1.2. Аналіз приводів насосних агрегатів

За видом використаної енергії для приведення в дію робочого органу насосного агрегату приводи класифікують так (рис. 1.1): ручний, механічний, паровий, привод від ДВЗ (двигун внутрішнього згорання), пневматичний, гідравлічний, електричний та комбінований.

В роботах багатьох авторів [11, 32, 33, 76, 80, 98, 178] відзначені переваги і недоліки кожного з вказаних приводів. Найбільш поширеними для насосних агрегатів є ручний, електричний, пневматичний та гідравлічний приводи.

Ручний привод відрізняється простотою конструкції та монтажу, але є малопотужним.

Механічний привод (ексцентриковий, кривошипно-шатунний) має просту конструкцію, низьку вартість, незначну чутливість до змін зовнішніх впливів, простий в обслуговуванні [60, 72]. Проте, цей тип привода має обмежені можливості застосування через невеликий ресурс, малу питому потужність і великі габарити та масу, складність незалежного регулювання частоти і амплітуди, велику тривалість перехідного процесу та необхідність масивного фундаменту для віброізоляції.

Рис. 1.1. Класифікація приводів насосних агрегатів

Паровий привод широко не використовують для насосних агрегатів через його низький ККД, великі габарити, масу та необхідність застосування теплогенератора.

Основними недоліками привода від ДВЗ є неможливість роботи з великими перевантаженнями, велика питома маса, вибухо- і пожежонебезпечність. До переваг можна віднести простоту регулювання частоти обертання.

Пневматичний привод за принципом дії аналогічний гідравлічному, проте його майже не використовують при необхідності створення значних потужностей і передачі великих зусиль через невиправдане збільшення габаритних розмірів привода і машини в цілому, а також малий ККД привода 30 - 40 % [115, c. 7]. До його недоліків також слід віднести відносно високу вартість енергії стисненого повітря, необхідність захисту елементів привода від корозії. Пневмопривод застосовується при роботі у вибухонебезпечних приміщеннях. Під час запусків надійність пневматичних приводів часто нижча порівняно з гідравлічними приводами. Особливо це стосується випадків, коли з метою економії витрат стисненого повітря в пневмоприводах використовуються складні за конструктивним виконанням впускний та розподільний механізми [178, c. 8]. Окрім того, при однакових габаритних розмірах гідравлічних та пневматичних приводів останні забезпечують значно меншу величину тиску нагнітання ПС.

Найпоширенішими видами комбінованого привода машин є гідромеханічний і електрогідравлічний. Значні втрати енергії привода на дроселювання рідини, складність торцевого ущільнення золотника і необхідність використання окремого привода для регулювання параметрів машини за енергією і частотою робочого навантаження обмежують застосування гідромеханічного привода в промисловості. Електрогідравлічний привод перспективний завдяки простоті створення збурювального імпульсного тиску в порожнині гідроциліндра, наприклад, при електричному розряді в рідині. Проте, електричну частину привода таких машин ще досить мало вивчено, він є складним в обслуговуванні і має значні габарити та високу вартість [76].

Електричний привод має наступні переваги: можливість регулювання швидкості обертання в значних межах; безпека роботи (простота конструкції і надійність різних запобіжних пристроїв); можливість роботи із значними перевантаженнями; відносно низька вартість; можливість пуску під навантаженням. Двигуни постійного струму мають значні переваги перед іншими, оскільки вони наділені підвищеною здатністю до перевантаження в порівнянні з двигунами змінного струму; у них ширше діапазон регулювання швидкості. Асинхронні двигуни дешевші, менші за габаритами та вагою, а тому й більш широко використовуються [80, 98]. Недоліками зазначеного привода є: суттєва залежність габаритів електродвигуна від потужності; складність отримання відносно малої і стійкої швидкості обертання; велика інерційність електропривода, що значно знижує його швидкодію; великі габарити системи управління двигуном з регульованою швидкістю або висока вартість системи керування асинхронним двигуном; пожежонебезпечність.

Гідропривод – це сукупність пристроїв, призначених для приведення в дію машин і механізмів за допомогою гідравлічної енергії. Обов'язковими елементами гідропривода є насос і гідродвигун. Робочий тиск в гідросистемі може досягати 32 МПа і більше [10, 39].

Згідно термінології, наведеної в [64, 92], гідравлічний привод відрізняється від гідроімпульсного тим, що в останньому приводі використовується одноходовий гідроакумулятор, який накопичує енергію лише на один робочий хід машини, причому передача цієї енергії робочому органу здійснюється періодично елементом розрядки – клапаном-пульсатором, далі АГР.

