлюван в без 2 посереднй близькост вд насосно станц.
Рис. 2.37. Схема фльтра-вдстйника:
4 1 - нагнтальний патрубок;
2 - фльтрувальн елементи;
3 - зливний отвр;
4 - корпус фльтра 6 8 11 Рис. 2.38. Повноструминний масляний фльтр тонкого очищення масла:
1 - корпус фльтра;
2 - фльтрувальний вкладиш з вскозного волокна;
3 - опора пропускного клапана;
4 - пропускний клапан;
5 - вкно в корпус пропускного клапана;
6 - корпус пропускного клапана;
7 - паперовий фльтрувальний еле мент;
8 - перфорована центральна трубка фльтра;
9 - протидренажний клапан;
10 - пдсилювальна пластинка кришки;
11 - кришка фльтра;
12 - канал подач масла для фльтрац ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ Як фльтрувальн елементи застосовують металев стки, тканину, паперов фльтри, шайби з пористо керамки. Розрзня ють фльтри грубого (з крупнстю чарунок 30...50 мкм) тонкого (12...15 мкм) очищення. Характеристики фльтрв сер ФГ наведен в табл. 2.12.
Таблиця 2.12. Характеристики фльтрв сер ФГ Пропускна здатнсть Розмри при тиску Тип фльтра Маса, кг L D, м 21,0 МПа, л/хв ФГ-32 35...38 0,58 0,150, ФГ-44 45...50 0,72 0,170, ФГ-56 60...70 1,15 0,210, 2.7. Джерела електроенерг Електрика основним видом енерг, що забезпечу роботу бльшост систем ПА, як силових, так керуючих. Передача електро енерг на борт ПА, збергання вироблення пристроями ПА можуть бути реалзован деклькома способами [40].
Силове електроживлення податься на борт прив'язних ПА по спецальному кабелю пд напругою 200...3000 В. Пдвищення напруги виправдовуться зниженням утрат на передачу енерг по довгому кабелю. Конкретне значення робочо напруги визначаться в процес проектування. На борту ненаселеного ПА струм високо напруги перетворються до вигляду, необхдного для роботи бортових пристров [5].
Автономн ПА найчастше використовують хмчн джерела електроенерг у вигляд гальванчних елементв, електричних акумуляторв паливних елементв. Останнми десятилттями для великих ПА (як населених, так ненаселених) стали використову вати теплоенергетичн установки на основ двигуна Стрлнга, радозотопн джерела мал ядерн реактори на швидких нейтронах з наступним перетворенням в електроенергетичн. Дапазони засто сування рзних джерел енерг наведен на рис. 2.39, а х необхдна потужнсть - на рис. 2.40 [5, 21].
Вибр конкретного типу акумуляторно батаре (АБ) визнача ться призначенням ненаселеного ПА й особливостями його експлу А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв атац. В даний час бльш нж на 80 % всх автономних апаратв ви користовують свинцево-кислотн батаре завдяки х низькй варто ст високй струмовддач. У деяких випадках (в основному на апа ратах спецального призначення) використовують лужн србно-цин ков, нкель-кадмв чи нкель-метал гдридн акумулятори, як мають набагато кращ показники питомо енергомсткост порвня но з свинцевими. Порвняльн дан щодо вартост основних типв акумуляторних батарей та нших джерел електроенерг для ПА на веден в табл. 2.13 [5, 21, 26, 35, 42, 46, 56].
