Перспективы использования аксиальных двигателей-насосов в топливной системе автомобиля
ФГБОУ
ВПО "КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
Кафедра
электротехники и Э.М
НАУЧНАЯ
РАБОТА
на
тему "Перспективы использования аксиальных двигателей-насосов в топливной
системе автомобиля"
Краснодар,
2013
Содержание
Введение
1. Литературный обзор
.1 История развития насосной техники
.2 Основные сведения и
конструктивные исполнения центробежных насосов
1.3 Основные недостатки и
конструктивные исполнения нескольких подобных аксиальному, центробежных
двигателей - насосов, которые могут быть использованны в автомобиле
.4 Обоснование актуальности темы
исследования
. Экспериментальная часть
2.1 Цели и задачи исследования
.2 Перспективы использования
аксиального центробежного двигателя - насоса в топливной системе автомобиля
2.3 Методы исследования
Заключение
Список использованных источников
Введение
Насосами называются машины, предназначенные для
создания потока (перемещения) жидкости. Насосы применяются во всех отраслях
промышленности, в сельском и коммунальном хозяйстве, на транспорте. Они находят
применение не только как самостоятельные машины или агрегаты, но и как узлы
сложных машин и установок: станков, энергетических устройств, транспортных
машин и т. п.
Особое значение имеет применение насосов,
насосных установок или насосных станций в системах водоснабжения и канализации,
где они являются одним из основных узлов. В системах водоснабжения насосы
обеспечивают подачу воды потребителям: промышленным предприятиям, тепловым
электростанциям, жилым кварталам населенных мест. В системах отопления и
горячего водоснабжения с помощью насосных установок осуществляется циркуляция
горячей воды. В системах канализации насосы обеспечивают подачу сточной
жидкости на очистные сооружения или перекачку ее из пониженных районов населенных
мест в основные городские или районные коллекторы.
Развитие насосостроения тесно связано с общим
техническим прогрессом в таких отраслях, как машиностроение, гидродинамика,
химическая промышленность, электропромышленность. Благодаря достижениям в этих
отраслях стало возможным создание насосов различных типов, предназначенных для
перекачивания не только воды, но и агрессивных сред, жидких металлов,
криогенных жидкостей и т. п. В настоящее время отечественная промышленность
выпускает насосы всех типов, необходимые для народного хозяйства страны,
начиная от миниатюрных микронасосов для медицинской техники и кончая
гигантскими осевыми насосами для ирригационных систем и энергетики.
Такие основные тенденции развития отраслей
машиностроения, как снижение металлоемкости машин, повышение единичной мощности
при снижении массы машины, повышение коэффициента полезного действия и
надежности, относятся и к насосостроению. Ведущие организации в области
разработки и производства насосов (ВНИИгидромаш, ПО "Союзнасосмаш", ПО
"Уралгидромаш") и многочисленные насосостроительные заводы проводят
большую работу по разработке и подготовке к производству новых более
совершенных насосов, отвечающих мировым стандартам. Модернизация конструкции
насосов направлена на снижение металлоемкости при одних и тех же параметрах
насосов, обеспечение наибольшей унификации узлов и деталей насосов, что
позволяет расширять номенклатуру насосов без существенных дополнительных затрат
на их производство. Большое внимание уделяется повышению качества и надежности
насосов, что позволяет экономить энергетические ресурсы и снижать трудоемкость
их эксплуатации и ремонта.
1. Литературный обзор
1.1 История развития насосной техники
Первые попытки людей сознательно упорядочить
водоснабжение в цивилизованных поселениях относятся к пятому тысячелетию до н.
э.
В древних культурно развитых странах, например,
в Египте, Вавилоне и Китае, которые имели большие территории с резко выраженным
сухим климатом, орошение площадей, используемых для сельского хозяйства, было
первостепенным жизненным вопросом. Первые большие общины людей в населенных
пунктах и городах неизбежно сталкивались с проблемой питьевого водоснабжения и
потребностью в водоснабжении вообще. Доказательством этого важного этапа
развития человеческого общества могут служить известные акведуки (водопроводы)
в Сицилии (450 лет до н. э.), первый (примерно 312 лет до н.э.) римский акведук
(16,6 км), акведук 91,7 км Марсия в Риме (примерно 144 года до н.э.), а также
первый (около 160 лет до н.э.) напорный водопровод (20 кгс/см2) за Пергамоном.
Если вначале решались проблемы каптажных источников и безнапорного подвода воды
потребителям, то затем - проблемы преодоления разности высот. Начиная с этого
момента, т.е. с первого пуска водоподъемного механизма, можно говорить о начале
эры развития насосов.
Водоподъемное колесо - древнейший известный нам
водоподъемный механизм. Величина напора этого устройства составляла 3-4 м,
максимальная подача 8-10 м3/ч. А так называемые цепные насосы (бесконечные
цепочки с прикрепленными ковшами) использовались до 1700 лет до н.э. В это
время в Каире уже был колодец глубиной 91,5 м, из которого добывалась питьевая
вода при помощи цепного насоса.
