Равномерность подачи (потока) жидкости Теоретическая равномерность подачи
Мгновенная расчетная (геометрическая) подача одного поршня пропорциональна относительной скорости v его движения в цилиндре
Подставив в данное выражение ранее полученное значение v, получим выражение для мгновенной подачи одного поршня:
Текущая подача жидкости насосом имеет неравномерный пульсирующий характер. Она слагается из суммы подач отдельных поршней, совершающих в текущий момент рабочий цикл:
где и - текущие значения расчетной подачи насоса и одного цилиндра;
- число цилиндров, соединенных в текущий момент с полостью нагнетания.
В полости нагнетания может одновременно находится поршней:
при нечетном числе цилиндров - ;
при четном числе цилиндров - .
Суммарная мгновенная подача всех поршней, находящихся в рабочей полости, составит
где - текущие углы поворота, образованные осями цилиндров – осью мертвых положений.
Из выражения суммарной мгновенной подачи всех поршней ( ) следует, что поскольку одновременно действует несколько поршней (замыкателей), каждый из которых принимает участие в процессе нагнетания в течение конечного, весьма короткого промежутка времени, и подача носит дискретный характер, расчетная подача жидкости насосом будет пульсирующей, причем чем больше число поршней, тем меньше будет амплитуда и больше частота пульсаций подачи. Для однорядных насосов с четным числом цилиндров число пик, приходящееся на угол поворота 1800, равно числу цилиндров, а для насосов с нечетным числом – удвоенному числу цилиндров. Амплитуда пульсаций подачи при нечетном числе цилиндров будет соответственно меньшей, чем при четном.
Т.к. по окружности блока цилиндров расположено z поршней, то образуется z сдвинутых по фазе кривых подачи отдельных поршней. В результате колебание суммарного расхода поршней составляет относительно небольшую величину.
На рис. 4 приведены
расчетные графики колебания подачи
жидкости с числом цилиндров z = 5 и z = 6 в
функции угла
поворота цилиндрового блока, расчитанные
по формуле
.
Заштрихованные участки характеризуют
степень неравномерности подачи. Более
высокая неравномерность подачи при
четном числе цилиндров обусловлена
тем, что цилиндры расположены диаметрально
противоположно, т.е. в мертвом положении
здесь одновременно б
φ
Р
φ
Поскольку величина R значительно превышает величину эксцентриситета е, вторым членом уравнения можно пренебречь; в результате получим чисто синусоидальный закон мгновенной подачи одним поршнем
Применение этой упрощенной формулы отразится на характере пульсаций подачи, характер колебаний которых будет гармоническим.
На рис. 5 приведены графики колебаний подачи, построенные по закону синуса.
Пульсация подачи жидкости оказывает влияние на поведение системы в переходных режимах работы, возбуждая колебания давления жидкости.
Неравномерность (пульсацию) потока жидкости обычно оценивают коэффициентом, характеризующим отношение изменения текущего расхода (амплитуды волны мгновенной подачи) к среднему его значению:
г де и - максимальное и минимальное значения суммарной мгновенной подачи;
- среднее значение подачи.
φ
Р
φ
Коэффициент неравномерности подачи, обусловленный пульсирующим характером функции , зависит как от количества z цилиндров, так и от четности или нечетности их числа.
При четном числе z цилиндров колебания подачи
при нечетном z
При многорядном расположении цилиндров с рядами, не смещенными один относительно другого, величина подачи и момента увеличиваются пропорционально числу рядов, однако коэффициент пульсации сохраняется таким же, как и в случае однорядного насоса.
Очевидно, что для получения минимальной пульсации рекомендуется располагать цилиндры так, чтобы все они работали поочередно, со смещением фаз на угол
где - суммарное число цилиндров во всех рядах.
В некоторых гидросистемах применяют демпфирование вынужденных колебаний давления, возникающих в гидросистеме вследствие неравномерности (пульсации) подачи насоса. Демпфирование осуществляется установкой непосредственно за насосом демпфера колебаний (антипульсатора мембранного типа или гидроаккумулятора, а также иных емкостей и инерционных сопротивлений).
Фактическая неравномерность
Исследования показывают, что фактическая пульсация потока и давления определяются не только рассмотренной расчетной неравномерностью подачи жидкости насосом, но и в значительной мере несовершенством фазораспределения жидкости в гидромашине, а также гидродинамическими процессами, возникающими при регулировании гидропривода.
Величина этой неравномерности, обусловленной обратным потоком жидкости, зависит от перепада давления между полостью нагнетания и всасывания и может значительно превышать расчетную неравномерность.
В силу сказанного, в практике применяют преимущественно насосы с нечетным числом цилиндров; распространены насосы с z = 5;7 и 9.