среды и ее деформацией под действием давления в рабочих камерах на­ соса, вредное пространство не будет сказываться на производительности насоса, однако с учетом сжимаемости оно оправдывает свое название, так как известная часть жидкости, вытесняемая поршнем, израсходуется на повышение давления в нем до величины, соответствующей давлению жидкости на выходе из насоса, при этом чем больше отношение этого объема к описываемому поршнем объему, тем большая часть последнего будет потеряна на повышение давления.

В соответствии с этим объемный к. п. д. насоса будет зависеть при всех прочих одинаковых условиях от отношения перемещения поршня, необходимого для сжатия жидкости во вредном пространстве до рабо­ чего давления, к конструктивной величине его перемещения. Для порш­ невых насосов, работающих при высоких давлениях (1000 кГ/см2), объем сжатия жидкости с учетом вредного пространства, необходимый для повышения ее давления до требуемой величины, может составить более 50% объема, описываемого поршнем.

Рассмотрим этот вопрос применительно к поршневому насосу.

Влияние вредного пространства

Обозначим через q объем, описываемый поршнями насоса за один ход (рабочий объем), и через с — объем вредного пространства насоса, т. е. объем между поршнями и нагнетательными клапанами (или рас­ пределительным устройством) в конце рабочего хода поршней. Прене­ брегая утечками и считая насос абсолютно жестким, а заполнение цилиндра полным, находим объем сжатия жидкости, необходимый для повышения давления жидкости объема c+q с давления всасывания (принимаем его равным атмосферному) до давления нагнетания рн:

где р — среднее значение коэффициента сжатия жидкости при повыше­

В соответствии с этим объемный к. п. д. подобного насоса без учета влияния прочих факторов, кроме рассматриваемого, определится из формулы.

Влияние жесткости камеры насоса

Объемный к. п.д. насоса зависит также от жесткости камер насоса, образующих вредное пространство. Очевидно, увеличение объема этих камер, вызванное упругой деформацией их под действием сил давления

100

пространства насоса увеличится вследствие механической деформации его деталей на величину

вредного пространства при изменении давления на 1 атм.

Если учитывать величину и жесткость камеры вредного простран­ ства, а также рассмотренное выше сжатие жидкости, то выражение для объемного к. п.д. примет вид

Из последнего выражения следует, что при проектировании насосов высокого давления необходимо стремиться к уменьшению значений г иб, что достигается максимальным уменьшением объема вредного простран­ ства насоса и повышением жесткости его деталей, образующих это про­

объемного сжатия р.

Поскольку величина параметра г зависит от величин объемов q и с, объемный к. п.д. [см. выражения (116) и (119)] при регулировании про­ изводительности насоса изменением рабочего хода поршня будет пере­ менной величиной. Допустим, что величина рабочего хода поршней при регулировании производительности уменьшена в два раза, причем объем вредного пространства насоса остался тем же, т. е. регулирование про­ изводительности насоса осуществлялось так, что положение поршней в конце рабочего хода оставалось неизменным. В этом случае

я_

2

Из этого выражения следует, что объемный к. п.д. [см. выражение (116)] насоса при регулировании его расхода изменением рабочего объема понизится по сравнению с его значением при максимальной про­ изводительности.

В большинстве конструкций насосов регулирование производитель­ ности осуществляется изменением величины хода поршня относительно центра вращения кривошипа механизма. При этой схеме регулирования изменение величины хода поршня вызовет также изменение величины вредного пространства, так как поршень в этом случае не будет зани­ мать в конце рабочего хода того положения, которое он занимал при максимальном ходе. Соответственно объем вредного пространства при рассмотренном выше уменьшении хода поршня (в два раза по сравне­

нию с максимальным значением) увеличится до значения сг=с+ —, а

следовательно, величина параметра г определится при этом способе регулирования из выражения

2

101

Располагая данными по величинам параметров с, рн и б [см. выра­ жение (119], нетрудно вычислить нижний предел регулирования произ­ водительности насоса, при котором объем, описываемый поршнями, будет равен суммарному объему сжатия жидкости и деформации (рас­ ширении) камер под действием сил давления жидкости.

В л и я н и е н е р а с т в о р е н н о г о в о з д у х а

При наличии в жидкости нерастворенного воздуха последний вместе с жидкостью поступает во всасывающую полость и цилиндры насоса, давление в которых обычно значительно ниже атмосферного, поэтому воздух в них расширяется, уменьшая тем самым объем жидкости в ци­ линдрах.

Допустим, что единица объема жидкой среды содержит при началь­ ном давлении (давлении в баке) р0 нерастворенного воздуха в объ­ еме У0. Вследствие расширения этого воздуха во всасывающей камере до давления рв объем его увеличится (принимаем, что процессы расши­ рения и сжатия воздуха происходят по изотермическому циклу, при котором уравнение, выражающее связь между давлением р и объемом У, имеет вид p V = const):

Рв

где У0— содержание (объем) воздуха в единице объема жидкости при начальном давлении р0 в жидкостном баке системы;

Ув — то же при давлении во всасывающей камере насоса рв.

При сжатии этого воздуха в нагнетательной камере до давления рн на выходе из насоса объем его уменьшится:

где Ун — содержание воздуха в единице объема жидкости на выходе из насоса в среду с давлением рн.

Разность между значениями Ув и Ун есть потеря подачи насо­ сом УП|, вызванная расширением воздуха, отнесенная к единице рабо­ чего объема насоса:

У п = У в - У н .

Подставив из выражений (120) и (121) значения Ув и Ун, получим:

При наличии в насосе вредного пространства влияние на объемные характеристики нерастворенного воздуха будет более значительным, так как часть вытесняемой поршнями смеси жидкости с воздухом израс­ ходуется на повышение ее давления в этом пространстве до величины рн на выходе из насоса.

С учетом вредного пространства уменьшение объема воздуха, со­ держащегося в жидкости, заполняющей объем (q+ c) (объемная потеря производительности насоса вследствие сжатия воздуха), при повышении

102

давления с рв до рн может быть вычислено по выражению*:

В этом случае объемный к. п. д. будет равен

A q — изменение объема воздуха, содержащегося в жидкости, запол­ няющей объем (q+ c) при повышении давления с рв до рн*

Из последнего выражения следует, что при соответствующих вели­ чинах отношения объема вредного пространства насоса к его рабочему объему (c/q)y а также содержании воздуха и величинах давлений /?н, ро и рв объемные потери вследствие сжатия воздуха могут быть значитель­ ными. Так, при 5%-ном содержании в жидкости нерастворенного воз­ духа объемный к. п. д. насоса при c/q = 0,1 рн= 200 кГ/см2, р0= 1 кГ/см2 и рв = 0,5 кГ/см2 составит г]Об~0,89. В указанном выше расчете не учиты­ валась возможность выделения из жидкости в камере всасывания раст­ воренного воздуха, что приведет к увеличению параметра Vw

Очевидно, при известных значениях давления и содержания в жид­ кости нерастворенного воздуха подача насоса станет равной нулю. Это наступит тогда, когда объем сжатого во вредном пространстве воздуха, отнесенный к давлению во всасывающей камере, будет равен объему, описываемому рабочими элементами насоса за один оборот.

На рис. 43 приведены кривые, характеризующие рассматриваемую зависимость производительности шестеренного насоса самолетной гид­ росистемы в функции давления внешней среды (высоты полета само­ лета).

* Сж им аем ость ж идкости и деф орм ацию под ее давлением рабочих камер насоса, а такж е утечки через конструктивные зазоры не учитываем.

103