Никишенко с. НГПром.оборудов

V - объем, описанный поршнем за один ход в м3; Q - теоретическая подача насоса в м?/с\

Подача насоса простого действия. При ходе всасывания в цилин­ дре освобождается объем:

Этот объем заполняется всасываемой жидкостью. При ходе на­ гнетания этот же объем жидкости нагнетается в напорный трубопро­ вод, следовательно V - теоретическая подача насоса за один двойной ход поршня.

Теоретическая подача насоса в 1 секунду:

(1.4)

Подача насоса двойного действия. При ходе поршня вправо (см. рис. 1.1. в) в левую камеру поступает объем жидкости, равный F • S, а при обратном в правую камеру поступает объем (F -f) • S, где / - площадь сечения штока, уменьшающая полезный объем цилиндра.

Тогда при одном двойном ходе теоретический объем жидкости, поступающей в насос и нагнетаемый им, составит:

При этом теоретическая подача насоса двойного действия:

(1.5)

Подача трехпоршневого насоса простого действия. Подача та­ кого насоса, состоящего из трех насосов простого действия, равна:

(1.6)

Вопрос 1.5. Коэффициент подачи поршневых насосов, факторы на него влияющие

Действительная подача насоса Q^ всегда меньше теоретической Qm. Это обусловлено:

а) утечками жидкости через уплотнения штока или поршня в атмосферу; дра;б) перетоком жидкости через уплотнения поршня внутри цилин­

- 1 1 -

в) утечками жидкости в клапанах вследствие их негерметичности и запаздывания закрывания;

г) подсосом воздуха через уплотнения сальника; д) дегазацией жидкости в цилиндре насоса вследствие снижения

давления в рабочей камере; е) отставанием жидкости от движущегося поршня.

Утечки, перечисленные в пп. а), б) и в), учитываются коэффици­ ентом утечек , явления, перечисленные в пп. г) д) и е),- коэффици­ ентом наполнения

Произведение коэффициентов утечек и наполнения называется коэффициентом подачи , который характеризует отношение дей­ ствительной подачи насоса к теоретической:

(1-7)

Коэффициент подачи зависит от качества уплотнений, степени их изношенности, свойств перекачиваемой жидкости и режима работы насоса. В реальных условиях коэффициент подачи колеблется от 0,85 до 0,98.

Вопрос 1.6. Графики подачи поршневых насосов

Насос одинарного действия. В правильно работающем насосе жидкость непрерывно следует за поршнем. Объем жидкости, подава­ емой в каждый данный момент , равен мгновенной скорости пор­ шня, умноженной на его площадь. Последняя - величина постоян­ ная, следовательно, подача жидкости насосом изменяется так же, как изменяется скорость поршня.

Зная закон изменения скорости движения поршня с кривошип­ ным приводом, получим выражение для определения мгновенного объема подаваемой жидкости:

Так как правая часть полученного выражения отличается от ско­ рости и только постоянным множителем F, то изменение подачи на­ соса в течение хода поршня может быть графически изображено так­ же синусоидой (рис. 1.3. а), причем ординаты ее будут изображать мгновенные подачи жидкости.

Насос двойного действия. За один оборот кривошипа насоса жид­ кость вытесняется в напорный трубопровод дважды. Если не учиты­ вать объема штока в одной из полостей насоса, то график подачи жид­ кости будет образован двумя положительными частями двух синусо­ ид (рис. 1.3. б).

- 1 2 -

Двухцилиндровый насос двойного действия. Кривошипы двух­ цилиндровых насосов двойного действия смещены на 90° по отноше­ нию ДРУГ к ДРУТГрафик подачи насосом жидкости будет образован четырьмя синусоидами (рис. 1.3. в). Характерно, что нулевых значе­ ний подачи насоса за полный оборот вала насоса при этом нет, т.е. жидкость поступает в нагнетательный трубопровод непрерывно.

Трехцилиндровый насос одинарного действия. Кривошипы на­ соса расположены под углом 120° один по отношению к другому, по­ этому суммарная подача всех трех цилиндров будет характеризоваться графиком, полученным в результате сложения трех синусоид, сдви­ нутых на 120° по отношению друг к другу.

