6.4.3. Воздушные колпаки поршневых насосов

Воздушные колпаки устанавливаются на линии всасывания и нагнетания (рис. 6.31). На линии всасывания для увеличения высоты всасывания при или, наоборот, для увеличения  при .

Рис. 6.31. Схема установки воздушных колпаков

На линии нагнетания воздушные колпаки устанавливаются для выравнивания подачи.

Линия всасывания. Всасывающий воздушный колпак помещается под всасывающим клапаном и соединяется с насосом возможно короткой трубой длиной . Жидкость поступает в колпак снизу через всасывающую трубу длиной . Обычно .

Всасывание жидкости из колпака происходит неравномерно, что вызывает в нем периодические колебания уровня жидкости. При достаточно большом объеме воздуха в колпаке колебания уровня будут невелики, благодаря этому давление воздуха в колпаке остается почти постоянным. Это означает, что движение жидкости на участке трубы почти равномерное. Неустановившееся движение жидкости остается только на участке . Это значительно улучшает условия всасывания насоса, позволяет увеличить высоту всасывания.

Для этого случая максимальная высота всасывания определяется по формуле:

(6.76)

где – гидравлическое сопротивление всасывающей линии на участке . Как показывают расчеты, с воздушным колпаком больше без колпака, так как > .

Линия нагнетания. Нагнетательный колпак отсекает от насоса почти весь нагнетательный трубопровод, и силы инерции проявляются только на коротком участке между насосом и колпаком. Для этого случая максимальное давление нагнетания определяется по формуле:

(6.77)

Максимальное давление нагнетания с воздушным колпаком меньше, чем без колпака.

Рассмотрим подачу насоса с воздушным колпаком. До угла ₁ идет подача только в линию нагнетания (рис. 6.32). C ростом  возрастает скорость нагнетания , следовательно увеличивается и сопротивление линии нагнетания.

Рис. 6.32. Диаграмма подачи поршневого насоса с воздушным колпаком

До угла ₂ идет аккумуляция жидкости в воздушном колпаке (заштрихованная часть графика подачи) и подача её в нагнетательную линию. С угла ₂ и далее подача осуществляется только в линию нагнетания. Во время всасывания (от  до 2) аккумулированная часть жидкости за счет разности давлений и подается в линию нагнетания. Таким образом, происходит выравнивание подачи по времени.

Определим объем воздушного колпака V. Из конструктивных соображений принимается:

(6.78)

где – средний объем воздуха в воздушном колпаке.

Введем обозначения:

(6.79)

Здесь – давление воздуха в колпаке, – среднее давление воздуха в колпаке, m – степень неравномерности давления в колпаке.

По закону Бойля – Мариотта можно записать:

(6.80)

Заменим давления в уравнении (6.80), используя соотношение (6.79). Тогда для среднего объема воздуха в колпаке получим уравнение:

(6.81)

Значение зависит от кратности действия и рабочего объема цилиндра насоса :

для насоса простого действия:

двойного действия:

тройного действия:

четверного действия:

Величины m задаются:

для линии всасывания: m  5 ;

нагнетания: m = 1–2 .

В общем случае величина m выбирается потребностью технологического процесса.