Неравномерность всасывания и подачи

Слайд 2

ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ

Способ действия. Индикаторная диаграмма

Рис. 8.1. Теоретическая индикаторная диаграмма поршневого насоса

Схема насоса с поршнем одностороннего действия и его теоретическая диаграмма давлений, называемая индикаторной, даны на рис. 8.1.

При движении поршня вправо полость цилиндра со стороны клапанной коробки увеличивается и заполняется жидкостью, поступающей из приемной трубы через всасывающий клапан К₁. При этом давление в клапанной коробке ниже атмосферного, что объясняется гидравлическим сопротивлением всасывающего тракта, расположением поверхности всасываемой жидкости ниже оси цилиндра и низким давлением над этой поверхностью.

Изменение давления на протяжении всего хода поршня направо изобразится линией всасывания 4-1.

В положении 1 поршень изменяет направление движения на обратное и всасывающий клапан автоматически закрывается; в клапанной коробке происходит резкое повышение давления до значения давления подачи р₂. Этот процесс изображается вертикальной линией 1-2. В момент, когда давление повысится до р₂, разность давлений под клапаном и над ним преодолевает вес и натяжение пружины напорного клапана К₂ и он открывается. При равномерном движении поршня от точки 2 влево происходит подача жидкости при постоянном давлений р₂. В крайнем левом положении поршень снова меняет направление движения. При этом давление в клапанной коробке резко падает по линии 3-4,напорный клапан К₂ закрывается и открывается всасывающий клапан K₁. Диаграмма давлений замыкается.

Индикаторная диаграмма показывает, как меняется давление в цилиндре и клапанной коробке насоса на протяжении двух ходов поршня. Площадь индикаторной диаграммы измеряется в Н·м/м² и, следовательно, представляет собой работу поршня за два хода, отнесенную к 1 м² его поверхности (см. § 8.4).

Слайд 3

Рис. 8.2. Действительная индикаторная диаграмма поршневого насоса

Действительная индикаторная диаграмма (рис. 8.2) отличается от теоретической, представленной на рис. 8.1,в основном наличием колебаний давления в начале всасывания н подачи.

Эти колебания обусловлены влиянием инерции клапанов насоса и прилипанием плотно притертых поверхностей их к седлам. Поэтому, например, в момент отрыва от седла напорного клапана (точка 2)в клапанной коробке должно быть повышенное давление, создающее силу, способную оторвать клапан от седла и преодолеть его инерцию.

Как только клапан открывается, давление в клапанной коробке резко снижается и клапан дает несколько быстрых колебаний в потоке жидкости; при этом он дросселирует поток, вызывая колебания давления в клапанной коробке, отражающиеся на линии подачи индикаторной диаграммы.

На форму линий всасывания и подачи оказывают заметное влияние также силы инерции жидкости, поступающей в цилиндр или уходящей из него при неравномерном движении поршня.

Действительные индикаторные диаграммы снимают с насосов при помощи индикаторов.

Слайд 4

Подача поршневых насосов

Рис. 8.3. Схема насоса одностороннего действия

Подача поршневого насоса определяется размерами рабочего цилиндра, числом ходов поршня или частотой вращения вала насоса и количеством цилиндров.

Если поршень насоса работает лишь одной своей стороной (насос одностороннего действия) и приводится в движение от двигателя при помощи кривошипно-шатунного механизма (рис. 8.3), то количество жидкости, м³/ч, фактически всасываемой и подаваемой насосом

где п — число двойных ходов поршня в минуту;

D — внутренний диаметр цилиндра;

S — ход поршня;

h _О — объемный КПД.

Объемный КПД учитывает то обстоятельство, что насос не может подавать в напорный трубопровод объем жидкости, равный теоретическому объему, описываемому поршнем: часть жидкости неизбежно теряется через неплотности, а часть протекает через клапаны, не мгновенно закрывающиеся в левом и правом положениях поршня.