Пожарный насос из Александрии, построенный
примерно за 200 лет до н.э., можно рассматривать по египетским письменам как
первый прототип поршневоro насоса.
Трудно себе представить, что все элементы
классического поршневого насоса (плунжер, откидные клапаны и эксцентриковый
привод плунжера) были использованы в этом насосе, созданном вероятно Ктцебиусом.
В первую очередь с ростом значения горного дела
и для общей индустриализации возникла объективная необходимость добычи воды из
больших глубин на поверхность земли. От "водяных искусств"
средневекового горного дела, какие описал Агрикола, до первых водяных насосов с
паровым приводом (около 1805 г.), разработанных и построенных англичанином
Ньюкоменом, ощущается сильное влияние горного дела на развитие насосостроения.
Так называемый насос Ньюкомена, схема которого
приведена на (рис.1), является первым представителем балансирных насосов. В нем
рабочий ход поршня осуществляется от балансира не в стадии расширения пара или
наполнения парового цилиндра, а скорее всего после заполнения цилиндра паром и
следующим за ним впрыском воды, который вызывает конденсацию пара, а это
означает, следовательно, что энергия рабочего хода получается исключительно за
счет атмосферного давления, действующего на паровой поршень. Поэтому со стороны
привода необходимо было предусматривать цилиндры больших диаметров для того, чтобы
увеличить, мощность насоса. Вскоре появились балансирные насосы, в которых для
перемещения поршня использовалась энергия расширения или давления пара. Самый
большой балансирный насос этого вида с суточной производительностью 32700 м3
(1365 м3/ч) и напором примерно 52 м был установлен в 1860 г. на одной
лондонской насосной станции.
Рисунок 1 - Насос Ньюкомена
Изобретение американцем Вортингтоном (1840-1850
гг.) одноцилиндровых и двухцилиндровых паровых насосов дало возможность
отказаться от балансирного привода для поршневых насосов. Для этих насосов
характерно, как известно, противоположное расположение насосных и паровых
цилиндров, поршни которых установлены на общем штоке. Стремление уменьшить
капитальные затраты при постоянно возрастающей мощности поршневых насосов
привело в конечном результате к преобладающему распространению в настоящее
время горизонтальных или вертикальных многоцилиндровых поршневых, насосов с
паровым, дизельным или электрическим приводами.
Чтобы получить плавный, непрерывный поток воды,
стали применять архимедовые винты (около 1000 лет до н.э.). Еще и сегодня для
орошения или осущения полей встречаются такие насосы с приводам от
ветродвигателя. Наклонно расположенный вал с винтовой нарезкой вращается в
полуоткрытом лотке и обесспечивает высоту подъема жидкости от 2 до 5 м.
Классическим прообразом роторного насоса,
представленным в настоящее время в модифицированной форме в виде шестеренных,
винтовых, пластинчатых и коловратных насосов, можно считать пластинчатый насос
Рамелли - около 1588 г.
В течение 19-го столетия было принято много
попыток разработать пригодный для эксплуатации роторный насос. При этом многие
из разработанных коннструкций разрушались на практике в связи с тем, что
невозможно было обеспечить водяную смазку вращающихся деталей. Так называемый
роторный насос с отсекающей пластиной, изготовляемой иногда из древесины,
представлял основной тип роторного насоса, используемого с 17-го по 19-е
столетие. Недостатки насоса этого вида - в частности большие протечки,
значительный износ и низкий КПД - способствовали созданию в конце 19-го
столетия двухвальных насосов. Уплотнение в них между полостями всасывания и
нагнетания осуществляли при помощи вращающейся управляемой шайбы или взаимно
перекатывающихся роторов одинакового размера (шестеренные или винтовые насосы).
Происхождение лопастного (центробежного) насоса трудно определить. Существуют
эскизы, выполненные Леонардо да Винчи, по которым можно предположить об
использовании центробежной силы во вращаающемся канале для перекачки воды.
Известный французский физик Денис Папин, тоже
высказывал идею использования центробежного эффекта для перекачиивания
жидкостей. Первым центробежным насосом, опробованным на практике, является
устройство, разработанное ле Демуром в 1732 г. Под углом к вертикальному валу
прикреплена прямая труба, которая нижним концом погружена в жидкость; при
вращении валa эта труба, жестко связанная с валом соединительным стержнем,
приводится во вращение. Центробежные силы вызывают перемещение жидкости во
вращающейся трубе. Классическая форма рабочего колеса радиального типа,
присущая современным центробежным нaсocaм, была использована уже в 1818 г. в
Бостоне в так называемом "Массачусетс-насосе" Андреасом. В то время
речь шла о двухпоточном спиральном насосе с полуоткрытым рабочим колесом и
радиальными прямыми лопастями. В 1846 Г. Андреас доказал, что криволинейные
лопасти обеспечивают лучший эффект нагнетания, чем прямые.
