Содержание
Коэффициент полезного действия (КПД) насосов
КПД насосов позволяет повысить энергоэффективность производства и сэкономить деньги. В статье рассмотрено из чего складывается КПД насосов, что на него влияет и как его посчитать. Приводится информация по центробежным (в т.ч. с магнитной муфтой), винтовым, импеллерным и мембранным пневматическим насосам.
Коэффициент полезного действия это характеристика эффективности системы (устройства или машины) в отношении преобразования или передачи энергии, которая показывает совершенство его конструкции и экономичность эксплуатации. Так как насосы перекачивают жидкость посредством преобразования одного вида энергии в другой вид энергии, то они идеально подходят под данное правило, а значит, обладают собственным коэффициентом полезного действия.
Формула
Коэффициент полезного действия не имеет системы измерений и обозначается обычно в процентах. Общий КПД жидкостного насоса определяется произведением КПД его привода (электродвигатель, пневмодвигатель, гидродвигатель) и КПД насосной части.
Ƞ = ƞпр * ƞнч
КПД привода насоса это не что иное, как отношение мощности, которую мы получаем на выходном валу двигателя к потребляемой двигателем мощности. Нужно сразу уточнить, что данное отношение не может быть больше единицы, так как потребляемая двигателем мощность всегда больше мощности на выходе. Это обуславливается тем, что в процессе преобразования энергии всегда присутствуют тепловые и механические потери. Ƞпр = P2 / P1
Расчет КПД
Потребляемая мощность зависит от вида и характеристик собственного источника. Если насос имеет электрический привод – электродвигатель, то потребляемая мощность электрическая, если пневмодвигатель, значит потребляемая мощность это мощность нагнетаемого воздуха. Электрическая потребляемая мощность это произведение напряжения на силу тока.
Мощность на выходном валу двигателя, это мощность механическая, полученная вследствие преобразования подведенного электрического или пневматического вида энергии.
Данную мощность нужно рассматривать как отношение работы к единице времени.
Так как насосная часть состоит из деталей, узлов и механизмов, а во время её работы происходят различные процессы и присутствуют разные физические явления, то её коэффициент полезного действия необходимо рассматривать как произведение трёх составляющих: механический КПД, гидравлический КПД и объёмный КПД. Ƞнч = ƞм * ƞг * ƞо
Механический КПД
Механический КПД во многом зависит от качества изготовления насоса, от его конструктивных особенностей. Механические потери связанные с работой трущихся частей (в подшипниках, в механическом торцевом уплотнении, в сальниковом уплотнении, в проточной части) снижают данный КПД.
Гидравлический КПД
Гидравлический КПД определяется течением жидкости внутри проточной части насоса, а если точнее гидравлическими потерями, которые возникают во время работы насоса.
Например, если шероховатость поверхности стенок насоса увеличена, то жидкости станет сложнее преодолеть сопротивление трения, а значит, скорость течения жидкости будет ниже. Многое зависит и от вида течения жидкости. Возникающий в проточной части насоса турбулентный (вихревой) поток жидкости увеличивает гидравлические потери.
Отношение количества жидкости поступившей в насос через всасывающий патрубок, к количеству жидкости вышедшей из него через напорный патрубок является объёмным КПД насосной части. Объёмный КПД ещё называют КПД подачи, так как его можно рассмотреть как отношение производительностей, действительной к теоретической.
Чтобы потребитель имел возможность определить КПД насоса в конкретной рабочей точке, многие производители насосного оборудования прилагают к диаграммам рабочих характеристик насоса диаграммы с графиками характеристик КПД.
График эффективности насоса на примере Argal TMR 10.15
КПД промышленных насосов
В данной статье косвенно рассмотрим коэффициент полезного действия насосов различных видов: центробежных, винтовых, импеллерных, мембаранно-пневматических.
Центробежный насос
КПД самых распространенных центробежных насосов во многом зависит от режима их работы и конструктивных особенностей. Максимальным КПД обладают центробежные насосы с приводом большой мощности и высокими рабочими характеристиками. Их эффективность может достигать 92-95 %. Значение мощности двигателя таких центробежных насосов обычно начинается от 10кВт, а насосная часть имеет высокое качество изготовления.
Насос с магнитной муфтой
Насосы с магнитной муфтой имеют схожий КПД. Для данного типа насоса очень важно, чтобы герметичная задняя крышка насоса, располагающаяся между ведущим и ведомым магнитом, была изготовлено из токонепроводящих материалов. Иначе, будут возникать вихревые токи, которые вызывают потерю мощности и снижают общий КПД насоса.