Объемный КПД определяется при испытании насоса посредством измерения действительно подаваемого насосом объема жидкости. Делением последнего на рабочий объем цилиндра получаем h _О, обычно h _О = 0,7-0,97.

Слайд 5

Рис. 8.4. Схема насоса двустороннего действия

Насос двустороннего действия (рис. 8.4) создает подачу

Если насос имеет несколько цилиндров, поршни которых приводятся в движение от общего коленчатого вала (многопоршневой насос), то его подача получается умножением подачи одного поршня на их число.

Характерными дляпоршневых насосов величинами являются отношение хода поршня к диаметру S/D и средняя скорость поршня . Обычно чем больше число двойных ходов поршня в минуту, тем меньше S/D.

Для насосов, выпускаемых заводами СССР,

Слайд 6

Неравномерность всасывания и подачи

Рис. 8.5. Зависимость скорости поршня от угла поворота кривошипа в пределах от 0 до 180^О

Жидкость всасывается в цилиндр насоса, следуя за движущимся в нем поршнем, им же вытесняется в напорный трубопровод. Если жидкость несжимаема и не имеет разрывов, то она строго следует за движением поршня. В большинстве конструкций поршневых насосов осуществляется неравномерное движение поршней при помощи кривошипно-шатунных механизмов. Поэтому, если не предусмотреть специальных мер, жидкость будет двигаться во всасывающем и напорном трубопроводах тоже неравномерно.

Рассмотрим процесс всасывания в цилиндр насоса одностороннего действия (см. рис. 8.3), полагая, что .

Двигаясь из левого крайнего положения направо, поршень проходит путь (a — угол поворота кривошипа из левого крайнего положения).

Переменная скорость движения поршня

где — угловая скорость вращения кривошипа, поэтому

Графически выражение (8.4) представлено на рис. 8.5.

Слайд 7

Ускорение поршня

Или

Ускорение поршня изменяется в зависимости от угла поворота кривошипа по закону косинуса.

Из формул (8.4) и (8.5) следует:

Произведение скорости движения поршня на его площадь даст объем V жидкости, всасываемой поршнем в единицу времени,

Диаграмму , приведенную на рис. 8.5, можно рассматривать и как диаграмму ; для этого следует лишь ввести для оси ординат новый масштаб, обусловленный наличием в формуле (8.6) множителя W _П . Следовательно, объем жидкости, всасываемой поршнем в цилиндр, изменяется в зависимости от угла поворота кривошипа по синусоиде.

При движении поршня влево происходит только подача жидкости. Поэтому в пределах полного оборота вала (два хода поршня) диаграмма всасывания изобразится синусоидой (ход вправо) и прямой линией, совпадающей с осью абсцисс (ход влево).

В действительности и синусоидальная диаграмма, изображенная на рис. 8.5, несколько искажается, теряя симметрию.

Аналогично можно изобразить диаграмму подачи. Всасывание в клапанную коробку и подача из нее протекают неравномерно. Это вызывает возникновение инерционных сил, резко проявляющихся в моменты наибольших ускорений поршня, т.е. в крайних его положениях. Сила инерции жидкости, движущейся безотрывно за поршнем, пропорциональна его ускорению, которое согласно формуле (8.5) пропорционально квадрату угловой скорости вала насоса.

Поэтому при высокой частоте вращения вала насоса инерционные силы могут достигнуть большого значения, вызвать разрыв сплошности потока и нарушить нормальную работу насоса.

Если в насосе не предусмотрены меры, устраняющие неравномерность всасывания и подачи, то жидкость будет двигаться неравномерно по всей системе примыкающих к насосу трубопроводов. Это опасное явление может привести к разрушению отдельных частей насоса и трубопроводов.

Рис. 8.6. Схема и диаграмма подачи трехпоршневого насоса одностороннего действия

Слайд 8

Существует несколько способов уменьшения неравномерности движения жидкости в трубопроводной системе, соединенной с насосом.

