6.5. Насос с воздушным колпаком

Неравномерность подачи и пульсации давления в нагнетательном и всасывающем трубопроводах, которые являются следствием неустановившегося движения жидкости, способствуют появлению высоких инерционных нагрузок. Эти нагрузки вызывают гидравлические удары, вибрации трубопроводов, что приводит к разрушению опорных конструкций, изоляции, к выводу из строя измерительных приборов, а в некоторых случаях – и к разрыву сварных швов.

Д

1

ля устранения вышеназван-ных негативных явлений применяются воздушные колпаки, принцип работы которых основан на значительно большей сжимаемости воздуха по сравнению с жидкостью. Воздушные колпаки устанавливаются как на нагнетательной, так и на всасывающей стороне насоса. Схема установки колпаков показана на рис. 6.10.

В

2

качестве примера рассмотрим принцип действия работы колпака на нагнетательной стороне 1 насоса. В начальный момент при повышении давления часть жидкости поступает в воздушный колпак. Воздух под действием избыточного давления сжимается, и его объем изменяется от до . При этом давление воз- Рис. 6.10. Схема установки духа от повышается до . воздушных колпаков: В конце процесса нагнетания с паде- 1 – нагнетательная сторона; нием давления жидкость воздухом 2 – всасывающая сторона выдавливается в трубопровод, обес- печивая тем самым более равномерную ее подачу потребителю. Объем воздуха при этом изменяется от до . Таким образом, пульсации давления не распространяются по трубопроводу далее места установки колпака.

Расчет колпака сводится к определению его объема. Считая процесс сжатия и расширения воздуха изотермическим, запишем

,

где и − соответственно средние величины давления и объема воздуха,

; .

Полученные зависимости позволяют установить, что

, (6.24)

где − степень неравномерности изменения давления.

Разность называется аккумулирующей способностью колпака. Из уравнения (6.24) следует

; .

Принцип действия колпака на всасывающей стороне 2 ничем не отличается от действия на нагнетательной.

Для нагнетательных трубопроводов 0,02÷0,04; для всасывающих − 0,06÷0,1. Более низкие требования к колпакам на всасывающих линиях по сравнению с нагнетательными объясняются меньшими давлениями и протяженностью.

Аккумулирующая способность колпака зависит от конструкции насоса и рассчитывается по формуле

где для насоса простого действия равно 0,55, а для двойного действия − 0,21.

Полный объем колпака

.

6.6. Прямодействующие насосы

Прямодействующие насосы имеют два цилиндра – продуктовый 2 и силовой 4 (рис. 6.11). Поршни насосов крепятся на штоках, соединенных жестко между собой резьбовой муфтой 3. Возвратно-поступательное движение поршней осуществляется золотниковым устройством 1, установленным на силовом цилиндре. Назначение золотника – в поочередной подаче пара в правую и левую полости силового цилиндра. Скорость перемещения поршней регулируется количеством подаваемого пара. Если расход и давление пара постоянны, то скорость движения поршней, а следовательно, и подача насоса постоянны.

4

2

33

1

Рис. 6.11. Прямодействующий поршневой насос:

1 – золотниковое устройство; 2 – продуктовый цилиндр;

3 – резьбовая муфта; 4 – силовой цилиндр

На рис. 6.11 изображен насос с паровым силовым цилиндром, в котором рабочим веществом является водяной пар. Сила давления пара на силовой поршень будет равна силе давления жидкости на продуктовый поршень, если пренебречь механическим трением, т. е.

,

где и – площадь силового и продуктового цилиндров; и − давления в цилиндрах.

На рис. 6.12 изображен график изменения подачи жидкости за один ход поршня. Из графика видно, что у прямодействующих насосов отношение близко к единице, т. е. они имеют более равномерную подачу жидкости, чем насосы с кривошипно-шатунным механизмом. Однако следует помнить, что постоянное давление пара в силовом цилиндре возможно только в том случае, если пар совершает работу без расширения, что экономически неэффективно. В этом заключается один из недостатков прямодействующих насосов с приводом от паровой машины.

Рис. 6.12. Диаграмма изменения расхода в прямодействующем насосе