Винтовой насос
Винтовые насосы имеют высокие механические потери. Они в первую очереди связаны с трениями, которые возникают в подшипниковом узле, а также между ротором и статором, но благодаря высоким рабочим характеристикам (расход, напор) данный тип насосов может иметь КПД колеблющийся от 40 до 80 %.
Импеллерный насос
Импеллерные насосы бережно перекачивают жидкость, создавая равномерный ламинарный поток и высокое давление на выходе, но высокие механические потери обусловленные трением гибких лопастей импеллера о внутреннюю поверхность корпуса не позволяет данному типу насосов быть лидером по эффективности.
Мембранно-пневматический насос
Мембранно-пневматические насосы не имеют двигателя и работают от поданного на него сжатого воздуха. Так как требуется дополнительное превращение электрической энергии в энергию сжатого воздуха, то КПД мембранно-пневматического насоса во многом зависит от КПД воздушного компрессора. Обычно КПД поршневых компрессоров составляет 80-92%, лопастных 90-96%. Кроме этого, в самом насосе, в той или иной мере, присутствуют все виды потерь. Гидравлические потери возникают, когда жидкость через небольшое всасывающее отверстие поступает в рабочую камеру насоса и выходит через отверстие подачи под определенным углом.
Здесь поток жидкости сталкивается с внезапным расширением сечения при последующем резком повороте. Механические потери связаны с тем, что основная втулка насоса является парой трения скольжения. Кроме этого имеет место трение жидкости с деталями насоса: клапана, коллектора, мембрана, стенки боковой крышки. Объемные потери определяются отношением количества жидкости поступившего в насос и количеством жидкости вышедшего из него за два такта (всасывание – нагнетание).
Вывод
Подводя итог данной статьи можно сказать, что эффективность перекачивающих насосов во многом зависит от мощности двигателя насоса, а также от качества изготовления деталей и узлов самого насоса. Среди рассмотренных типов насосов наибольшим КПД обладают высокопроизводительные и высоконапорные центробежные насосы. Наименьшая эффективность у мембранно-пневматических насосов.
Реверсивный пневматический двигатель
Авторы патента:
Найман Вениамин Семенович (RU)
Макуев Валентин Анатольевич (RU)
Васильева Карина Вениаминовна (RU)
Овсянникова Таисия Владимировна (RU)
F01D1/30 — Машины и двигатели необъемного вытеснения, например паровые турбины (гидравлические машины и двигатели F03; насосы и компрессоры необъемного вытеснения F04D)
Использование: полезная модель относится к пневматическим двигателям, предназначенным в качестве привода в машинах и механизмах в различных отраслях промышленности, в частности, приводом движителя транспортного средства.
Сущность полезной модели: ведущее звено 1 выполнено в виде двух веерных пневматических двигателя левого и правого вращения, соединенных между собой звеном, передающим вращательный момент; полая ось снабжена перегородкой. 1 п. ф-лы, 3 ил.
Реверсивный пневматический двигатель
Полезная модель относится к пневматическим двигателям и может быть использована в качестве привода в машинах и механизмах в различных отраслях промышленности, в частности, привода движителя транспортного средства.
Известны пневматические двигатели с использованием потенциальной энергии воздуха с вращательным движением ведущего звена ротационного типа (см. Зеленецкий С.Б., Рябков Е.Д., Микеров А.Г. «Ротационные пневматические двигатели», Ленинград, Машиностроение, 1976, с.9, рис.5.].
Однако такие пневматические двигатели имеют низкий КПД (20%-30%), а при эксплуатации КПД может снижаться даже до 5-15%, они также имеют низкий вращательный момент.
Известны также пневматические двигатели с использованием кинетической энергии сжатого воздуха с вращательным движением ведущего звена веерного типа, содержащие ведущее звено (крыльчатку), ось и сопла.
Эти двигатели непосредственно преобразуют энергию струи сжатого воздуха в механическую работу (см. RU 106688 U1, 20.07. 2011).
Веерные пневматические двигатели имеют постоянную нагрузку, большую частоту вращения, но вращательные моменты действуют только в одном направлении.
Задачей полезной модели является расширение области использования пневматических двигателей.
Задача достигается тем, что в реверсивном пневматическом двигателе, содержащем ведущее звено, ось и сопла, согласно полезной модели, ведущее звено выполнено в виде двух веерных пневматических двигателя левого и правого вращения, соединенных вместе звеном, передающим вращательный момент, причем полая ось снабжена перегородкой, а также сопла расположены внутри полостей левого и правого вращения пневмодвигателей.