Английский промышленник Джон Гвинне примерно в
1850 г. поставил на рынок первый двухпоточный спиральный насос с закрытым
рабочим колесом и изогнутыми лопастями, созданный на основании опытов Андреаса.
В то время одноступенчатые насосы имели небольшие величины создаваемого напора.
Конечным результатом исследований было создание первого многоступенчатого
центробежного насоса, который был запатентован в 1851 г. Этот насос без
направляющих обратных подводящих лопаток был значительно улучшен Осборном
Рейнолдсом, которому был выдан патент на многоступенчатый центробежный насос с
направляющим аппаратом и обратными поддводящими каналами. От этого насоса
Рейнольдса до современнных многоступенчатых центрообежных насосов высокого
даввления сделан относительно небольшой шаг, который заключается по существу
лишь в улучшении конструкции деталей и гидравлических характеристик проточной
части насоса.
Усовершенствование лопастных насосов в 20 и 30-х
гг. нашего векa тесно связано с именем профессора Пфлейдерера. После того как
им была установлена зависимость между конечным числом лопастей и
гидравлическими характеристиками насоса, лопастные насосы получили дальнейшее
развитие.
1.2 Основные сведения и конструктивные решения
центробежных насосов
Схематически центробежный насос (рис. 2) состоит
из рабочего колеса, снабженного лопастями и установленного на валу в спиральном
корпусе. Жидкость в рабочее колесо поступает в осевом направлении. Под
действием центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса, жидкость
прижимается к стенке корпуса и выталкивается в нагнетательное отверстие по
касательной к рабочему колесу. При этом на входе в насос давление падает, и в
рабочее колесо устремляется жидкость, находящаяся под более высоким давлением,
например, под атмосферным давлением при выкачивании жидкости из открытого
резервуара.
Центробежные насосы широко распространены
благодаря ряду преимуществ, которыми они обладают по сравнению с другими типами
насосов. Их основными достоинствами являются непрерывность подачи жидкости,
простота устройства и, следовательно, относительно низкая стоимость и высокая
надежность, достаточно высокий (порядка 0,6-0,8) к. п. д., большая высота
всасывания. Они легко поддаются автоматизации управления.
Рисунок 2 - Схема центробежного насоса: 1 -
рабочее колесо; 2 - вал; 3 - корпус; 4 - лопасть.
К недостаткам центробежных насосов следует
отнести то, что их подача изменяется в широких пределах в зависимости от
сопротивления сети, на которую они работают. Неудобство доставляет также то,
что при пуске центробежного насоса в обычном исполнении его необходимо заливать
водой, если уровень перекачиваемой жидкости находится ниже входного патрубка.
Одноступенчатые горизонтальные консольные насосы
типа К предназначены для перекачки воды и других чистых жидкостей, вязкость и
химическая активность которых близки к показателям воды.
Название "консольный" насос получил по
способу закрепления рабочего колеса на конце вала, который на участке от
переднего подшипника до колеса работает как консоль. Корпус насоса имеет
торцовый разъем. Крепится насос на фундаментной плите совместно с
электродвигателем, с которым имеет непосредственное соединение.
Насос (рис. 3) состоит из корпуса,
прикрепленного с помощью шпилек к опорной стойке, крышки корпуса, рабочего
колеса и вала, вращающегося в подшипниках. Корпус его может быть установлен в
любом из четырех положений нагнетательного патрубка, соответствующих углу
поворота 0, 90, 180 и 270° от вертикального направления (рис. 4).
Рабочее колесо крепится на валу с помощью
колпачковой гайки и шпонки. С помощью его энергия от вращающегося вала
передается жидкости. Колесо состоит из ступицы, двух дисков и лопастей,
расположенных между ними и имеющих форму изогнутых цилиндрических поверхностей.
Рисунок 3 - Насос типа К: 1 - колпачная гайка;
2- уплотнительное кольцо; 3 - крышка корпуса; 4 - корпус; 5 - рабочее колесо; 6
- шпонка; 7 - канал гидравлического уплотнения; 8 - сальниковая набивка; 9 -
нажимная букса; 10 - вал; 11- шпилька; 12 - подшипники; 13 - полумуфта; 14 -
кольцо гидравлического уплотнения; 15 - грундбукса; 16 - разгрузочное
отверстие.
Направление изгиба у лопастей противоположно
направлению вращения колеса. Количество лопастей находится обычно в пределах
6-8, но для насосов, предназначенных для перекачки загрязненных жидкостей,
число их уменьшают до 2-4. Этим увеличивают сечение каналов для прохода
взвешенных частиц. Форму и размеры проточной части колеса определяют расчетом.
При этом учитывают его механическую прочность и технологичность изготовления.
Колеса изготовляют путем литья, материалы для
них выбирают с учетом агрессивности перекачиваемой среды. Большинство насосов
имеют чугунные колеса. Для перекачивания агрессивных сред применяют колеса из
бронзы, нержавеющей стали, керамики, пластмасс и др. Колеса крупных насосов,
испытывающие большие напряжения, изготавливают из углеродистой или марганцовистой
стали.
