Гидромашины и компрессоры Лекция № 10 ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫЕ НАСОСЫ

Гидромашины и компрессоры Лекция № 10 ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫЕ НАСОСЫ (продолжение) Сам. ГТУ Кафедра МОНГП 2011 год

НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ВСАСЫВАНИЯ И ПОДАЧИ • Рассмотрим общий случай многокамерного насоса. Мгновенный расход жидкости во всасывающем коллекторе равен сумме мгновенных расходов в разветвлениях Q = Qi. • Qi = vi. Fi, • где vi — мгновенная скорость; Fi — площадь поршня в i-й камере. • Скорость жидкости в подводящей трубе Vн = Q/Fн, • где Fн — площадь сечения трубы. • Соответствующее ускорение жидкости Ан = (Fi / Fн) ai, • где аi — ускорение поршня в i-й камере. • Применительно к кривошипному насосу для построения графиков мгновенных расходов и ускорений используем следующие формулы кинематики кривошипно-шатунного механизма: • Здесь s, v, a — текущие значения перемещения, скорости и ускорения поршня (жестко связанного с крейцкопфом); — угловая скорость.

Графики расхода и ускорения жидкости в трубопроводах насосов одностороннего действия 2 х, 3 х, 4 х цилиндровых • а – графики расхода, б – графики ускорения

Графики расхода и ускорения жидкости в трубопроводах насосов одностороннего действия 5 х, 6 х цилиндровых • а – графики расхода, б – графики ускорения

НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ПОДАЧИ • Отношение двойной амплитуды колебания подачи к среднему ее значению называется степенью неравномерности подачи • Значения q для насосов одностороннего действия Число камер z 1 2 3 4 5 6 7 0 /2 0, 14 0, 32 0, 06 0, 14 0, 04 0, 225 3, 22 1, 61 0, 30 0, 33 0, 14 0, 15 0, 05

Графики расхода жидкости в трубопроводах насосов двустороннего действия • в – вальный двухцилиндровый насос двустороннего действия, • г – прямодействующий насос.

РАСЧЕТ ПНЕВМОКОМПЕНСАТОРОВ • Как видно из предыдущих слайдов, насос имеет неравномерную подачу. Для уменьшения степени неравномерности подачи используют пневмокомпенсаторы. • Если объем подушки выбран достаточно большим по сравнению с изменением объема Vиз, то колебание давления по отношению к среднему будет малым, а поток жидкости на внешнем участке под действием практически постоянного перепада давления — равномерным. • Необходимые объем и давление газа в компенсаторе определяют в следующем порядке. • Вводят понятие: коэффициент пульсации давления •

• Классический метод расчета основан на условии, что изменение состояния газа изотермическое, т. е. • pmax. Vmin= pmin. Vmax= pcp. Vcp • Очевидно, • Существует вариант расчета, основанный на том, что установившийся процесс изменения состояния газа близок к адиабатическому (показатель политропы т = 1, 35 1, 40), а переход от начального состояния газа р0, V 0 к среднему рср, Vcp — изотермический. • Вместо вышеприведённой формулы можно использовать приближенное выражение

ИНДИКАТОРНАЯ ДИАГРАММА. ИНДИКАТОРНЫЕ МОЩНОСТИ И К. П. Д. ХАРАКТЕРИСТИКА НАСОСА • Изменение давления в рабочей камере насоса изображается индикаторной диаграммой. В координатах s, p схематически она имеет вид прямоугольника 1 — 2— 3— 4. При движении поршня вправо давление р1 в камере ниже атмосферного ра, что объясняется гидравлическим сопротивлением всасывающего тракта, а также расположением насоса над уровнем жидкости. В точке 1 поршень изменяет направление движения на обратное, всасывающий клапан автоматически закрывается, и в камере резко увеличивается давление до р2, превышающего давление в начале нагнетательной линии рк (точка 2). • Это превышение обусловлено перепадом давления в нагнетательном клапане. В крайнем левом положении поршень снова меняет направление Движения. При этом давление резко падает по линии 5— 4, нагнетательный клапан k 2 закрывается, и открывается всасывающий клапан k 1.

