notiuni generale privind MaSinile hidraulice

Capitolul prezinta succint cateva notiuni referitoare la masinile hidraulice privite indeosebi sub aspect energetic.

Definitii, clasificari

Masinile hidraulice sunt sisteme tehnice alcatuite din organe si mecanisme cu miscari relative determinate care transforma:

energia hidraulica in energie mecanica (motoare);

energia mecanica in energie hidraulica (generatoare) si

energia mecanica in energie mecanica avand alte caracteristici prin intermediul energiei hidraulice sau energie hidraulica in energie hidraulica prin intermediul energiei mecanice (transformatoare).

In functie de modul in care lichidul se deplaseaza in interiorul masinilor hidraulice, se deosebesc:

masini volumice, la care se deplaseaza in mod periodic volume determinate de lichid intre sectiunea de intrare si sectiunea de iesire si

masini hidrodinamice, la care exista un curent continuu de lichid intre sectiunea de intrare si cea iesire, transferul de energie realizandu-se prin interactiunea hidrodinamica dintre curent si un rotor prevazut cu palete profilate.

Conform definitiei, masinile hidraulice se pot imparti in trei clase la care se adauga masinile reversibile. In continuare se enumera tipurile reprezentative ale fiecarei clase.

a) Motoarele hidraulice pot fi:

roti de apa;

motoare hidrostatice (cu piston, cu palete rotative, cu angrenaje, cu pistoane rotative);

turbomotoare (turbine hidraulice energetice, turbomotoare din turbotransmisii).

b) Generatoarele hidraulice pot fi:

elevatoare hidraulice (cu cupe, cu banda);

pompe volumice (cu piston, cu palete rotative, cu angrenaje, cu pistoane rotative);

turbogeneratoare( turbopompe, turbocompresoare, turbosuflante, ventilatoare);

c) Transformatoarele hidraulice pot fi:

transformatoare hidrostatice (servomotoare hidraulice, sertare releu, transformatoare hidrostatice de presiune, prese si ciocane hidraulice);

transformatoare hidraulice pentru pompare (hidropulsorul, berbecul hidraulic [13]);

transmisii hidraulice (ambreiaje hidraulice, convertizoare hidraulice de cuplu).

Parametrii energetici ai masinilor hidraulice

Debitul volumic se noteaza cu Q, iar unitatea de masura in SI este m³/s. Se mai folosesc in mod uzual: dm³/s (l/s), m³/h. Se mai utilizeaza debitul masic Q_m. Unitatea de masura in SI este kg/s, dar se mai foloseste kg/h si t/h.

La masinile volumice debitul este pulsatoriu. Se defineste cilindreea ca fiind volumul deplasat corespunzator unei singure rotatii. Debitul volumic teoretic se determina prin inmultirea cilindreei cu turatia.

Reamintim ca energia specifica totala este formata din energia potentiala de pozitie, potentiala de presiune si cinetica:

. (9.3)

In SI unitatea de masura este m (coloana de fluid).

In cazul masinilor volumice apar presiuni considerabile. Ponderea termenului ce contine presiunea in ecuatia (8.3) este hotaratoare si atunci sarcina este pentru generatoare si pentru motoare.

Puterea se masoara in W sau kW. Calul putere (CP) se utilizeaza mai putin.

6. Turatia reprezinta un parametru important care influenteaza valorile debitului si eficientei transformarii energetice. In SI se masoara in 1/s (rot/s), dar uzual se foloseste rot/min.

Randamentul generatoarelor hidraulice

Se noteaza cu P_a puterea absorbita de pompa, deci aplicata de motorul de antrenare la arborele pompei. In primul rand, o parte din ea este consumata pentru invingerea frecarilor - pierderi mecanice. O alta parte se consuma pentru invingerea pierderilor hidraulice datorate vascozitatii lichidului (pierderi de tipul celor liniare sau locale). De asemenea, exista pierderi volumice. Randamentul global al pompei se poate scrie in functie de randamentele partiale (mecanic, hidraulic si volumic):

. (9.12)

Valorile uzuale ale randamentelor partiale pentru turbogeneratoare sunt:

. (9.13)

Randamentele partiale depind de conditiile de exploatare si uzura.