N, кВт Ядерн ТЕУ з машинним реактори перетворювачем Рис. 2.39. Даграма спввд ношень потужност N трива лост роботи T для рзних дже 100 рел струму Акумуля- Паливн Радозотопн торн елементи елементи джерела сухо батаре 10 - 101 10 1 102 10 3 104 Т, год N, кВт Рис. 2.40. Орнтовна за лежнсть потужност ру шйно-рулевого комп лексу вд водотоннаж 60 ност ОПА з швидкстю ходу 6 вузлв D, т 50 100 150 200 250 Таблиця 2.13. Характеристики джерел електрично енерг, застосовуваних для ПА Питома Термн служби Питома енергя потужнсть Вид джерела енерг Вт Вт Вт год Вт год Мсяц Цикли Вартсть 1 кг, USD Робоча напруга елемента кг кг дм 3 дм Акумулятори:
србно-цинков 3...18 50...150 1,50 130...300 520...560 90... - - србно-кадмв 15...18 300...1000 1,15 120...270 500...530 92... - 1000...2000 - - нкель-метал гдридн 18...30 1,25 230...320 500 45... свинцев 12...18 200...400 2,10 40...60 160...190 4... - 150... нкель-кадмв бела мельн 15...48 1,25 100...180 300...400 28... 100...150 800... нкель-воднев 15...24 - 60 - 22... 800...2000 - залзо-нкелев 12...24 1,25 60...100 150...20 26... 300...600 - - Гальванчн елементи:
марганцев - - 1,46...1,52 40...70 100...300 2... 0,4...0,8 1... ртутно-цинков - - 1,25 58...65 25...30 10... 0,5...1,0 1,5...3, Паливн елементи:
воднево-киснев 0,2...0,5 - 0,90...1,20 360...540 60...80 40... - - натрво-срчан 0,2...0,5 - 1,2...1,6 540...1000 - - - - натрво-киснев 0,01...0,03 - 1,4...1,8 160...240 310...600 - - - 1,0...1, ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ 11...250 12... тво-водн 0,01...0,05 - (одн 100...400 12...250 - пари) Продовж. табл. 2. Питома Термн служби Питома енергя потужнсть Вид джерела енерг Вт Вт Вт год Вт год Мсяц Цикли Вартсть 1 кг, USD Робоча напруга елемента кг дм кг дм - - тво-срчан - - - 250 - - - - тво-хлорн - - - 375 - - - - киснево-цинков 0,5 - - 57 - - - - гдронн 1,0...1,5 - 0,25...0,50 50...180 - - Радозотопн генератори:
9,3 2, плутонй 238 120 - - - - 400... 22,4 3, кюрй 244 120 - - - - - 1170 4, кюрй 242 6 - - - - - 1320 4, полонй 210 6 - - - - - ТЕУ з машинами-пере творювачами - дизель - - генератори 15...20 - - 170...320 40...110 - Газотурбнний перетво - 6... 15...20 - - 110...180 - - рювач 145 140... ЕУ Стрлнга 15...20 - - - - - Ядерн енергетичн ус тановки:
"Snap-50" 18...24 - - 468 - - - - - - "Трикт" 36...48 - - 250 - - - 7... "Snap-80" 18...24 - 700 - - - А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ Акумулятори, застосовуван на ненаселених ПА, можуть бути як у звичайному, так в заглибному виконанн з ндивдуальним чи загальним компенсатором. У першому випадку х установлюють усередин мцного корпусу (рис. 2.41Ц2.43).
3 Рис. 2.41. Схема заглибно акумуляторно батаре з загальним компенсатором тиску:
1 - акумулятори;
2 - контейнер з пластмаси;
3 - кришка контейнера;
4, 9 - шланги системи компенсац;
5 - клапан для скидання надлишкового тиску газв;
6 - розширювальний бачок;
7 - нш маслозаповнен системи апарата;
8 - компенсатор тиску;
9 - колекторний трубопровд I 8 М 2 : 88 10 7 6 I 34 4 2 Рис. 2.42. Розмщення акумуля Рис. 2.43. Схема акумулятора з ндив торно батаре в герметичному дуальною системою компенсац тиску:
корпус:
1 - опорн рамки;
2 - напрямн;
3 - 1 - корпус акумулятора;
2 - пластини з ак пддон для АБ;
4 - акумулятори;
5 - тивною масою;
3 - клемна коробка з герме мцний корпус;
6 - гермоввд;
7 - ка- тизувальною заливкою компаундом;
4 - гу бель;
8 - каталтичн камери допа- мовий компенсатор;
5 - запобжний клапан;
лювання водню 6 - шина-перемичка А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв Принципи створення використання заглибних систем АБ опи сан в роботах [13, 21, 46]. На ПА використовують два типи свин цево-кислотних акумуляторв у заглибному виконанн, що випуска ються серйно: СП-200 СП-680. Характеристики цих акумуляторв наведен в табл. 2.14, а конструкця - на рис. 2.44.
Таблиця 2.14. Характеристики заглибних свинцево-кислотних акумуляторв Габаритн роз- Маса одн Питома енергя кмнсть, Тип аку мри одн бан- банки з елект кДж/кг МДж/м мулятора Агод ки, м ролтом, кг СП-200 11,5 126 210 200, СП-680 38,0 126 270 680, Розмщення акумуляторних ба тарей пд сидннями тумб для па сажирв у салон туристичного ПА "V48-T-SUB" показане на рис. 2.45.