Рис. 1.3. Подача жидкости поршневыми насосами

Важнейший показатель, характеризующий насос объемного дей­ ствия, - степень неравномерности его подачи, отражающая отноше­ ние максимальной подачи к средней за один оборот кривошипа. Сте­ пень неравномерности m может быть определена как отношение мак­ симальной ординаты графика к высоте прямоугольника, равно­ великого по площади к этим графикам (см. рис. 1.3).

Для одноцилиндрового насоса одинарного действия:

- 1 3 -

т.е. максимальная подача превышает среднюю в 3,14 раза. Неравномерная подача жидкости приводит к пульсации ее пото­

ка во всасывающем и нагнетательном трубопроводах, увеличивая нагрузку на привод насоса.

Неравномерность подачи насосов двойного действия и с большим числом цилиндров определяется аналогичным образом. Коэффици­ ент неравномерности подачи жидкости для некоторых насосов имеет

следующие значения:
Одноцилиндровый насос одинарного действия	3,14
Одноцилиндровый насос двойного действия	1,57
Двухцилиндровый насос двойного действия	1,1
Трехцилиндровый насос одинарного действия	1,047
Пятицилиндровый насос одинарного действия	1,021

Поршневые насосы с нечетным количеством цилиндров более совершенны, так как обеспечивают более равномерную подачу жид­ кости. Увеличение числа цилиндров больше трех нерационально, поскольку достигаемый эффект незначителен, а конструкция насоса резко усложняется.

Вопрос 1.7. Воздушные колпаки

Для уменьшения колебания давления, обусловленного неравно­ мерностью подачи насоса, применяют воздушные колпаки, устанав­ ливая их на всасывающем и нагнетательном трубопроводах. Прин­ цип действия воздушных колпаков заключается в их заполнении пе­ рекачиваемой жидкостью при увеличении мгновенной подачи выше средней и в опорожнении при уменьшении ее ниже средней.

В результате в напорном и всасывающем трубопроводах поддер­ живается постоянной скорость движения жидкости, и влияние сил инерции ее движения сводится к минимуму. Установка воздушных колпаков позволяет резко улучшить параметры насосов, повысить их подачу и надежность. Эффект от применения воздушных колпаков тем выше, чем больше неравномерность подачи насоса - в особенно­ сти у одноцилиндровых насосов одинарного и двойного действия.

Воздушный колпак (рис. 1.4) представляет собой цилиндрический сосуд, частично наполненный газом. При увеличении давления в тру­ бопроводе жидкость, наполняя колпак, сжимает газ, а при уменьше­ нии давления вытесняется из него сжатым газом.

Рассмотрим работу колпака достаточно большого объема, уста­ новленного на нагнетательном трубопроводе одноцилиндрового на­ соса двойного действия.

В статическом состоянии при неподвижной жидкости в трубопро­ воде газ, заполняющий верхнюю часть колпака, находится под тем же давлением, что и жидкость.

- 1 4 -

В начале вытеснения поршнем жидкости из цилиндра (рис. 1.4, Лаза 1) расход ее минимален и пока он не достигнет среднего, объем жидкости, поступающей в напорный трубопровод, будет:

где	- мгновенная подача насоса,
	- расход жидкости из колпака.
По мере увеличения мгновенной подачи насоса расход жидкости
из колпака будет уменьшаться, а п р		д е т равен нулю. При

увеличении мгновенной подачи насоса выше средней (фаза 2) кол­ пак начнет наполняться и расход жидкости в напорном трубопрово­ де будет равен:

При уменьшении мгновенной подачи насоса ниже средней (фаза 3) колпак начнет опорожняться, при этом:

Таким образом, объем воздуха в компенсаторе все время будет

изменяться от минимального V	до максимального V , и в процессе
mm	max	г

работы колпак будет аккумулировать объем жидкости, равный:

Изменению объема воздуха будет соответствовать увеличение или уменьшение давления.

б а

J			•шЫ*^
	1	JT •	* '	1	*
	О •3\			1		.!L—Н
		1		2			" в '

Рис. 1.4. Схема работы воздушного колпака: фазы работы воздушного колпака; б - график подачи

одноцилиндрового насоса двойного действия

- 1 5 -

- 1 6 -

Давление, обусловленное силами инерции, определяется по фор­ муле:

где L - приведенная длина всасывающего трубопровода.