Индикаторные диаграммы как средство технической диагностики действующего насоса • 1 — вместе с жидкостью по линии а сжимается воздух. Подача насоса уменьшается в пропорции к отношению длин l 1 и l, так как на отрезке с происходит сжатие воздуха; • 2— в рабочей камере вследствие неправильной конструкции образуется газовый мешок. Всасывающий клапан открывается после того, как газ в мешке расширится по линии б, вследствие чего также снижается подача насоса;

• 3 — запаздывание с посадкой всасывающего клапана, пропускающего жидкость на отрезке l, в результате чего задерживается возрастание давления в рабочей камере; • 4 — при запаздывании с закрытием нагнетательного клапана задерживаются спад давления в цилиндре и открытие всасывающего клапана; • 5, 6 — неплотность клапанов. Перетекание жидкости особенно заметно около мертвых точек на участках d диаграмм;

• 7 — насос работает без пневмокомпенсаторов или при их неэффективном действии (вследствие удаленности от рабочей камеры, недостаточного объема газа в компенсаторе); • 8 — жидкость неравномерно подходит к насосу при давлении выше атмосферного.

Индикаторная работа, мощность и КПД • • • Площадь индикаторной диаграммы пропорциональна работе поршня, совершенной за один двойной ход. При ходе вправо на поршень действует переменное давление р1. Текущая сила, действующая на поршень, составляет p 1 F, среднее ее значение за ход p 1, cp F, а работа A 1 = p 1, cp FS. Она считается отрицательной, так как передается поршню. При ходе влево A 2 = p 2, cp FS, причем работа A 2, совершаемая против действия силы давления, — положительная. Алгебраическая сумма названных работ — индикаторная работа: Aинд = А 1 + A 2 = (р2, ср – pl, ср) FS. Разность средних давлений — среднее индикаторное давление pинд = fинд/xиндаинд, где fинд, xинд — площадь и длина индикаторной диаграммы; аинд — вертикальный масштаб. Таким образом, индикаторная работа за двойной ход поршня Aинд = pинд FS, а индикаторная мощность, затрачиваемая в рабочей камере, Nинд= Aиндn= pинд FSn где n — частота ходов поршня (в секунду).

• • Общая индикаторная мощность многокамерного насоса вычисляется суммированием индикаторных мощностей во всех рабочих камерах. Представим ее в следующем виде: Nинд=lинд Qи н, где lинд — удельная индикаторная работа; Qи н — массовый расход жидкости (вместе с утечками); н — коэффициент наполнения насоса. • Индикаторный к. п. д. • где Nп, P, Q — полезная мощность, давление и подача насоса; о — объемный к. п. д. Гидравлическим к. п. д. ( г = Р/1 индρ = lп/lинд) Мощность насоса больше индикаторной за счет мощности механического трения в насосе (N = Nинд + Nм). Механический к. п. д. м=Nинд/N К п. д. насоса • • •

Характеристика насоса • • При построении графической характеристики любого объемного насоса за аргумент принимают не подачу, как в случае динамических насосов, а давление насоса (рис. 9. 3). Зависимость Р — Q представляется слегка падающей линией. Снижение подачи объясняется увеличением объема жидкости, перетекающей через неплотности насосных камер с ростом перепада давления. Мощность насоса при этом возрастает, а к. п. д. близок к постоянному в широком диапазоне изменения давления. Он заметно снижается лишь при чрезмерно низких или высоких значениях p. В первом случае — в результате того, что полезная мощность становится слишком малой, а с приближением к режиму холостого хода любой механизм работает менее экономично. Во втором случае — вследствие увеличения объема перетекающей жидкости.