Поряд з вторинними хмч ними джерелами струму на ПА ви користовують паливн елемен ти - так зван електрохмчн гене ратори (ЕХГ) рзних конструкцй, Рис. 2.44. Акумуляторна батарея у яких реалзуться принцип одер СП-200 в заглибному виконанн жання електрично енерг за допо могою перетворення хмчно форми в електричну [42].
ЕХГ належать до первинних хмчних джерел електрично енер г. У них на вдмну вд хмчних джерел струму для одержання електроенерг як реагенти звичай но використовуються не метали та хн сполуки, а неелектропровдн Рис. 2.45. Акумуляторн батаре под сидннями тумб для пасажирв у сало н туристичного ПА ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ речовини (водень, кисень, водовмсн гази). Це менш дорог неде фцитн речовини. Тому ЕХГ у порвнянн з АБ гальванчними еле ментами мають малу матерало-мстксть. пх вдрзняють високий ККД (60...80 %), який мало залежить вд навантаження, анаероб нсть, компактнсть, хорош питом показники, висока надйнсть великий ресурс.
Сьогодн вже створена значна кльксть конструкцй ЕХГ, що випробуван в лабораторних умовах та експлуатуються в ряд галу зей автомобльно космчно технки, а також ПА.
Створен на баз ЕХГ установки для пдводних човнв (ПЧ), що працюють без доступу атмосферного повтря, довели на практиц свою працездатнсть ефективнсть.
Системи, що входять до складу ЕХГ, методи хнього розрахунку, експериментальн дослдження описан в роботах [21, 26, 35, 40, 42].
З огляду на специфку роботи ненаселених ПА очевидно, що кра щою буде визнана система, яка ма мнмальн масогабаритн харак теристики, необхдний рвень надйност малу вартсть.
ЕХГ (паливн елементи) розрзняють за трьома основними озна ками: застосовуваними реагентами, умовами проведення електро хмчно реакц принципом використання палива, а назви ЕХГ дають, як правило, за типом використовуваного палива.
Порвняльн характеристики ЕХГ, розроблених для населених ПА рзними фрмами, наведен в табл. 2.15 [42, 46].
Таблиця 2.15. Характеристики ЕХГ Питома Пито- Питома Трива Фрма- витрата Рд палива мий об'- маса, сть ро розроблювач палива, м, м 3 /кВт кг/кВт боти, год кг/кВт "Юнайтет тех- H2 O нолоджи кор- 0,080 16,7 0,1 60, (рдкий) порейшен" "Юнайтет тех- H2 O нолоджи кор- 0,080 16,7 0,1 40, (газоподбний) порейшен" "Монсанпо" N 2 H 4 H 2O 0,025 30,0 0,41 35, (рдкий) А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв Продовж. табл. 2. Питома Питомий Питома Трива Фрма- витрата Рд палива об'м, маса, сть ро розроблювач палива, м 3 /кВт кг/кВт боти, год кг/кВт Лабораторя N 2 H 4 - рдкий;
ВМС США 0,020 25,0 0,48 32, O 2 - газоподбний "Альстом" N 2H 4 H 2O 0,005 5,0 0,5 10, (рдкий) Ведуться роботи з створення малогабаритних джерел електро енерг з тепловими двигунами замкнутого типу, водно-металевими елементами, ядерними енергетичними установками [20Ц22, 26, 42, 46]. Однак на сьогодншнй день х масогабаритн характерис тики не дозволяють розмстити дан типи енергоджерел на бль шост ненаселених ПА (за винятком великих робочих апаратв для ведення робт на дн по прокладц кабелв, трубопроводв видо бутку корисних копалин).
Хмчн джерела струму (ХДС) набули широкого застосування в рзних областях вйськово-морсько технки, включаючи радо електронне озброння, засоби руху, системи збро т. д. Застосо вуються ХДС рзних типв: Zn - МnО2, Zn - Hg - водоактивован з магнвим анодом;
Zn - Ag - термоактивован;
Zn - Ag, Mg - AgCl.
З усх перспективних розробок ХДС до великомасштабного промислового виробництва доведен лише тв первинн елементи з неводними електролтами, що зайняли досить мцне мсце на свтовому ринку.
Випускаються тв елементи трьох типв: з електролтом на основ органчних розчинникв;
з електролтом на основ неорга нчних розчинникв;
з твердим електролтом.