где / - длина участка трубопровода с поперечным сечением Fm. Определим потери давления во всасывающем трубопроводе:

Высота всасывания:

переменная величина и зависит от угла поворота кривошипа а. Самым опасным с точки зрения безотрывного движения жидкости за поршнем является момент начала всасывания, когда силы инерции жидкости максимальны. Для этого момента уравнение высоты вса­ сывания запишется следующим образом:

(1.11)

При нагнетании давление в цилиндре затрачивается на преодоле­ ние:

а) давления в конце нагнетательного трубопровода р^, б) геодезической высоты нагнетания h\,

в) гидравлических сопротивлений нагнетательной линии р ; г) сил инерции жидкости р.и; д) сопротивления нагнетательного клапана р'.

Поэтому давление в полости цилиндра в момент нагнетания мо­ жет быть определено как:

Давление рн за время оборота кривошипа переменно и максималь­ но при нагнетании жидкости. Таким образом, высота нагнетания жид­ кости определяется:

Рис. 1.6. Индикатор:

а - принципиальная схема; 1 •• груз; 2 - барабан; 3 - перо;

4 - пружина индикатора; 5 - поршень индикатора; 6 - трехходовой кран; б - индикаторная диаграмма

поршневого насоса (пунктирная линия - идеальная, сплошная - реальная)

В левой мертвой точке перо будет занимать положение, соот­ ветствующее точке Е. В начале хода всасывания при перемеще­ нии поршня вправо в цилиндре понизится давление всасывания, поршенек манометра при этом пе­ реместится вниз, пружина со­ жмется, в результате чего перо прочертит линию ЕА. При ходе всасывания давление в цилиндре будет постоянным, и перо прочер­ тит на вращающемся барабане го­ ризонтальную линию АВ, лежа­ щую ниже линии ЕЕ, соответству­ ющей атмосферному давлению. В конце хода всасывания давление в цилиндре станет равным атмос­ ферному - поршенек под действи­ ем пружины вернется в исходное положение и перо прочертит ли­ нию BE. При ходе нагнетания дав­ ление в цилиндре повысится до давления нагнетания и поршенек будет перемещаться вверх до тех пор, пока давление жидкости не уравновесится силой упругой де­

формации пружины. Перо при этом прочертит линию ЕС.

При ходе нагнетания перо прочертит линию CD вплоть до оста­ новки поршня насоса в левом мертвом положении, когда давление в цилиндре станет равным атмосферному и пружина вернет порше­ нек в исходное положение - линия DE.

При повторении цикла работы насоса будет повторяться и траек­ тория движения пера на бумаге.

В реальных условиях диаграмма будет отличаться от идеальной вследствие наличия воздуха, газа, паров жидкости в цилиндре, уте­ чек через уплотнения поршня и клапанов, запаздывания закрытия и открытия клапанов, их сопротивления и т. д.

Реальная диаграмма (контур aecd, рис. 1.6.6) будет отличаться от идеальной наличием зигзагов возле точек а и с, что объясняется гид­ равлическим сопротивлением клапанов и их колебаниями. Линии da

иос не будут вертикальными, что вызвано запаздыванием закрытия

иоткрытия клапанов.

-1 9 -

По виду индикаторной диаграммы можно судить о работе отдель­ ных узлов насоса.

Площадь, очерченная контуром индикаторной диаграммы, пред­ ставляет собой работу, совершенную поршнем за цикл. Разделив пло­ щадь индикаторной диаграммы Fmd на ее длину и умножив на масш­ таб пружины индикатора т, мы получим среднее индикаторное дав­ ление р .

ггср

Индикаторная работа будет равна:

а индикаторная мощность (кВт):

Эта мощность определена для насоса одинарного действия.

Вопрос 1.9. Мощность и КПД поршневого насоса. Определение мощности привода.

Для определения мощности приводного двигателя необходимо учесть КПД насоса, равный

КПД насоса определяется произведением механического КПД на

гидравлический.
Гидравлический КПД			как:
где h	- манометрический напор;
h. - индикаторный напор.
Механический КП			н в виде:
где	- КПД подшипников валов (0,98...0,99);
	-	КПД зубчатой передачи (0,98...0,99);
	-	КПД кривошипно-шатунного механизма (0,95);
	-	КПД поршней и сальников (0,92).

Таким образом, мощность, необходимая для приведения насоса в действие:

где Q - фактическая подача насоса;

Н - полная высота подъема жидкости.

- 2 0 -