Весьма эффективным способом является применение многопоршневых насосов с параллельным соединением цилиндров, поршни которых приводятся в движение от общего коленчатого вала. Рассмотрим, например, диаграмму подачи трехпоршневого насоса, у которого колена вала располагаются под углом 120° (рис 8.6).

Поршни, двигаясь несинхронно, создают чередуемость ходов подачи во времени, и хотя подача из каждого цилиндра остается неравномерной, общая подача насоса существенно выравнивается.

При вращении коленчатого вала по часовой стрелке палец 1 движется по дуге круга вверх и поршень цилиндра производит подачу из клапанной коробки в коллектор но синусоиде I. Поршень цилиндра 2 придет в нижнее крайнее положение и начнет подачу тогда, когда коленчатый вал повернется от исходного положения на угол 120°. Поэтому синусоида II подачи второго цилиндра изобразится на графике подачи в пределах углов 120-300°. Поршень цилиндра 3 проходит остаточную часть хода подачи, начиная от исходного положения вала, на протяжении угла поворота 60°. Эта часть синусоиды III подачи изобразится ветвью ее в пределах углов 0-60°. Вместе с тем поршень цилиндра 3 начнет новый ход подачи после поворота вала на 240°, считая от исходного положения. Но на одном полном обороте вала этот ход не закончится. Поэтому синусоида III подачи третьего цилиндра оборвется при a=360°.

В промежутках между углами 0-60, 120-180, 240-300° диаграммы подачи накладываются одна на другую.

Это значит, что происходит одновременная подача в коллектор К₂сразу из двух цилиндров: первого и третьего, первого и второго, второго и третьего. Поэтому для построения диаграммы подачи в коллектор и напорный трубопровод следует суммировать ординаты диаграмм отдельных цилиндров там, где эти диаграммы накладываются. Проведя это суммирование, получим диаграмму подачи трехпоршневого насоса, показанную на рис. 8.6 жирной линией. В этом случае отклонение максимальных значений мгновенной подачи от ее среднего значения для целого оборота очень незначительно.

Подача протекает здесь достаточно равномерно. Возможны и другие комбинации параллельного соединения цилиндров, дающие повышение равномерности подачи и всасывания.

Слайд 9

Рис. 8.7. Работа воздушного колпака на всасывающей трубе

Другой способ повышения равномерности всасывания и подачи заключается в применении воздушных колпаков на всасывающей и напорной трубах близ клапанной коробки насоса. Рассмотрим способ работы воздушного колпака на всасывающей трубе насоса (рис. 8.7).

Короткий патрубок 1, присоединенный к клапанной коробке насоса, окружен верхней, расширенной частью 2 всасывающей трубы 3.

Воздух, заключенный в цилиндрическом кольцевом объеме между трубами 1 и 2, является упругой средой, выравнивающей скорости движения жидкости во всасывающей трубе при неравномерном всасывании в клапанную коробку.

Если насос не работает, то уровень жидкости занимает среднее положение, указанное на схеме. При работе насоса уровень колеблется между высшим и низшим его положениями.

Воздух при этом изменяет свой объем от v _мин до v _макс , что вызывает изменение его давления от р_макс до р_мин.

Слайд 10

Работу воздушного колпака характеризуют степенью неравномерности его, обозначаемой s,

где р_ср— среднее давление воздуха в колпаке,

При достаточно большом объеме воздуха в колпаке поток во всасывающей трубе движется почти с постоянной скоростью; неравномерное всасывание в клапанную коробку компенсируется переменным расходом жидкости из воздушного колпака.

Элементарная приближенная теория воздушного колпака основывается на уравнении изотермического газового процесса

где V — объем некоторого постоянного весового количества воздуха, заключенного в колпаке.

Уравнение (8.9) для двух состояний воздуха в колпаке имеет вид

Откуда

Воспользуемся уравнениями (8.7) и (8.8):

После алгебраического преобразования получим

Слайд 11

Из рис. 8.7 видно, что разность есть то количество жидкости, которое поступает в цилиндр из воздушного колпака за первую половину оборота вала. Это же количество накапливается в воздушном колпаке в основном за вторую половину оборота вала.