Металевий тй термодинамчно нестабльний практично у всх електролтах, застосовуваних у хмчних джерелах струму. Однак утворення на поверхн тю, зануреного в електролт, захисно плвки практично припиня подальшу хмчну взамодю, не перешкоджаючи перебгу електрохмчного процесу. Саме це явище дозволя на практиц ефективно використовувати працюючий т вий електрод забезпечити його мнмальний саморозряд.
ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ Низька розчиннсть в органчних розчинниках бльшост неор ганчних з'днань да можливсть широкого вибору катодних мате ралв вдповдно створення на хнй основ елементв з характе ристиками, що задовольняють рзн вимоги, як ставляться спожи вачами щодо якост напруги, питомо мност, потужност, умов експлуатац, вартост.
Виготовляються тв елементи шстнадцяти електрохмчних систем. Найбльшого розвитку набули п'ять з них: тй - доксид срки (SO2), тй - фторований вуглець (CFх), тй - доксид мар ганцю (МnО2), тй - оксид мд (CuО), тй - тонлхлорид (SOCl2).
За питомими характеристиками тв ХДС значно перевищують так гальванчн елементи, як нкель-кадмв, марганцево-цинков (сольов), марганцево-цинков (лужн), ртутно-цинков.
Крм високих питомих енергетичних характеристик розрядних напруг, тв елементи з органчними електролтами мають низку експлуатацйних переваг: широкий дапазон робочих температур (вд Ц55 до +150 С);
високу збережнсть заряду (вд 5 до 10 рокв);
цлком герметичн.
Лтв елементи з твердими катодними матералами вдносяться до малопотужних. Питома потужнсть таких елементв (традицй них конструкцй), як правило, не перевищу 10...20 Вт/дм3. Для пд вищення потужнсних характеристик використовуються спральн конструкц елементв, у яких виконан у вигляд стрчок катод анод з прокладеним мж ними сепаратором скручуються в рулон вм щуються в цилндричний корпус. Така технологя дозволя виго товляти елементи з значно бльшою робочою площею поверхн електродв у порвнянн з традицйною конструкцю вдповдно забезпечити велик розрядн струми. Електрохмчна система Li - SO2, що використову як активний катодний матерал розчинений в електролт доксид срки, дозволя досягати значних потужностей.
Так, наприклад, елемент типорозмру 373 спрально конструкц фрми ФSandiaФ (США) ма питому потужнсть до 500 Вт/кг при пи томй енерг 100 Втгод/кг.
Елемент тй - доксид срки специфчний за конструкцю й умовами експлуатац. Оскльки як активний компонент використо вуться газоподбна (за нормальних умов) речовина, розчинена в електролт, пд час розгрвання елемента, викликаного форсова ними струмами чи розрядом короткого замикання, у корпус еле мента зроста тиск, що може призвести до розгерметизац або А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв вибуху елемента. Тому елементи системи Li - SO2 обладнуються запобжними клапанами для скидання тиску, а пд час хньо екс плуатац рекомендуться забезпечувати захист вд короткого зами кання. Крм того, герметизацю елемента здйснюють не заваль цюванням з застосуванням пружно прокладки (як елементв нших систем), а за допомогою скляно-металевого вузла герметизац. Спе цально розроблене корозйно-стйке скло з зниженим вмстом оксиду кремню (типу ТА-23) забезпечу герметичнсть корпусу до 5 рокв бльше.
Останнми роками намтилися перспективи створення переза ряджуваних твих джерел струму. При десятикратному над лишку тю на електрод вдносно до того, що витрачаться при одиничному розряд, ресурс елемента склада 500 циклв.
У ХДС використовуються полмери, як мають онну (пол ефри) та електронну (полацетилен) провднсть. Питома енергя полацетиленових акумуляторв у залежност вд складу електролту способу виготовлення електродв змнються вд 300 до 700 Втгод/кг (у розрахунку на масу активних матералв електродв електролту) при напруз розряду близько 3,0 В, наробток - вд 200 до 500 бль ше циклв. Питом характеристики акумулятора з урахуванням масогабаритних показникв ус конструкц виявляються ниж чими описаних вище "звичайних" твих джерел струму. Акумуля тори з полацетиленом можуть мати високий саморозряд (вд до 35 % за 48 год витримки в зарядженому стан).
Завдяки високим питомим показникам експлуатацйним влас тивостям хмчн джерела струму на основ тю стають одними з перспективних видв. ХДС удало доповнюють можливост тради цйних акумуляторв електрохмчних генераторв, а нод замня ють х цлком.