Приводним двигуном насоса гідросистеми подачі робочої рідини можуть бути електродвигун, двигун внутрішнього згоряння та інші, а тому іноді гідропривод називається, відповідно, електронасосний, дизельнасосний тощо. Основні переваги та недоліки гідравлічних приводів наведені в табл. 1.1 [7, 32, 33, 39, 82, 117, 196 та ін.].

При виборі привода насосного агрегату необхідно враховувати особливості його експлуатації, а саме: вибухобезпечність; пожежобезпечність; температуру навколишнього середовища; відповідність характеристик приводного двигуна заданому режиму роботи насосного агрегату; вартість виготовлення і експлуатації агрегату з даним типом привода; можливість використання того або іншого виду енергії в достатній кількості; зручність керування насосним агрегатом; залежність готовності до роботи насосного агрегату від джерела енергії; відповідність габаритів привода вимогам раціональної компоновки насосного агрегату; вимоги до регулювання вихідних параметрів насосного агрегату; діапазон регулювання вихідних параметрів насосного агрегату.

Таблиця 1.1

Характеристика гідравлічних приводів

Переваги	Недоліки
можливість програмного керування режимами роботи, порівняно просте здійснення автоматичного управління	підвищені вимоги до точності виконання монтажу та обслуговування, необхідність частої заміни робочої рідини
можливість привода від насосних установок базових гідрофікованих машин	вплив температур навколишнього середовища на властивості гідросистеми
передача енергії тиску рідини в будь-якому напрямі і простота здійснення обертальних та прямолінійних зворотно-поступальних переміщень виконавчого механізму	нагрів робочої рідини, що у ряді випадків вимагає застосування спеціальних охолоджувальних пристроїв і засобів теплового захисту
можливість універсального перетворення механічної характеристики приводного двигуна відповідно до вимог навантаження	необхідність забезпечення в процесі експлуатації чистоти робочої рідини і захисту від проникнення в неї повітря
можливість отримання великих передавальних чисел при високому ККД (великий діапазон регулювання)	втрати робочої рідини через ущільнення і зазори, особливо при високих значеннях тиску
стійка робота при малих швидкостях	висока вартість і складність виготовлення
надійне змащування поверхонь, що контактують, при застосуванні мінеральних масел як робочої рідини
вибухо- і пожежобезпечність (при застосуванні відповідних робочих рідин)
мала інерційність
високий ККД
високі динамічні і регулювальні характеристики; можливість плавного регулювання основних робочих параметрів – швидкості, зусилля, переміщення
невеликі вага і габарити, що приходяться на одиницю потужності, яка передається
низький шум при роботі
простота запобігання від перевантажень приводного двигуна і виконавчих органів машин, витримка великих перевантажень
висока надійність і довговічність

При правильному виборі гідросхем і відповідному конструюванні гідровузлів деякі з перерахованих недоліків гідропривода можна усунути, або значно зменшити їх вплив на роботу машин. Тоді переваги гідропривода перед звичайними механічними передачами стають такими істотними, що в більшості випадків перевага віддається саме йому [11].

Аналітичний огляд відомих приводів насосних агрегатів показав, що найбільш ефективними серед них є гідравлічні приводи з дистанційним автоматичним керуванням, особливо в тих випадках, коли використання традиційних електромеханічних приводів неприпустиме внаслідок підвищених вимог до дотримання електро- і пожежобезпеки. Окрім того, відомі електромеханічні приводи мають значні габарити і масу, не завжди дозволяють здійснювати плавне регулювання амплітуди і частоти робочих ходів виконавчого органу, що є суттєвим і значимим фактором при перекачуванні високов’язких середовищ.

Отже, для перекачування високов’язких рідин, коли йде мова про плавне регулювання швидкості руху поршня з мембраною і про необхідність задавання певного закону руху робочого органу, використання саме гідропривода (гідроімпульсного привода) для приведення в дію насосного агрегату подібного призначення стає беззаперечним та обґрунтованим.

В роботах [7, 60, 63, 73, 82, 106, 149, 150, 176, 180, 192] відмічаються суттєві переваги застосування гідравлічних приводів для нагнітальних вузлів насосних агрегатів, які надають можливість плавного безступінчастого регулювання амплітуди і частоти робочих ходів поршня чи мембрани, а також мають менші габаритні розміри та масу. Існуючий стан досліджень в галузі насосних агрегатів з гідравлічними приводами є ще не досить задовільним.