Рис. 8.5. Зависимость скорости поршня от угла поворота кривошипа в пределах от 0 до 180^О

Воспользуемся диаграммой, приведенной на рис. 8.5, где нанесем линию абравномерного поступления жидкости по всасывающей трубе насоса. Площадь прямоугольника оабвравновелика площади синусоиды всасывания. Ясно, что если движение во всасывающей трубе протекает неравномерно по синусоиде оге, то площадь дгжд, лежащая выше линии аб, представляет собой то количество жидкости, которое в период всасывания должно быть взято из воздушного колпака. Но это количество равно Величина V_K определяется построением синусоиды всасывания, планиметрированием ее и построением равновеликого с нею прямоугольника оабв.

Если V_Kопределено указанным путем, то по формуле (8.10) можно определить средний объем воздуха в колпаке при заданной степени неравномерности его:

Аналогично можно рассмотреть работу напорного воздушного колпака для любых насосов и при любом количестве цилиндров.

Для колпаков на напорном разветвленном трубопроводе полагают d=0,02 и даже меньше, а для колпаков на всасывающих трубопроводах d=0,04-0,05.

Произведя построение диаграммы и вычисления, можно выразить средний объем воздуха в воздушном колпаке через полезный объем цилиндра для насосов различных типов.

При d=0,02 получится:

для насоса одностороннего действия

для насоса двустороннего действия

для трехпоршневого насоса простого действия

Многопоршневые насосы требуют воздушных колпаков относительно малой емкости. Применение миогопоршневых насосов с колпаками достаточной емкости обеспечивает почти равномерное движение жидкости в присоединяемых к ним трубопроводах.

Слайд 12

Мощность и КПД

Воспользуемся индикаторной диаграммой, показанной на рис. 8.1, для вычисления внутренней (индикаторной) мощности поршневого насоса.

Атмосферная линия, разделяя индикаторную диаграмму на две части, позволяет определить значения избыточных давлений р₂и р₁, преодолеваемых поршнем насоса на ходах подачи и всасывания.

Работа поршня за ход всасывания равна , а за ход подачи .

Полная работа поршня за два хода равна .

Давление, взятое по индикаторной диаграмме как сумма р _i ₌ р₁₊ р₂, называется индикаторным давлением.

Следовательно, работа поршня насоса простого действия за один оборот вала будет равна .

Внутренняя, или индикаторная, мощность одного цилиндра

Для насосов двустороннего действия и многопоршневых внутренняя мощность вычисляется как сумма внутренних мощностей отдельных цилиндров.

Действительная мощность, подводимая от двигателя к валу насоса, больше внутренней, так как часть ее идет на преодоление механического трения.

Механический КПД поршневого насоса

Поэтому . Используя выражение (8.12), получаем

Если имеется индикаторная диаграмма насоса, то по формуле (8.14) можно определить мощность на валу насоса при определенном значении h _М.

Механический КПД поршневых насосов находится в пределах h _М = 0,9-0,95.

Внутренняя мощность насоса больше полезной мощности, потому что часть мощности затрачивается в цилиндре насоса на преодоление гидравлических сопротивлении, а также на восполнение потерь, вызываемых утечками через неплотности и клапаны.

Внутренним, или индикаторным, КПД поршневого насоса называют отношение

где N_П —полезная мощность.

Внутренний КПД является произведением гидравлического и объемного КПД.

Из формул (8.13) и (8.15) следует

Или

Значения гидравлического КПД для поршневых насосов находятся в пределах h _Г = 0,8-0,94.

Общий (полный) КПД

Коэффициенты полезного действия поршневых насосов определяются опытным путем (см. § 8.9).

Слайд 13

Дата добавления: 2023-01-08; просмотров: 98; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!