Объемные насосы Поршневые насосы
Объемные насосы. Классификация Объемные насосы делятся роторные и крыльчатые. на возвратно-поступательные, В возвратно-поступательных насосах вытеснители совершают только прямолинейное движение. По виду вытеснителей они бывают поршневые, плунжерные и диафрагменные. Особенности: преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное движение, наличие клапанов, неравномерность подачи, ограниченная скорость движения вытеснителя. 1 – крейцкопф; 2 – шатун; 3 – кривошип.
Объемные насосы. Классификация В роторных насосах вытеснители совершают либо вращательное движение (шестеренные и винтовые насосы), либо одновременно вращательное и возвратно-поступательное движение (пластинчатые (шиберные), радиально- и аксиально-поршневые насосы). Особенности: происходит перемещение рабочих камер с жидкостью из полости всасывания в полость нагнетания, отсутствие всасывающих и нагнетательных клапанов. более высокую быстроходность, непосредственную связь с двигателем, большую равномерность подачи, обратимость, т. е. способность работать в качестве гидромоторов при подводе к ним жидкости под давлением. Однако роторные насосы способны работать лишь на неагрессивных жидкостях, обладающих смазывающими свойствами, и более вязких, чем вода.
Объемные насосы. Классификация Крыльчатые насосы — это ручные насосы, играющие вспомогательную роль. С помощью рукоятки, имеющей жёсткую кинематическую связь с крыльчаткой, последней сообщают неполные возвратно-вращательные движения. При движении по часовой стрелке (см. рисунок) открываются те два клапана, которые показаны на рисунке открытыми. При движении в обратном направлении эти клапаны закрываются, а два других клапана открыты. Нагнетание жидкости происходит снизу вверх.
Поршневые насосы. Принцип действия. Поршневой насос представляет собой объемную машину с возвратно-поступательным движением поршня в цилиндре. особенности конструкции: а) рабочая камера изолирована от подводящего и напорного трубопроводов клапанами; б) подача насоса зависит от геометрических размеров насоса (длины хода и площади поршня) и от числа двойных ходов поршня; в) насос может развивать любой напор в пределах от установленной мощности и прочности деталей насоса; г) поршень движется с переменной скоростью (от нуля в начале хода до максимальной в середине хода и снижающейся до нуля в конце хода).
Поршневые насосы. Классификация. 1. По типу приводной части: приводные насосы 1 – крейцкопф; 2 – шатун; 3 – кривошип. прямодействующие насосы — это насосы, поршень которых общим штоком связан с поршнем двигателя. 1 – паровой цилиндр; 2 – поршень; 3 – шток; 4 – золотниковый механизм. ручные насосы — это насосы, движение поршня которых осуществляется с помощью рукоятки вручную.
Поршневые насосы. Классификация. 2 По расположению осей цилиндров насосы бывают горизонтальные, вертикальные и с осями, расположенными наклонно по отношению к основанию. 3 По числу цилиндров насосы выполняются одно-, двух-, трех- и многоцилиндровыми. 4 По конструкции поршня насосы бывают: а) поршень представляет собой диск с уплотнениями, которые плотно прилегают к цилиндру, применяют в насосах двухстороннего действия, имеющих большие подачи; б) плунжерные - плунжер имеет длину, значительно превышающую диаметр, применяются при значительных давлениях и малых подачах;
Поршневые насосы. Классификация. с проходным поршнем, имеющим в теле нагнетательный клапан, такие поршни находят широкое применение в глубинных насосах для добычи нефти, в которых диаметр цилиндра ограничен размерами скважины; диафрагменные насосы, в которых изменением формы эластичной пластины достигается изменение объема рабочей камеры. Насосы с диафрагмой имеют малую длину хода и создают малые подачи.
Поршневые насосы. Классификация. 5 По числу действия различают насосы: а) одностороннего действия, когда один ход поршня сопровождается всасыванием жидкости, а другой – нагнетанием; б) двухстороннего действия, когда каждый ход поршня сопровождается процессами всасывания и нагнетания; в) дифференциального действия, в котором совершается один процесс всасывания при ходе поршня вправо и два процесса нагнетания; при ходе вправо жидкость нагнетается из камеры Б, а при ходе влево из камеры А часть жидкости протекает в камеру Б, а другая - в напорный трубопровод, улучшая равномерность ее поступления.
