Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лекция 09

.docx
Скачиваний:
72
Добавлен:
24.03.2015
Размер:
25.97 Кб
Скачать

7

Лекция 9 (рисунки выполняются студентами самостоятельно по материалам лекции)

Перемещение жидкостей. Насосы.

Насосы – гидравлические машины, которые перемещая жидкость сообщают ей энергию.

Классификация насосов.

В зависимости от вида сообщаемой энергии насосы можно разделить на 3 класса:

  1. механизмы, изменяющие только потенциальную энергию положения жидкости (водоподъемники – журавли, водоподъемные колеса, газовоздушные подъемники);

  2. механизмы, изменяющие потенциальную энергию давления жидкости (поршневые, плунжерные, роторные);

  3. механизмы, изменяющие как потенциальную энергию, так и кинетическую (лопастные, струйные насосы).

Поршневой насос простого действия. Схема. Принцип действия. Поршневой насос двойного действия. Тройного. Четверного. Плунжерные насосы.

Основными частями поршневого насоса одинарного (простого действия) являются клапанная коробка, цилиндр, в котором возвратно-поступательно движется поршень. Насос приводится в действие от двигателя, вал которого совершает вращательное движение. Для преобразования вращательного движения вала двигателя в возвратно – поступательное движения поршня служит кривошипно – шатунный механизм, состоящий из кривошипа, шатуна крейцкопфа (ползуна) и штока. Перекачиваемая

Рис. Принципиальная схема насоса простого действия.

жидкость подводится по всасывающему трубопроводу из расходной емкости, а отводится от насоса к потребителю (к приемной емкости) по нагнетательному трубопроводу.

Насос одинарного действия за один двойной ход поршня один раз всасывает и один раз нагнетает жижкость. При движении поршня слева направо в цилиндре создается разряжение, т.е. давление оказывается меньше, чем в расходной емкости. Вследствие разности давлений открывается всасывающий клапан и жидкость по всасывающему трубопроводу поступает в цилиндр насоса. Этот процесс называется всасыванием. Он длится до тех пор, пока поршень не займет крайнее правое положение. При движении поршня справа налево всасывающий клапан опускается, а нагнетательный клапан открывается, и жидкость под давлением вытесняется в нагнетательный трубопровод и далее к потребителю. Расстояние между крайними положениями поршня в цилиндре называется ходом поршня, S . В течении одного оборота кривошипа поршень совершает два хода или один двойной ход.

Насосы двойного действия за один двойной ход поршня два раза всасывают и два раза нагнетают жидкость. Такие насосы имеют два всасывающих и два нагнетательных клапана; обе стороны поршня являются рабочими.

Рис. Схема поршневого насоса двойного действия.

Насос тройного действия состоит из трех насосов одинарного действия, имеющих общий коленчатый вал, общие всасывающие и нагнетательные трубопроводы. Кривошипы этих насосов расположены на коленчатом вале под углом 1200 друг к другу. При работе такого насоса не бывает моментов, когда бы не было подачи жидкости.

Насос четверного действия состоит из двух насосов двойного действия, имеющих общую всасывающую и нагнетательную трубы и общий коленчатый вал, кривошипы которого смещены друг относительно друга на угол 900. В таком насосе подача жидкости идет непрерывно, но с меньшей равномерностью, чем в насосе тройного действия.

В поршневых насосах с дисковыми поршнями уплотнение между цилиндром и поршнем достигается с помощью манжет или металлических колец, монтируемых на поршне в специальные проточки. В результате непрерывного движения поршня цилиндр и уплотняющие кольца постепенно изнашиваются, плотность между ними уменьшается. Возникает необходимость в периодической расточке цилиндра и замене уплотняющих колец, что связано с остановкой и разборкой насоса.

Этого недостатка лишены плунжерные насосы. Здесь вместо дискового поршня используется плунжер, представляющий собой пустотелый цилиндр. Плунжер не касается стенок цилиндра. Уплотнение между цилиндром и плунжером достигается с помощью сальника, доступ к которому выполнен снаружи. Срабатывается только сальник, который легко заменяется.; поэтому плунжерные насосы проще в эксплуатации и ремонте. Применяют их преимущественно при давлениях выше 10 ат.

Рис. Схема плунжерного насоса простого действия.

Производительность насоса одинарного, двойного, тройного и четверного действия. Объемный кпд насоса.

В насосе одинарного действия при всасывании в цилиндр входит объем жидкости равный произведению FS, м3. При ходе нагнетания этот объем вытесняется в нагнетательный трубопровод. Следовательно, теоретическая подача насоса одинарного действия за один двойной ход поршня (один оборот кривошипа) равна FS, м3, а его теоретическая производительность . (n, об/с)

В насосе двойного действия за один двойной ход поршня жидкость подается в нагнетательную линию общим объемом 2FS (если пренебречь объемом штока). Производительность такого насоса

Насос тройного действия состоит из трех насосов простого действия, работающих на общий напорный трубопровод, следовательно

Теоретическая производительность насоса четверного действия, очевидно, будет Таким образом, общая формула производительности насосов перечисленных выше, будет где i - кратность или степень действия насоса.