Створен тв ХДС охоплюють самий широкий дапазон потужностей:
малогабаритн елементи з електролтами на основ органчних розчинникв мнстю клька ампер-годин (Агод);
тй-тонлхлоридн елементи велико мност (клька тисяч ампер-годин).
Особлив можливост снують у перспективних високоефектив них твих акумуляторв з твердими електролтами, так званих твердотльных батарей.
Американська фрма створила аварйне (резервне) джерело живлення з використанням тй-тонлхлоридних елементв G ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ мнстю 17000 Агод (для навантаження 7 кВт напруги 30 2 В), випробування яких [35] показали хню працездатнсть безпеку.
Нижче наведен характеристики таких елементв:
Номнальна мнсть, А год Габарити, мм Маса, кг Номнальний струм розряду, А Напруга розряду при номнальному струм, В 3, Питома енергя:
по мас, Вт год/кг об'мна, Вт год/дм3 Ц40...+ Дапазон робочих температур, С Застосування надйного скляно-металевого вузла герметизац при виготовленн тй-тонлхлоридних елементв у сполученн з високим очищенням активних компонентв електродв електролту, що забезпечу низький саморозряд твого анода, дозволя про гнозувати досяжну збережнсть зарядженост елементв до 20 рокв.
У теперешнй час фрмою Altus уже випускаються батаре сер AL6-C системи Li - SOCI2 з термном збережност заряду 10 рокв.
У табл. 2.16 наведен порвняльн характеристики АБ з електро хмчною системою тй - срка з свинцево-кислотними србно цинковими АБ з такими вихдними параметрами: мнсть - 500 А год, вихдна енергя - 600 кВт год, потужнсть - 50 кВт [26].
Таблиця 2.16. Основн характеристики деклькох типв АБ, призначених для використання на ПЧ Об'мна Питома Термн питома Маса, Об'м, Вартсть, енергя, служби, Тип АБ м дол /(кВт год) енергя т роки Втгод/кг Вт год /см Свинцево-кислотний 24 0,061 2 10,2 80 Србно-цинковий 75 0,122 8 5,1 Блше 400 0,5...1, (в майбут Лтво-срчаний 150 0,244 4 2,5 ньому 20...25) А.Я. Казарзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнв При однакових об'мах тй-срчана АБ ма мнсть у 4 рази бльшу, нж свинцево-кислотна батарея, при цьому маса стано вить 67 % вд свинцево-кислотно АБ. При однакових масах тй срчана АБ ма мнсть у 6,2 разу бльшу, нж свинцево-кислотна.
2.8. Електродвигуни мотор-редуктори Як привод рзних пристров на ПА використовуються електро двигуни постйного змнного струму в герметизованому чи заглиб ному виконанн (рис. 2.46). Розрзняють три типи конструктивного виконання заглибних електродвигунв [40]: закрите з компенса тором тиску, коли корпус двигуна розмщений усередин герметич но тонкостнно капсули заповнений делектриком (найчастше гасом Т1 чи маслом типу АМГ-10);
екрановане, при якому обмотка статора закрита металевим екраном, що охороня вд безпосеред нього контакту з морською водою;
вдкрите з заповненням внут ршнх порожнин двигуна забортною водою, що охолоджу залзо змащу пдшипники.
2 1 Далектрик Повтря 3 а б Забортна вода в Рис. 2.46. Варанти виконання електричних двигунв:
а - з герметичним корпусом;
б Цзаглибний закритого типу;
в - заглибний вдкритого типу з екранованими обмотками збудження;
1 - ротор двигуна;
2 - статорн котушки;
3 - корпус електродвигуна;
4 - ущльнення вала;
5 - компенсатор тиску ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОпВ СИСТЕМ ПДВОДНИХ АПАРАТВ Дапазон потужностей електродвигунв, установлюваних на пд водних апаратах, досить широкий - вд 0,075 кВт на розвдуваль ному апарат "Скат-гео" до 15,0 кВт на великих робочих ПА типу "Dolpheen 3D", "Trojan", "Consub-2", "Curv-1" та н.
Рд струму найчастше визначаться типом апарата його при значенням. Так, бльшсть автономних ПА оснащен двигунами постйного струму, як потребують додаткових пристров для пере творення енерг.
Pages: | 1 | 2 | Книги, научные публикации