Полезная модель поясняется чертежами: фиг.1 — общий вид 4-х лопастного веерного пневмодвигателя левого вращения; фиг.2 — общий вид 4-х лопастного веерного пневмодвигателя правого вращения; фиг.
3 — сечение по продольной осевой линии реверсивного веерного пневмодвигателя.
Реверсивный веерный пневматический двигатель содержит два веерных пневматических двигателя левого 1 (фиг.1) и правого 2 (фиг.2) вращения, объединенных для работы в один реверсивный двигатель. Изогнутые лопасти 1 (фиг.1) левого пневмодвигателя собраны на ступице 2, причем их количество может варьироваться от 4 до 8. Такую же конструкцию имеет пневмодвигатель правого вращения (фиг.2).Ступица 2 посажена на ось 3 при помощи подшипников 4 (фиг.3). Полая ось 3 снабжена перегородкой 5; на оси 3 смонтировано на подшипниках сдвоенное веерное колесо, состоящее из двух, соединенных жестко пневматических двигателей 6 и 7 (фиг.3), создающих вращательный момент в прямом (вращение по солнцу) и обратном (вращение против солнца) направлениях. Это достигается за счет подачи давления воздуха Рн1 и Рн2 с различных сторон полой оси 3. Сопла 8 на оси 3 расположены в два ряда и изогнуты под углом, близким 90° к рабочей поверхности лопастей 1 и 2, образующих большие площади для воздействия давления воздуха.
Между лопастями имеются зазоры 9 для выхода воздуха в атмосферу под остаточным давлением Рв. Для передачи вращательного момента от пневмодвигателя на исполнительный механизм смонтирована, например, шестерня 10.
Полезная модель работает следующим образом: сжатый воздух под большим давлением поступает от источника (например, компрессора или ресивера) в полую ось 3, например, слева. Тогда веерный пневматический двигатель 6 получает вращение в направлении «по солнцу» под воздействием сжатого воздуха Рв1, проходящего через сопла 8. При смене направления подачи воздуха, теперь справа, сжатый воздух Рв2 воздействует на лопасти 7, проходя через сопла 8, тогда вращение создается в обратном направлении (против солнца). Вращательный момент передается шестерней 10 на исполнительный механизм, например, межколесный дифференциал транспортного средства.
Для достижения максимального давления воздуха на лопасти сопла изогнуты на 90 град к рабочей поверхности лопастей, так как вращательный момент зависит от направления действия струи сжатого воздуха относительно криволинейной поверхности лопастей.
Положительный эффект реверсивного пневматического двигателя достигается за счет получения вращательного момента в прямом и обратном направлении, тогда транспортное средство может перемещаться вперед и назад, тем самым расширяется область использования веерных пневматических двигателей.
Реверсивный пневматический двигатель, содержащий ведущее звено, ось и сопла, отличающийся тем, что ведущее звено выполнено в виде двух веерных пневматических двигателей левого и правого вращения, соединенных вместе звеном, передающим вращательный момент, причем полая ось снабжена перегородкой, а также сопла расположены внутри полостей левого и правого вращения пневмодвигателей.
Похожие патенты:
Роторно-лопастной компрессор // 56501
Турбокомпрессорная установка для сжатия воздуха и подачи его в технологический процесс производства азотной кислоты // 83101
Двигатель внутреннего сгорания с регулируемой степенью сжатия // 81999
Двигатель внутреннего сгорания поршневой четырехтактный // 49911
Турбинный двигатель внутреннего сгорания // 52930
Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям силовых установок, включающим, турбинные двигатели внутреннего сгорания
Механизм блокировки межколесного дифференциала траспортного средства // 69460
Диск рабочего колеса дисковой турбины трения // 132838
Диск колеса относится к турбомашинам, в частности к турбинам, использующим трение рабочего тела, а именно к конструкции диска рабочего колеса дисковой турбины трения.
Технической задачей, для решения которой предлагается диск колеса, является обеспечение высокого к.п.д. дисковой турбины трения при различных режимах работы за счет оптимизации проточной части рабочего колеса, обеспечиваемой предлагаемой конструкцией диска рабочего колеса.
Пневматический лифт с позиционированием кабины // 122648
Реверсивно-рулевое устройство водометного движителя // 64591
Производительность лопастного пневматического двигателя
Что нужно знать о производительности лопастного пневматического двигателя
Двигатель может работать на всей кривой крутящего момента
Производительность пневматического двигателя зависит от входного давления. При постоянном давлении на входе пневматические двигатели демонстрируют характерную линейную зависимость выходного крутящего момента от скорости. Однако, просто регулируя подачу воздуха, используя методы дросселирования или регулирования давления, можно легко изменить мощность пневматического двигателя.