Передний диск колеса имеет обточенную
цилиндрическую поверхность, которой он входит в крышку корпуса насоса. В
крышке, в свою очередь, запрессовано уплотнительное кольцо.
Зазор между колесом и крышкой должен быть
минимальным но обеспечивающим свободное (без трения) вращение колеса Обычно его
выбирают в пределах 0,4-0,6 мм. С увеличением зазора возрастает количество
жидкости, перетекающей из напорной полости во всасывающую под влиянием разности
давлений (рис. 5). Такое перетекание нежелательно, так как оно снижает к. п. д.
насоса.
Рисунок 4 - Возможное расположение патрубка
центробежных насосов
Рисунок 5- Схема перетока жидкости в корпусе
насоса: 1 - корпус; 2 - рабочее колесо.
Во время работы насоса с односторонним входам
жидкости в колесо возникает осевое гидравлическое давление, причиной которого
является то, что в силу несимметричности рабочего колеса передний и задний
диски его имеют различные площади поверхности. Известно, что сила, действующая
на торцовую поверхность каждого диска, равна произведению давления и площади
диска. Так как площадь переднего диска значительно меньше площади заднего, то и
сила, действующая на задний диск, больше силы, действующей на передний.
Разность этих сил и вызывает осевое давление, которое направлено навстречу
всасываемой жидкости и стремится сместить вал вперед. Для уравновешивания
осевого давления в ступице колеса одноколесных насосов делают разгрузочные
отверстия (см. рис. 4), а задний диск подобно переднему снабжают кольцевым
уплотнением. Вследствие этого снижается давление в полости между валом насоса и
кольцевым уплотнением заднего диска. Давление здесь примерно равно давлению на
входе в колесо. Суммарная площадь разгрузочных отверстий обычно принимается в 4
раза большей площади кольцевого зазора в уплотнении. Так удается приблизительно
выравнять усилия, действующие на торцовые поверхности переднего и заднего
дисков.
Наличие разгрузочных отверстий на 4-6% снижает
к. п. д. насоса, так как появляется дополнительный переток жидкости из
нагнетательной во всасывающую полость через уплотнение заднего диска. Однако
такой способ уравновешивания осевого усилия оправдан благодаря своей простоте.
Остаточное осевое давление, возникающее в результате неточности изготовления
или неравномерной выработки деталей уплотнения, воспринимается подшипниками.
Во время работы насоса давление в полости между
уплотнением заднего диска колеса и валом равно давлению на входе в колесо, т.
е. оно ниже атмосферного. В силу этого в зазор между валом насоса и сальником
будет подсасываться атмосферный воздух. Это может привести к падению разрежения
во всасывающей линии насоса и к срыву его работы.
Во избежание проникновения воздуха в корпус
насоса в узле сальника устраивают гидравлический затвор. Для этого по середине
длины сальника (см. рис. 4) устанавливают кольцо гидравлического уплотнения,
которое через отверстие, просверленное в теле корпуса, сообщается с
нагнетательной полостью насоса. Таким образом, в сальнике всегда поддерживается
давление выше атмосферного. У некоторых типов насосов конструктивно невозможно
просверлить косое отверстие, поэтому вместо него применяют наружные трубки.
Узел альника состоит из грундбуксы, сальниковой
набивки, кольца гидравлического уплотнения, нажимной буксы и двух шпилек с
гайками.
Сальниковая набивка представляет собой
хлопчатобумажный шнур квадратного сечения, пропитанный техническим жиром.
Вал насоса обычно выполняют из стали 35 или
стали 45. У насосов для перекачки агрессивных жидкостей валы изготавливают из
нержавеющей стали. Для увеличения срока службы валы крупных насосов в передней
части имеют сменные защитные втулки, предохраняющие их от выработки в месте
установки сальника.
Рисунок 6 - Насос типа КМ: 1 - корпус; 2 -
рабочее колесо; 3 - вал электродвигателя; 4 - электродвигатель.
Не рекомендуется применять моноблочные насосы
для перекачки горячих жидкостей, так как тепло от корпуса передается
электродвигателю, а это затрудняет его работу и уменьшает срок службы.
Горизонтальные насосы с двусторонним входом
жидкости (рис. 7) выпускаются двух типов - Д и НД. Эти насосы имеют большую
подачу и напор, чем консольные. Вал у них крепится на выносных опорах, а
рабочее колесо располагается примерно посередине вала, который благодаря
двустороннему входу жидкости в рабочее колесо не подвергается осевому давлению.
В нижней части корпуса, имеющего осевой разъем, располагаются всасывающий и
нагнетательный патрубки. Такая компоновка насоса обеспечивает его компактность
и удобство в эксплуатации. Узел вала может быть вынут в сборе без отсоединения
насоса от всасывающего и напорного трубопроводов.