Caracteristicile turbogeneratoarelor

Determinarea caracteristicilor turbogeneratoarelor

Reprezentarea grafica a sarcinii functie de debit si a puterii de antrenare (consumate) functie de debit la o turatie constanta sunt caracteristicile cele mai importante ale unui turbogenerator. Aceste curbe se traseaza in urma unor incercari pe standuri de proba, obligatoriu la fabricile producatoare.

Forma caracteristicilor H(Q) si P(Q) depind de particularitatile constructive.

Caracteristica sarcina in functie de debitul volumic pentru masinile centrifugale se poate aproxima cu o parabola. Ea se traseaza prin punctele determinate experimental.

Puterea de antrenare este dependenta de debit si sarcina, dar si de randamentul mecanic. In final, aceasta este in esenta o parabola cubica.

Determinarea punctului de functionare

In capitolul 6 s-a prezentat modul de obtinere a caracteristicii sarcina functie de debit pentru o conducta, H_c = f(Q). S-a aratat ca ea are forma unei parabole, cu ordonata la origine egala cu H_s. O astfel de curba s-a reprezentat in figura 9.1.

Comportarea energetica a unei pompe este definita de reteaua pe care debiteaza. Caracteristica unei pompe centrifugale, H_p = f(Q) are, de asemenea forma unei parabole, insa cu varful in sus. Si aceasta caracteristica s-a reprezentat pe aceeasi diagrama in figura 9.1. Pompa si reteaua vor functiona in aceleasi conditii de debit si sarcina, iar punctul de functionare, (F), se va gasi la intersectia reprezentarilor grafice ale celor doua caracteristici. Din aceasta figura se poate deduce modul de determinare a parametrilor de functionare ai sistemului pompa-retea, adica debitul de lucru Q_F si sarcina H_F.

Aplicatii

9.5.1. Alegeti raspunsurile corecte:

I.           Generatoarele hidraulice transforma energia:

A.        hidraulica in energie mecanica

B.         mecanica in energie hidraulica

C.        mecanica in energie electrica

II.         Debitul volumic al generatoarelor hidraulice este cantitatea de fluid care trece in unitatea de timp prin sectiunea de:

A.        intrare

B.         iesire

III.      Puterea consumata de o pompa se poate calcula cu relatia:

A.       

B.        

9.5.2. O pompa extrage apa dintr-o fantana si o refuleaza intr-un hidrofor (cu perna de aer) aflat la presiunea p_m = 1,5 bar). Diferenta de nivel intre fantana si rezervor este h = 6 m, diametrul interior al conductei este d = 32 mm, rugozitatea absoluta k = 0,3 mm, lungimea totala a conductei de aspiratie si refulare este l = 15 m, iar suma coeficientilor de rezistenta locala este . Pe standul de incercare s-a obtinut caracteristica pompei:

Sa se determine punctul de functionare al sistemului pompa-retea.

Raspuns: Se determina rugozitatea relativa k/d = 9,4^-10^-3, coeficientul pierderilor liniare, l = 0,037, modulul de rezistenta al sistemului de conducte de aspiratie si refulare inseriate (considerate ca o singura conducta), M = 3,73^.10⁶ s²m^-5, sarcina statica a conductei, H_st = h + p_m/rg 21,3 m, se obtin punctele cu ajutorul carora se traseaza caracteristica conductei:

apoi se traseaza cele doua curbe si se obtine, la intersectia lor, Q_F = 1,2^.10^-3 m³/s si H_F = 26 m.

9.5.3. O instalatie de ventilatie locala foloseste un ventilator a carui caracteristica sarcina, H_v functie de debitul volumic este data in tabelul urmator:

Instalatia cuprinde o conducta de aspiratie si o conducta de refulare de sectiune circulara cu diametrul d = 200 mm coeficientul pierderilor liniare l = 0,018, lungimea totala l = 30 m, suma coeficientilor rezistentelor locale, Sz = 7, iar sectiunea de iesire este mai sus cu h = 6m fata de cea de intrare.

Sa se determine debitul volumic, sarcina si puterea utila in punctul de functionare.

Se va considera densitatea aerului r = 1,125 kg/m³.

Indicatie: Se va trasa caracteristica ventilatorului dupa ce se transforma [mm apa] in metri col. aer: sau se va trasa caracteristica conductei in [mm apa].