Идеальная и действительная подача поршневых насосов Идеальная подача однопоршневых насосов равна QT=V·n, где V, м 3 - объем рабочей камеры; n – число двойных ходов поршня /сек. Для насоса одностороннего действия V=F·S, а для насоса двухстороннего действия V=(2 F-f)·S. Для многоцилиндрового насоса (число цилиндров - z), идеальная подача составит QT=z·V·n Действительная подача насоса QД всегда меньше идеальной QД<QT, из-за наличия утечек жидкости через неплотности в цилиндре, несвоевременной работы клапанов, попадания воздуха вместе с перекачиваемой жидкостью и др.
Идеальная и действительная подача поршневых насосов Чтобы учесть факторы гидравлических потерь, вводится коэффициент подачи ζО (зета) (объемный): ζО= QД/QT; ζО= ζУ· ζН, где ζУ - коэффициент утечек, ζН – коэффициент наполнения. Величина коэффициента подачи зависит: а) от запаздывания открытия и закрытия нагнетательных и всасывающих клапанов; б) неплотности сальников, уплотняющих штоки, уплотнений поршней, клапанов; в) несоответствия числа пар ходов насоса расчетным и монтажным данным (размерам клапанов, высоте всасывания и др. ); г) выделения паров при несоответствии давления всасывания и физических свойств жидкости, что ведет к уменьшению объема всасываемой жидкости. Пункты а, б, в) ведут к снижению ζУ , пункт г) сильно влияет на ζН. Коэффициенты подачи обычно находятся в пределах: для малых насосов – 0, 85; для больших - 0, 98, т. е. зависят от размеров гидравлической части насосов.
Закон движения поршня приводного насоса KO – положение крейцкопфа в крайнем левом положении, Kl – текущее положение крейцкопфа. При повороте вала на угол крейцкопф, а вместе с ним и поршень со штоком, проходит путь x=KOO-Kl. O=l+r −(lcosα+rcosφ); т. к. L>>r, то cosα≈1, а x=r(1 -cosφ); V=dx/dt=r·sinφ· dφ/dt = rω· sinφ; а=d. V/dt=rω2·cosφ
Неравномерность подачи поршневых насосов Мгновенная подача насоса равна: q= F·ν= FВ·νВ= FН·νН ≠const, где F и ν площадь и скорость поршня в подводящем и напорном трубопроводах. qmin=0; qmax= rω· F Коэффициент неравномерности подачи: δ=q. MAX/Qср; Qср=V/t, где V – объем жидкости; t – время; t=2π/ω; Qср=2 rωF/ 2π=2 r. F 2 2πn/ 2π=2 r. Fn=FSn тогда δ=q. MAX/Qср= rω· F/ FSn= r·2πn/ 2 rn = π Таким образом, для однопоршневого насоса одностороннего действия δ=π=3, 14
Неравномерность подачи поршневых насосов для двухпоршневого насоса одностороннего действия δ=π/2=1, 57 при этом Qср=2 FSn для однопоршневого насоса двухстороннего действия δ<1, 57, т. к. Qср=(2 F-f)Sn
Неравномерность подачи поршневых насосов для трехпоршневого насоса одностороннего действия δ=2π sin 30/3=1, 047 для четырехпоршневого насоса одностороннего действия δ=2π sin 45/4=1, 11 Преимущество у насосов с нечетным количеством камер. Увеличение количества камер усложняет конструкцию. Больше пяти камер в стационарных насосах не делают.
Процессы всасывания и нагнетания жидкости в поршневом насосе Процесс всасывания: Σh. В – гидравлические потери; НВИН – инерциальный напор. Напор в цилиндре насоса в процессе всасывания: Напор в цилиндре насоса в процессе нагнетания:
Графическое представление изменения напоров в цилиндре насоса Процесс всасываний происходит при переменном напоре РВ/ρg≠ 0 В начале хода поршня напор РВ/ρg минимальный, так как в это время минимальные потери в клапане h. ВКЛ и наименьший инерционный напор НВИН. При нагнетании напор имеет переменное значение РН/ρg≠ 0 Напор максимальный в начале хода, т. к. потери h. НКЛ – макс. и ННИН – макс. В конце хода поршня напор нагнетания уменьшается, так как инерционный напор меняет знак и в это время может произойти отрыв жидкости от поршня с последующим гидравлическим ударом.