Рисунок 7 - Насос типа Д: 1 - корпус; 2 -
рабочее колесо; 3 - вал; 4 - корпус подшипников; 5 - подшипники.
Подача одноступенчатых вертикальных насосов
(рис. 8) находится в пределах 3600-43000 м3/ч. Вертикальное расположение вала
насоса позволяет сократить площадь насосной станции.
Насос соединен с электродвигателем промежуточным
валом. При длине его более 1,5 м на нем устанавливают направляющие подшипники.
Рисунок 8 - Схема установки вертикального
насоса: 1 - насос; 2 - электродвигатель.
Многоступенчатые горизонтальные насосы (рис. 9)
применяются для создания больших напоров при сравнительно небольших подачах.
Такой насос имеет несколько рабочих колес, установленных на общем валу. Его
работа подобна работе нескольких однотипных насосов, соединенных
последовательно. Напор, развиваемый таким насосом, близок к сумме напоров,
создаваемых каждым колесом в отдельности.
Рисунок 9 - Схема многоступенчатого насоса: 1 -
корпус; 2 - вал; 3 - рабочее колесо; I - IV - ступени.
Также предусматривается изготовление
многоступенчатых насосов с напором до 1600 м вод. ст.
Распространены три конструктивные схемы
многоступенчатых насосов: многоступенчатые секционные (МС), многоступенчатые
спиральные с рабочими колесами одностороннего входа (М) и многоступенчатые
спиральные, у которых первое колесо имеет двусторонний вход, а остальные -
односторонний (МД).
Многоступенчатые секционные насосы имеют
однотипные секции с торцовым разъемом, что позволяет их унифицировать и
выпускать серийно с различными параметрами. Напор их зависит от числа секций.
Вместе с тем эксплуатация таких насосов затрудняется, так как их ремонт и
осмотр связан с полной разборкой и отсоединением насоса от трубопроводов.
К. п. д. многоступенчатых насосов несколько ниже
к. п. д. одноступенчатых, так как у них перетекает больше жидкости через
уплотнения в каждой ступени. Насосы серии МД сходны по конструкции с насосами
серии М. Наличие первого колеса двустороннего входа у насосов МД улучшает
разгрузку вала от осевого усилия и повышает способность насоса всасывать
горячую воду.
Насосы для химически активных жидкостей:
химический консольный на отдельной стойке (X); химический погружной (ХП); химический
герметичный в моноблочном исполнении (ХГ); химический консольный для перекачки
жидкости с твердыми включениями (АХ); химический погружной для перекачки
жидкости с твердыми включениями (ХПА); химический погружной с выносными опорами
(ПХП). Промышленность выпускает также насосы с двусторонним входом типа НДв
(НДв-х), и многоступенчатые секционные насосы типа МС в химически стойком
исполнении. Центробежные химические насосы конструктивно подобны насосам в
обычном исполнении. Материалами для изготовления деталей этих насосов служат
нержавеющие стали марок Х18Н9Т, ЭИ654, Х28, пластмассы, титан и другие
материалы.
Для предотвращения протекания перекачиваемой
жидкости через сальник некоторые химические насосы оборудуют специальным
устройством - импеллером, представляющим собой рабочее колесо с малой площадью
сечения проточной части. Торец импеллера имеет кольцевое уплотнение. Во время
работы импеллер откачивает жидкость, прорывающуюся к сальнику через зазоры в
кольцевом уплотнении, и возвращает ее в напорную полость. В полости между
кольцевым уплотнением заднего диска и валом создается разрежение, которое
предотвращает утечку жидкости.
Фекальные центробежные насосы предназначены для
перекачивания жидкостей, загрязненных механическими примесями, находящимися во взвешенном
состоянии. Они бывают горизонтальные и вертикальные с осевым подводом жидкости.
Характерной особенностью фекальных насосов
является небольшое количество (2-3) лопастей в рабочем колесе и наличие в
корпусе специальных лючков, предназначенных для осмотра и чистки.
К сальнику фекального насоса подводят чистую
воду под давлением, равным давлению в напорном трубопроводе или выше его. Это
предотвращает просачивание через сальник грязной воды и продлевает срок службы
набивки и защитной втулки вала
Песковые насосы и землесосы предназначены для
перекачивания пульп, гидросмесей и промышленных сточных вод, содержащих
значительное количество механических примесей. Промышленность выпускает насосы
Пс и Гр различных типоразмеров. Насосы этой группы способны перекачивать
гидросмеси с объемной массой до 3 кг/л. Сальники песковых насосов и землесосов
смазывают и охлаждают чистой водой от постороннего источника.
Рисунок 10 - Полупогружной скважинный насосный
агрегат: 1 - погружной насос; 2 - напорный трубопровод; 3 - электродвигатель.
