7.6. Контрольні питання.

1. Поняття усталеного та неусталеного руху рідини.

2. Як оцінити час повного випорожнення посудини через малий отвір при змінному напорі?

3. За якою формулою визначається час часткового випорожнення посудини через малий отвір в тонкій стінці?

4. Як співвідноситься час випорожнення посудини через отвір при сталому та змінному напорах?

5. Чому для випорожнення ємностей використовують насадки?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 8

Дослідження факторів, що впливають на продуктивність насосів, та побудова об’ємної характеристики насоса

8.1. Мета роботи

Побудова експериментальної залежності об’ємного коефіцієнта корисної дії насоса від тиску, що розвиває насос.

8.2. Теоретичні відомості

У насосах об’ємного типу розрізняють продуктивність теоретичну і фактичну (дійсну).

Так, теоретична продуктивність поршневого насоса простої дії визначається за формулою:

,

де S – площа поперечного перерізу поршня; l – хід поршня; п – число обертів вала або число подвійних ходів поршня за одиницю часу.

Дійсна ж (фактична) продуктивність Q_Ф менша за теоретичну внаслідок витікання рідини через нещільності у сальниках, клапанах та місцях стикування трубопроводів, а також внаслідок недозаповнення робочих камер насоса рідиною при її проходженні через зону всмоктування. Через нещільності у насосі рідина перетікає з нагнітальної порожнини до всмоктувальної. Всі ці втрати враховуються об’ємним коефіцієнтом корисної дії (ККД) η_V, який дорівнює відношенню фактичної продуктивності насоса до теоретичної:

,

де Q_вит – кількість рідини, що витікла за одиницю часу.

Таким чином, об’ємний ККД тим вищий, чим менші витікання в насосі, що залежать від величини зазорів, тобто якості виготовлення насоса або ступеня його спрацювання.

Крім цього, об’ємний ККД насоса залежить від багатьох факторів, вплив яких допомагає оцінити об’ємна характеристика насоса.

Під об’ємною характеристикою насосів розуміють залежність його об’ємного ККД (або дійсної продуктивності) від наступних відповідних факторів: тиску, в’язкості рідини та числа обертів вала насоса. Розглянемо кожну з цих залежностей детальніше.

Залежність об’ємного ККД від тиску, η_V=f(P). Для одного й того ж насоса витікання рідини через зазори за інших однакових умов збільшується лінійно з підвищенням тиску, що розвиває насос. Отже, об’ємний ККД насоса з підвищенням тиску (при незмінних числі обертів та в’язкості) зменшується (рис. 6,а).

Залежність η_V=f(P) має лінійний характер. Штрихова лінія відповідає ідеальному насосу з нульовим витіканням (η_V=1). За допомогою вказаної залежності можна визначити той максимальний тиск, при якому робота насоса буде економічно доцільною, або зробити висновки щодо можливості роботи насоса в системі взагалі. Чим менші зазори в насосі, тим ближче його характеристика до горизонтальної лінії. Залежність об’ємного ККД від тиску, що розвиває насос, визначають експериментально.

У процесі експлуатації гідравлічних систем може спостерігатися зменшення швидкості робочих органів машин при збільшенні навантаження. Однією з причин такої неполадки може бути спрацювання насоса, тобто збільшення в ньому зазорів. Тому при виявленні такої неполадки для насоса необхідно побудувати залежності η_V=f(P). При різкому зниженні продуктивності насоса з підвищенням тиску його необхідно замінити.

Слід пам’ятати, що чим вище тиск, для якого призначений насос, і об’ємний ККД, тим дорожче виготовлення насоса такої конструкції.

Залежність об’ємного ККД від коефіцієнта динамічної в’язкості, η_V=f(μ). Величина витікань у насосі залежить також і від в’язкості рідини. Відомо, що в’язкість рідини зменшується зі зростанням температури і збільшується зі зменшенням температури. З підвищенням в’язкості рідини витікання при одному і тому ж тиску зменшуються. Це свідчить про те, що об’ємний ККД насоса з підвищенням в’язкості рідини (або, відповідно, зі зниженням температури) збільшується. Але зростання в’язкості рідини збільшує об’ємний ККД доти, доки не буде порушено заповнення робочих порожнин насоса у всмоктувальній зоні.

Із графіка (рис. 8.1, б) видно, що в інтервалі температур рідини t₁…t₂ значення об’ємного ККД лежать у допустимих межах. При температурах вище t₂ він зменшується внаслідок збільшення витікання рідини через зазори (це пов’язано зі зменшенням в’язкості рідини), а при температурах нижче t₁ – знижується внаслідок недозаповнення порожнин рідиною.

Ця характеристика дозволяє визначити оптимальну в’язкість рідини для роботи того чи іншого насоса. Цю характеристику одержують експериментально.

З алежність об’ємного ККД від числа обертів вала насоса, η_V=f(п). На рис. 8.1, в показана залежність об’ємного ККД насоса від числа обертів вала при незмінних значеннях тиску та в’язкості рідини. Зниження ККД, що спостерігається при зменшенні числа обертів нижче п₁, зумовлене відносним посиленням витікання рідини через зазори. Зниження ККД, що спостерігається при перевищенні числа обертів п₂, зумовлене недозаповненням робочих порожнин насоса рідиною, тобто об’ємними втратами при всмоктуванні. Це число обертів називають критичним. Оптимальним з точки зору об’ємного ККД діапазоном швидкостей є діапазон від п₁ до п₂. Залежність об’ємного ККД насоса від числа обертів вала також є дуже важливою характеристикою, оскільки вона дає можливість вибрати оптимальне число обертів. Цю характеристику, як і попередні, отримують експериментально.