Індикаторна діаграма поршневого насоса

Індикаторна діаграма поршневої гідромашини, що є записом тиску в циліндрі за один цикл, дозволяє судити про якість розподілу робочої рідини, а також визначити втрати в підпоршневому просторі й причини виникнення шуму.

На мал. 10 наведена теоретична індикаторна діаграма насоса з позитивним симетричним перекриттям у середнім положенні вікон циліндра (з попереднім відсіченням циліндра s > k).

Мал. 10. Теоретична індикаторна діаграма циліндра радіально-поршневого насоса з позитивним перекриттям.

На осі абсцис діаграми відкладений хід поршня х (або об’єм V циліндра), а на осі ординат – тиск р рідини в циліндрі. Відсічення циліндра насоса від порожнини усмоктування (живлення) з тиском р_вс відбулися при ході усмоктування в крапці b; оскільки поршень після відсічення буде переміщатися в тому ж напрямку до приходу циліндра в нейтральне положення, тиск у циліндрі на частині шляху, що залишилося, до цього положення (до крапки а) буде знижуватися внаслідок збільшення замкнутого об’єму, досягаючи мінімального значення в крапці а.

Після ж того, як циліндр пройде нейтральне (мертве) положення, замкнутий об’єм буде зменшуватися; у результаті тиск у замкнутому обсязі циліндра буде підвищуватися по лінії а-с, досягаючи в крапці с максимального значення, обумовленого законом стиску рідини.

У крапці с відбудеться з'єднання циліндра з напірною (нагнітальною) камерою, у результаті чого тиск у ньому практично миттєво (ударно) підвищиться до величини р_наг (до крапки d), після чого відбувається процес витиснення рідини із циліндра (відрізок d - f) при практично постійному тиску р_наг. У крапці f відбудеться відсічення циліндра від напірної камери (замикання циліндра). Оскільки поршень на частині шляху, що залишилося, до приходу циліндра в нейтральне положення (крапка е) буде продовжувати рухатися убік зменшення замкнутого об’єму, тиск у замкнутому обсязі буде підвищуватися по прямій f - е, що відповідає закону стиску замкненої рідини, досягаючи максимального значення в крапці е, що відповідає нейтральному положенню циліндра.

Після того, як циліндр пройде нейтральне положення (крапка е), замкнутий об’єм буде збільшуватися; у результаті тиск буде знижуватися по лінії е – g. У крапці g циліндр з'єднається з камерою усмоктування; у результаті тиск стрибком понизиться до тиску р_вс у цій камері, що і збережеться до приходу поршня в процесі руху усмоктування в крапку b. Далі описуваний процес повториться.

Залежно від величин перекриттів m й n - при переході циліндра із зони усмоктування в зону нагнітання й навпаки, а також симетричності цих перекриттів, описана теоретична діаграма може змінюватися.

Фактична індикаторна діаграма буде відрізнятися від теоретичної в основному тим, що при з'єднаннях, що чергуються, замкнутих об’ємів циліндрів із вхідною й вихідною порожнинами насоса буде відбуватися (внаслідок наявності перепадів тиску в з'єднуємих полостях) перерозподіл енергії, що супроводжується забросами тиску.

Мал. 11. Фактична індикаторна діаграма циліндра радіально-поршневого насоса з позитивним перекриттям.

На мал. 11 показана реальна індикаторна діаграма семипоршневого насоса з невеликим позитивним перекриттям (φ = 15⁰). Максимальна подача 200 л/хв; робочий об’єм q = 142 см³/об; частота обертання приводного вала 1440 об/хв. Тиск у напірній магістралі р_наг = 4 МПа й у магістралі живлення р_вс= 0,69 МПа.

Діаграма показує, що наприкінці ходу усмоктування спостерігається невелике стрибкоподібне зниження тиску, обумовлене збільшенням, внаслідок наявності позитивного перекриття, замкнутого об’єму (крапка а). У момент з'єднання циліндра, заповненого рідиною під тиском усмоктування р_вс, із зоною нагнітання з тиском р_наг (крапка а) відбувається «заброс» тиску (гідравлічний удар), внаслідок наявності зворотного потоку, до величини руд, що перевищує приблизно в 2 рази тиск нагнітання р_наг (крапка b) з наступним миттєвим падінням до величини р_наг, з яким і відбувається витиснення рідини. Після з'єднання циліндра з порожниною живлення з тиском р_вс відбувається стрибкоподібне (короткочасне) падіння тиску до величини нижче тиску живлення (крапка с), після чого тиск миттєво відновлюється до величини р_вс із наступним повторенням циклу.

Заброси, які відбулися й наступні коливання тиску передаються в гідравлічну магістраль, викликаючи в ній коливання тиску, а також супроводжуються звуковими ефектами.

Величина (рівень) заброса тиску визначається в основному величиною стрибка тиску (перепаду між тиском у циліндрі й камері, з якої він з'єднується після проходу розділової перемички), а також конструктивними особливостями насоса (об’ємом шкідливого простору, величиною й симетричністю перекриття циліндрів у вузлі розподілу й ін.). Шляхом конструктивних удосконалень представляється можливим значно зменшити зазначений ефект і його наслідки.