Рисунок 11 - Скважинная насосная установка с
погружным насосом ЭЦВ: 1 - отстойник; 2 - фильтр; 3 - погружной
электродвигатель; 4 - фильтр сетчатый; 5 - погружной насос; 6 - кабель
электропитания; 7 - муфта; 8 - напорный трубопровод; 9 - пояс; 10 - обсадная
труба; 11 - отвод; 12 - станция автоматического управления; 13 - опорная плита
насос центробежный автомобиль
двигатель
Центробежные скважинные насосы по своему
исполнению могут быть полупогружными и погружными.
Полупогружной насосный агрегат (рис. 10) состоит
из многоступенчатого погружного насоса, напорного трубопровода и
электродвигателя с опорным узлом. Вал насоса вращается в резиновых или
лигнофолевых подшипниках, расположенных внутри напорной трубы в крестовинах.
Отдельные секции вала соединены между собой муфтами с левой резьбой. Шейки вала
хромированы. Это повышает их износостойкость и предохраняет от коррозии. Во
избежание развинчивания резьбовых соединений вала в насосе предусмотрен
контрреверс. Это исключает вращение вала в противоположном направлении.
Напорный трубопровод собран из отдельных секций. Рабочие колеса могут быть
открытыми или закрытыми. Насосы с открытыми колесами менее чувствительны к
наличию песка в воде, но к. п. д. их ниже, чем у насосов с закрытыми колесами.
Наиболее распространены полупогружные насосные
агрегаты типов А, НА, АТН. Насосы типов А и НА имеют лигнофолевые промежуточные
подшипники, смазываемые чистой водой, для подвода которой прокладывают
трубопровод небольшого диаметра. Станина служит опорой электродвигателя и
воспринимает вес погружной части агрегата. В ней размещены напорный патрубок,
узел сальника и подшипники, воспринимающие осевое усилие.
Достоинством полупогружных насосов является
удобство обслуживания и ремонта электродвигателя и способность перекачивать
воду, содержащую примеси в виде песка. Недостатком их являются большая
металлоемкость, трудоемкость и сложность монтажа, а также высокие требования к
вертикальности и прямолинейности скважины.
Погружной насосный агрегат (рис. 11) состоит из
погружного электродвигателя и многоступенчатого погружного насоса. Насосный
агрегат помещается в обсадной трубе и с помощью муфты крепится непосредственно
к напорному трубопроводу, через который его вес передается на опорную плиту.
Напорный трубопровод собирают из отдельных секций на муфтах. Питание
электродвигателя подается по кабелю, закрепленному хомутами к напорному
трубопроводу. Управление насосным агрегатом осуществляется с помощью станции
автоматического управления. Импульсы на включение и отключение насоса подаются
от датчика уровней, установленного в приемном резервуаре.
Промышленность выпускает погружные насосные
агрегаты типов АП, АПВ, ЭЦВ, ЭПНЛ. Подача и напор их зависят от диаметра
рабочих колес и количества секций. В результате научно исследовательской и
конструкторской работы значительно возросло качество погружных насосов серии
ЭЦВ. Они выпускаются в комплекте со станциями управления, построенными на
логических элементах. Насосные агрегаты этого типа отличаются высокими
технико-экономическими показателями, высоким уровнем конструкторских разработок
и надежностью в работе.
Достоинством погружных насосных агрегатов
является их незначительная металлоемкость, возможность установку в искривленных
скважинах простота монтажа и демонтажа. К недостаткам относится высокая
чувствительность к наличию песка в воде.
.3 Основные недостатки и конструктивные
исполнения нескольких подобных аксиальному , центробежных двигателей - насосов,
которые могут быть использованы в автомобиле
Существует известный двигатель-насос [1],
содержащий статор электродвигателя, представляющий собой магнитопровод с
пазами, в которые уложена первичная обмотка (как правило, трехфазная, хотя в
отдельных случаях может быть и однофазная), массивный ротор- рабочее колесо,
представляющее собой полый барабан, на внутренней поверхности которого
размещены лопаточные венцы осевого насоса.
Однако в таком двигателе-насосе за счет большого
активного сопротивления массивного ротора-рабочего колеса имеют место
повышенные потери, основная доля которых рассеивается в окружающее пространство
в виде тепла. За счет этих потерь перекачиваемая таким насосом жидкость нагревается
и теряет вязкость, что в ряде случаев, например, при перекачке нефти и
нефтепродуктов, является эффективным, но неприемлемо для многих других
жидкостей, так как может привести к их недопустимому нагреву и изменению их
физических свойств.
Наиболее близким к аксиальному центробежному
двигателю - насосу по физической сущности и достигаемому результату является
насос аксиальной конструкции для перекачки нефтепродуктов [2] содержащий
корпус, смонтированные в нем статоры электродвигателя и рабочее колесо насоса,
являющееся ротором электродвигателя и выполненное в виде связанных между собой
двух роторов-дисков, расположенных между двумя торцовыми поверхностями двух
статоров электродвигателя с необходимыми воздушными зазорами, причем один из
статоров электродвигателя является отключаемым от сети питания независимо от
другого, а насос снабжен установленным в корпусе на подшипниках валом, на
котором закреплено рабочее колесо. В современном представлении магнитопроводы
статоров и роторов описанного выше насоса являются аксиальными, поскольку
магнитные потоки статоров и роторов направлены вдоль их общей оси.