Одной из особенностей пневматических двигателей является то, что они могут работать на всей кривой крутящего момента от холостого хода до состояния покоя без какого-либо вреда для двигателя. Скорость холостого хода* или скорость холостого хода определяется как рабочая скорость, при которой на выходной вал не действует нагрузка.
*Свободная скорость = скорость вращения выходного вала без нагрузки.
Кривая мощности
Крутящий момент — это сила вращения, которая рассчитывается как сила (F), умноженная на длину (l) рычага.
Мощность, которую производит пневматический двигатель, является просто произведением крутящего момента и скорости. Пневматические двигатели создают характеристическую кривую мощности, при этом максимальная мощность возникает примерно при 50 % скорости холостого хода.
Крутящий момент, создаваемый в этой точке, часто называют «крутящим моментом при максимальном выходе».
Кривая производительности пневматического двигателя, работающего при постоянном давлении воздуха
Выходная формула:
Р = (π х М х п) / 30
М = (30 х Р) / (π х п)
п = (30 х Р) / (π х М)
P = мощность [кВт]
M = крутящий момент [Нм]
n = скорость [об/мин]
Рабочая точка
При выборе пневматического двигателя для применения первым шагом является определение «рабочей точки».
Это комбинация желаемой рабочей скорости двигателя и крутящего момента, необходимого в этой точке.
Примечание. Точка на кривой крутящий момент/скорость, в которой двигатель фактически работает, называется рабочей точкой.
Расход воздуха
Потребление воздуха пневматическим двигателем увеличивается с увеличением скорости двигателя и, таким образом, является самым высоким на холостом ходу. Даже в состоянии покоя (при приложении полного давления) двигатель потребляет воздух. Это зависит от внутренней утечки в двигателе.
Примечание: Расход воздуха измеряется в л/с. Однако это не фактический объем, который сжатый воздух занимает в двигателе, а измеряется как объем, который он занял бы, если бы ему позволили расшириться до атмосферного давления. Это стандарт, используемый для всего пневматического оборудования.
Пусковой крутящий момент
При запуске крутящий момент зависит от положения лопасти.
Следует отметить, что все лопастные пневмодвигатели создают переменный пусковой момент из-за положения лопастей в двигателе. Наименьшее значение пускового момента называется минимальным пусковым моментом и может рассматриваться как гарантированное значение при запуске. Отклонение зависит от типа двигателя и должно проверяться на индивидуальной основе. Следует отметить, что изменение крутящего момента больше для реверсивных двигателей, чем для нереверсивных двигателей, и поэтому минимальный пусковой момент для этих двигателей меньше.
Примечание. Пусковой крутящий момент — это крутящий момент, развиваемый двигателем с заблокированным валом при подаче на него полного давления воздуха.
Пусковой момент
Опрокидывающий крутящий момент — это крутящий момент, который двигатель создает сразу после остановки после торможения до полной остановки из рабочего состояния. В табличных данных крутящий момент не указан.
Однако, умножив максимальный крутящий момент мощности на два, можно легко приблизить крутящий момент опрокидывания, т. е. максимальный крутящий момент мощности 10 Нм равен крутящему моменту опрокидывания приблизительно 20 Нм.
- Опрокидывающий крутящий момент — это крутящий момент, возникающий при остановке двигателя.
- Момент опрокидывания зависит от того, насколько быстро двигатель тормозится до опрокидывания. Быстрое торможение приводит к более высокому крутящему моменту, чем медленное торможение. Это зависит от того, что масса (момент инерции) ротора увеличивает крутящий момент.
Узнайте о применении пневматических двигателей
Узнайте о применении пневматических двигателей
Свяжитесь с нами!
Свяжитесь с нами!
Важная новая конструкция роторного двигателя работает на сжатом воздухе
15 сентября 2004 г.
Нет другого двигателя с такой же эффективностью, как роторный воздушный двигатель Di Pietro. Он на 100% более эффективен, чем любой другой пневматический двигатель, созданный на сегодняшний день, а его высокий крутящий момент делает его первым пневматическим двигателем, подходящим для мобильного применения. Изобретение может произвести революцию в транспорте, а также предложить множество преимуществ в области энергосбережения в стационарных приложениях.
Двигатель не выбрасывает вредных веществ, работает очень тихо, имеет постоянный высокий крутящий момент, малое количество деталей, отсутствие вибрации и очень эффективен — для преодоления трения и обеспечения движения требуется давление всего 1 фунт на квадратный дюйм.