Действительная производительность насоса всегда меньше теоретической. Отношение действительной производительности к теоретической называется коэффициентом подачи, или объемным кпд насоса,. Таким образом, общая формула для определения действительной производительности имеет вид

Коэффициент подачи учитывает следующие основные потери жидкости в насосе.

1.Для открывания и закрывания клапанов необходимо определенное время, а смена процессов всасывания и нагнетания происходит мгновенно, так как коленчатый вал вращается непрерывно. Поэтому всасывающий клапан в начале нагнетания бывает еще приоткрыт и пропускает перекачиваемую жидкость из цилиндра во всасывающий трубопровод. В начале процесса всасывания нагнетательный клапан также еще не закрыт, и часть жидкости из нагнетательного трубопровода уходит обратно в цилиндр насоса.

2.Вследствие несвоевременности подъема всасывающих клапанов жидкость засасывается не на всем ходе поршня.

3.Определенное количество воздуха находится в перекачиваемой жидкости в растворенном или во взвешенном состоянии. При уменьшении давления в период всасывания воздух выделяется. Воздух занимает определенный объем в цилиндре.

Значения кпд в зависимости от производительности

0,98 для производительности с 60 м3/час;

0,93 при производительности 15 – 60 м3/час;

0,87 при производительности менее 15 м3/час.

Закон движения поршня.

Зависимость хода поршня от угла поворота кривошипа является базовой для всех последующих расчетов. Эту зависимость обычно называют «закон движения поршня».

Рис. К определению зависимости перемещения поршня от угла поворота кривошипа.

Изобразим положение всех элементов кривошипно – шатунного механизма при двух значениях угла поворота кривошипа: .. Из геометрического рассмотрения положений шатуна и кривошипа в начальный момент ( и при повороте кривошипа на угол получаем

Здесь - длина шатуна, угол наклона шатуна к горизонту. Так как , то ; поэтому окончательно получаем закон подачи в виде

Скорость движения поршня.

Скорость движения поршня есть производная пути (хода) по времени , т.е.

или

Отсюда следует, что скорость поршня изменяется с по синусоидальному закону от до при и .

Диаграмма подачи.

Так как скорость поршня изменяется в зависимости от угла поворота кривошипа по закону синуса, то и подача (всасывание или нагнетание) тоже изменяется по этому закону Эту зависимость называют диаграммой подачи.

За время поршень пройдет путь dx и объем подаваемой (всасываемой) насосом жидкости будет равен

Этот объем можно наглядно представить в виде элементарной площади под кривой при изменении угла поворота кривошипа на .

Рис. Диаграмма подачи поршневого насоса простого действия.

Тогда вся площадь под синусоидой должна выражать полный (теоретический) объем жидкости за один ход поршня

Для насоса простого (одинарного) действия характерна прерывистая подача жидкости, связанная с чередованием периодов всасывания и подачи. Степень неравномерности подачи может быть представлена в виде отношения максимальной мгновенной подачи к средней. Равномерная за период подача жидкости на диаграмме изобразится в виде прямоугольника равновеликой площади под синусоидой; высота этого прямоугольника может быть найдена из уравнения

, .

Максимальная ордината синусоиды (при ) составляет Fr. Тогда степень неравномерности подачи насоса простого действия будет равна

При этом избыток жидкости сверх равномерной подачи составит .

Диаграмма подачи насоса двойного действия представлена на рисунке.

Рис. Диаграмма подачи насоса двойного действия.

Подача для насоса двойного действия за один оборот кривошипа составит 2FS.

Равновеликой площадью при равномерной подаче будет площадь прямоугольника с основанием и высотой h. Величину h найдем из уравнения равновеликих площадей

, откуда . Максимальная ордината синусоиды (при ) составляет Fr. Тогда степень неравномерности подачи насоса двойного действия будет равна

При этом избыток жидкости сверх равномерной подачи составит .

Еще меньшей степенью неравномерности подачи характеризуются насосы тройного и четверного действия, диаграммы подачи которых показаны ниже:

Рис. Диаграмма подачи насоса тройного действия.

Рис. Диаграмма подачи насоса четверного действия.

Таким образом, насос тройного действия обеспечивает приемлемую в большинстве практических случаев равномерность подачи. Однако на практике чаще используют насосы простого и двойного действия. Для выравнивания их подачи применяют воздушные (газовые) колпаки.

Соседние файлы в предмете Процессы и аппараты химической технологии