Однако такая конструкция насоса не
предусматривает защиту статорной обмотки от вредного механического и
химического воздействия перекачиваемой жидкости, что может привести к
повреждению изоляции обмотки статора с последующим коротким замыканием обмотки.
Существенным недостатком такого насоса является наличие массивных
роторов-дисков, изготовленных из конструкционной стали, приводящее к
неоправданно большим потерям мощности на вихревые токи в массиве роторов-дисков
и магнитный гистерезис, что приводит к сильному нагреву ротора и,
следовательно, к большим потерям энергии и существенному снижению КПД насоса.
Отсутствие обмоток на роторах-дисках снижает энергетические показатели насоса в
целом. Кроме того, стальные массивные роторы-диски обладают большой массой,
вследствие чего ухудшают массогабаритные показатели насосного агрегата в целом,
роль обмоток выполняет конструкционная сталь, имеющая большое активное сопротивление.
Вал, соединяющий роторы такого насоса, должен иметь достаточно большой диаметр
и, соответственно, большую массу для передачи крутящих и изгибающих моментов,
осевых и радиальных усилий, что также приводит к ухудшению массогабаритных
показателей насоса.
1.4 Обоснование актуальности темы исследования
Количество насосов различного назначения,
выпускаемых промышленностью технически развитых стран, исчисляется в настоящее
время миллионами штук в год. Основная масса применяемых насосов является электроприводными.
Электрическая энергия, потребляемая ими, составляет существенную часть в
энергетическом балансе стран. В обычных условиях масса насоса не играет большой
роли, однако в транспортном машиностроении, масса применяемых насосов имеет
существенное значение. Применяемые в настоящее время двигатели - насосы с
приводом от электродвигателей постоянного тока не отвечают требованиям
необходимой надежности, минимальных массы и энергопотребления. Поэтому
теоретические и экспериментальные исследования, направленные на
совершенствование рабочих процессов и повышение КПД машин этого вида имеют
очень большое значение.
Основными направлениями развития
электроприводных насосов вообще и автомобильных в частности являются:
совершенствование рабочих процессов насосов;
совершенствование рабочего процесса привода;
повышение КПД насосов;
снижение производственных, эксплуатационных и
ремонтных затрат;
автоматизация технологических процессов при
производстве;
снижение энергопотребления;
снижение металлоемкости;
повышение надежности, увеличение ресурса насосов
и приводов;
для автомобильных насосов, кроме того, снижение
массы агрегата.
Реализация выше перечисленных направлений
невозможна без совершенствования конструкции электроприводных насосов, новых
решений в технологии их производства и автоматического регулирования рабочего
процесса по оптимальным программам управления. Существующие конструкции
насосных агрегатов и особенно их электроприводов, не приспособлены к работе в
автоматическом режиме с гидравлической сетью с изменяющимися параметрами.
Отсутствие оптимизированных способов управления насосами и их приводами
сдерживает развитие этой отрасли техники.
2. Экспериментальная часть
.1 Цели и задачи исследования
Целью данной работы является:
Повышение эффективности насосной техники для
использования в топливной системе автомобиля.
Для достижения данной цели были поставлены
следующие задачи:
Анализ существующих центробежных насосов, для
выявления основных недостатков существующих конструкций электроприводных
насосов;
Поиск путей совершенствования насосной техники,
для улучшения качества работы автомобиля и топливной системы автомобиля в
частности на базе новых перспективных конструкций двигателей-насосов -
аксиального центробежного двигателя- насоса,.
2.2 Перспективны использования аксиального
центробежного двигателя-насоса в топливной системе автомобиля
А) Конструкция аксиального центробежного
двигателя-насоса:
Аксиальный центробежный двигатель-насос [____]
(рис. 12) _содержит корпус 1, смонтированный в нем статор 2 электродвигателя,
представляющий собой аксиальный шихтованный магнитопровод с пазами, в которые
уложена трехфазная обмотка 3, и рабочее колесо-ротор 4. Статор 2
электродвигателя герметично отделен от проточной части 5 насоса тонкой
мембраной 6 из диэлектрического материала, а рабочее колесо-ротор 4,
выполненное из легкого алюминиевого сплава, имеет шихтованный аксиальный
магнитопровод 8, в пазы которого уложена короткозамкнутая обмотка 7. Рабочее
колесо-ротор 4 установлено свободно вращающимся на неподвижно закрепленной в
корпусе оси 9.