Двигатель не имеет вредных выбросов, очень тихий, имеет постоянный высокий крутящий момент, малое количество деталей, отсутствие вибрации и очень эффективен — для преодоления трения и обеспечения движения требуется давление всего 1 фунт на квадратный дюйм.
Бывший инженер-экспериментатор Mercedes Benz Анджело ди Пьетро разработал роторный воздушный двигатель, много лет работая в своем инженерном бизнесе в Мельбурне.
«Работу над этим проектом я начал много лет назад в своей голове, — сказал Пьетро, — и я много раз видел потребность в таком двигателе. Поскольку мой инженерный бизнес шел хорошо, я мог уделять больше времени идея, и с каждым новым прототипом дизайн совершенствовался».
В 1999 году он совершил большой прорыв в дизайне, и был построен первый прототип. С тех пор было построено шесть прототипов, каждый из которых эффективнее, мощнее и легче предыдущего.
Неудивительно, что в конструкции Ди Пьетро должен быть роторный двигатель. Анджело Ди Пьетро (1950, Авеллино, Италия) получил квалификацию Congegniatore Meccanico в Авеллино, переехал в Штутгарт, Германия, чтобы работать над роторным двигателем Ванкеля в исследовательских лабораториях Mercedes Benz в 1969 и 1970 годах. инженерная компания.
Благодаря своему раннему опыту работы с роторными двигателями Ванкеля Анджело заинтересовался разработкой более эффективного двигателя, чем традиционный поршневой двигатель внутреннего сгорания, и в течение последних 30 лет он периодически работал над различными альтернативными концепциями.
Осознавая потенциал своего изобретения, Ди Пьетро решил полностью сосредоточиться на разработке новой концепции двигателя. Этот принцип работал с первым прототипом, и, хотя он не был разработан с учетом строгих технических допусков, его характеристики намного превзошли ожидания.
Engineair Pty Ltd (http://www.engineair.com.au/) была основана в сентябре 2000 года с целью проведения исследований и разработок инновационной конструкции пневматического двигателя. В первые 2 года компания сосредоточилась на разработке прототипов, чтобы проверить концепцию и понять рабочие характеристики. Текущий статус разработки показывает, что производительность и эффективность превосходят современные технологии пневматических двигателей.
В настоящее время Engineair приступает к коммерциализации своей технологии и работает на нескольких направлениях, чтобы доказать возможности двигателя. Одним из первых коммерческих приложений станет применение роторного пневматического двигателя Engineair в коммерческой и наружной среде компанией CityWide из Мельбурна, которая заменила бензиновый двигатель в одной из своих машин для обслуживания садов ParkCare (известной как «аллигатор»).
Транспортное средство будет использоваться по контракту компании City of Melbourne на обслуживание парков и садов. Проект продлится с 2004 по 2005 год, что позволит CityWide протестировать автомобиль в различных условиях окружающей среды.
Engineair уже успешно испытала силовую установку в дорожном легковом автомобиле, картинге, лодке и в качестве источника энергии для грузового автомобиля для использования на рынке фруктов и овощей Мельбурна, последний проект совместно с рынком Мельбурна. Орган власти.
Концепция двигателя Di Pietro основана на вращающемся поршне. В отличие от существующих роторных двигателей, в двигателе Di Pietro используется простой цилиндрический вращающийся поршень (привод вала), который катится без трения внутри цилиндрического статора.
Пространство между статором и ротором разделено на шесть расширительных камер поворотными перегородками. Эти делители следуют за движением приводного вала, когда он вращается вокруг стенки статора.
Привод цилиндрического вала, под действием давления воздуха на его наружную стенку, перемещается эксцентрично, тем самым приводя в движение вал двигателя посредством двух тел качения, установленных на подшипниках на валу.
Вращение приводного вала внутри статора амортизируется тонкой воздушной пленкой. Время и продолжительность впуска и выпуска воздуха регулируются щелевым таймером, который установлен на выходном валу и вращается с той же скоростью, что и двигатель.
Изменение рабочих параметров двигателя легко достигается изменением времени, в течение которого воздух может поступать в камеру: более длительный период впуска воздуха позволяет большему количеству воздуха поступать в камеру под высоким давлением и, следовательно, приводит к большему крутящему моменту.
Более короткий период впуска ограничит подачу воздуха и позволит воздуху в камере выполнять работу расширения с гораздо большей эффективностью. Таким образом, потребление сжатого воздуха (энергии) может быть заменено более высоким крутящим моментом и выходной мощностью в зависимости от требований применения.