Условия нормальной работы поршневого насоса Главным условием нормальной работы насоса является неотрывное движение жидкости за поршнем, при этом: РВ/ρg > Рt/ρg, где РВ/ρg – напор при всасывании; Рt/ρg – напор при давлении насыщения паров. Критическая высота всасывания: Предельное число двойных ходов поршня:
Теоретический цикл работы поршневого насоса Работа, совершаемая поршнем в процессе всасывания жидкости: Работа, совершаемая поршнем, в процессе нагнетания: теоретическая индикаторная диаграмма Работа, совершаемая поршнем за один цикл: Полученный интеграл равен площади диаграммы abсd и представляет собой работу теоретического цикла насоса. Высота диаграммы Pi=Pн-Рв называется индикаторным давлением.
Процессы всасывания и нагнетания с пневмокомпенсаторами Неустановившееся движение при всасывании и нагнетании жидкости сопровождается возникновением инерционных сил: При всасывании: При нагнетании: Необходимо, чтобы ℓВ и ℓН были мин. Всасывание: жидкость поступает в рабочую камеру из колпака 2 через короткую трубку ℓ’В. Давление в колпаке 2 снижается и жидкость устремляется из приемного бака 1 в колпак 2. Нагнетание: при нагнетании поршнем жидкости в колпак 4. Воздух в колпаке сжимается, а в период всасывания сжатый воздух вытесняет жидкость из колпака в напорный трубопровод.
Мощность и КПД поршневого насоса Мощность, потребляемая насосом NДВ Nn – полезная мощность, Nn=QP=QHρg; ΔNY – потери мощности на утечки через неплотности; ΔNГ – потери мощности на гидравлические сопротивления; ΔNМЕХ – потери мощности на механическое трение. Давление P=(M+P 0)-MB+gρ(z. Н-z. В)
Индикаторная диаграмма ab- запаздывание всас. кл. bc – сжатие жидкости cd – вытеснение жидк. из цилиндра de –закрытие нагн. кл. eg – расширение мертвого объема; g – открытие всас. кл. ga – заполнение цилиндра Площадь индикаторной диаграммы в масштабе показывает выполненную работу насоса за один оборот. А=Рi·F·S
Мощность и КПД поршневого насоса Работа, совершаемая поршнем Индикаторная мощность: Где F, S, n – площадь, длина хода, число двойных ходов поршня в секунду. ηi – Индикаторный КПД равен отношению полезной мощности к индикаторной мощности: ηO – Объемный КПД равен отношению расходов полезного и теоретического: ηГ – гидравлический КПД равен отношению давлений полезного давления к индикаторному: ηМЕХ – механический КПД равен отношению индикаторной мощности к потребляемой мощности:
Мощность и КПД поршневого насоса η – КПД насоса, отношение полезной к потребляемой мощности: При выборе двигателя для приводных насосов учитываются потери мощности в передаче между двигателем и насосом, в самом двигателе (ηДВ), а также возможные перегрузки (ηПЕР) при отклонениях режима работы насоса от расчетного (коэффициент запаса выбирается для малых насосов 1. 2 ÷ 1. 5, а для больших — 1. 1 ÷ 1. 5).
Испытание поршневого насоса 1 – барабан с бумагой; 2 – гидроцилиндр; 3 – кран (задвижка); 4 – цилиндр насоса; 5 – пружина с рычагом; 6 – карандаш; 7 – тяга; 8 – шток Р 0 – атмосферное давление РВ, РН – линии давления за два хода поршня рв, рн, рi – давления всасывания, нагнетания и индикаторное; f. Д – площадь диаграммы; l – длина диаграммы, равная или пропорциональная длине хода поршня S.
Испытание поршневого насоса 1 – насос вместе с жидкостью всасывает воздух, который сжимает по линии “a” в начале процесса нагнетания; 2 – в цилиндре имеется воздушный мешок, который сжимается по линии- “a” в начале процесса нагнетания и расширяется по линии “в” в начале процесса всасывания; 3 – пропускает всасывающий клапан; 4 – пропускает нагнетательный клапан; 5 – недостаточный (отсутствует) объем воздушной подушки пневмокомпенсаторов.
Рабочие характеристики поршневых насосов Давление, создаваемое насосом, теоретически не ограничено. Характеристика поршневого насоса Р-QТ с ростом давления подача QД уменьшается за счет увеличения утечек ∆Qу через неплотности, характеристика Р-Q приобретает вид, обозначенный пунктиром
Скачать презентацию Объемные насосы Поршневые насосы Объемные насосы Классификация
6Объемные насосы Поршневые насосы.ppt