Б) Работа аксиального центробежного
двигателя-насоса:
При подключении трехфазной обмотки 3 статора 2
электродвигателя к питающей трехфазной сети создается вращающий
электромагнитный момент по общеизвестному принципу работы асинхронного
двигателя, приводящий рабочее колесо-ротор 4 во вращение. При вращении рабочего
колеса-ротора 4 жидкость в проточной части 5, увлекаемая рабочим
колесом-ротором 4 также приходит во вращение. При этом на жидкость в проточной
части 5 действуют центробежные силы, перекачивающие жидкость по общеизвестному
принципу работы обычных центробежных насосов.
Рисунок 12 - Общий вид аксиального центробежного
насоса-двигателя в разрезе
Рисунок 13 - Сечения аксиального центробежного
двигателя-насоса А-А, и В-В.
В) Перспективы внедрения аксиального
центробежного насоса в топливную систему автомобиля:
Изобретение аксиального центробежного двигателя-
насоса помогло решить задачу защиты статорной обмотки электродвигателя насоса
от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости,
уменьшения нагрева перекачиваемой жидкости и насоса в целом, повышения
энергетических показателей, снижения потерь энергии, повышения КПД и улучшения
массогабаритных показателей насосного агрегата.
Улучшение было достигнуто тем, что статор
электродвигателя насоса, а по существу, как наиболее удачно названного в
монографии Гайтова Б.Х. (1) - двигатель-насоса, герметично отделяется от
проточной части двигатель- насоса мембраной, изготовленной из диэлектрического
материала и защищающей обмотку статора от вредного механического и химического
воздействия перекачиваемой жидкости. Магнитопровод ротора выполняется
шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой
и впрессовывается в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо
двигатель-насоса с лопастями. Полученное таким образом свободно вращающееся
рабочее колесо-ротор двигатель-насоса устанавливается на неподвижно
закрепленной в корпусе оси (валу, не несущем вращающего момента).
.3 Методы исследования
Я выбрал несколько центробежных
насосов-двигателей, провел их технический анализ и сравнил конструкционные и
технические характеристики с характеристиками аксиального центробежного
двигателя - насоса.
На основании проведенного анализа я выбрал
двигатель - насос аксиально-центробежного типа, который представляется наиболее
целесообразным для использования в топливных системах автомобиля.
Исследование показало, что использование
аксиального центробежного двигателя - насоса в топливных системах автомобиля
решает важную задачу такую, как увеличение энергетических показателей насоса, а
так же уменьшение потерь энергии, повышения КПД и улучшения массогабаритных
показателей насосного агрегата, которые необходимы для благоприятной работы
всей топливной системы в целом и увеличения долгосрочной службы автомобиля.
Заключение
Анализируя полученные данные исследования можно
сделать следующие выводы:
. С целью улучшения массогабаритных показателей
и повышения КПД топливных насосов целесообразна замена механической связи
двигателя и насоса электромагнитной связью, за счет совмещения центробежного
насоса и аксиального асинхронного двигателя в единое устройство путем
объединения в единое целое рабочего колеса центробежного насоса и ротора
аксиального АД. Поскольку электроприводные топливные насосы являются основными
потребителями электроэнергии на всех эксплуатационных режимах, обеспечение
оптимального регулирования параметров топливопо-дачи, возможности более точной
настройки топливной системы на основе микропроцессорного управления агрегатами
позволяет существенно повысить экономичность энергосистемы .
Исходя из этого, можно сделать вывод,
что применение аксиального- центробежного двигателя-насоса в топливной системе
автомобиля приведет к улучшению его работы, повышению качества отдельных частей
насоса в целом, а так же к снижению производственной стоимости, в связи с
уменьшением массогабаритных размеров.
Список использованных источников
1.Гайтов Б.Х. Управляемые
двигатели-машины. М.: Машиностроение, 1981, 183 с., с. 157
. Патент № 2098667, 1997 г., Бюл. №
34, авторы Гайтов Б.Х., Копелевич Л.Е., Письменный В.Я.
. Автоматизированный электропривод,
силовые полупроводниковые приборы и преобразовательная техника. Актуальные
проблемы и задачи / Под общ. ред. Н.Ф. Ильинского, И.А. Тельмана, М.Р. Юнькова.
Энергоатомиздат, 1983. -472 с.
. Ломакин А. А. Центробежные и
осевые насосы / А. А. Ломакин . 2-е изд., перераб. и доп. - Л. :
Машиностроение, 1966. - 364 с
. Айзенштейн М.Д. Центробежные
насосы для нефтяной промышленности. -М.: Гостехиздат, 1957. 363 с.
. . Поляков В. В., Скворцов Л. С.
Насосы и вентиляторы: Учебник для вузов. Москва, Стройиздат., 1990. - 336 с.
. Черкасский В. М. Насосы,
вентиляторы, компрессоры: Учебник для теплоэнергетических специальностей вузов.
- 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 416 с.
. Насосы. Вентиляторы. Кондиционеры.
Справочник: - Москва, Политехника, 2006 г.- 824 с.
. Карелин В. Я., Минаев А. В. Насосы
и насосные станции, изд. Стройиздат,1986г,-320с.