Способы уменьшения неравномерности движения жидкости

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

Например:

1) Насосы двойного действия осуществляют подачу более равномерно, нежели одинарного.

2) Весьма эффективным способом уменьшения неравномерности подачи является применение многоцилинд-

р овых насосов с параллельным включением цилиндров, поршни которых приводятся в движение от общего вала. Рассмотрим, например, диаграмму подачи трёхцилиндрового насоса, у которого колена вала расположены под углом 120˚ (рис.)

П оршни, двигаясь несинхронно, создают чередуемость ходов подачи по времени, и хотя подача каждого цилиндра остаётся неравномерной, общая подача насоса существенно выравнивается.

В промежутках между углами 0-60, 120-180, 240-300˚ диаграммы подачи разных цилиндров накладываются одна на другую. Это значит, что происходит одновременная подача в коллектор сразу 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 трёхцилиндрового насоса, показанную жирной линией. В этом случае отклонение максимальных значений мгновенной подачи от её среднего значения для целого оборота очень незначительно ( ). Подача протекает здесь достаточно равномерно. Возможны и другие комбинации параллельного соединения цилиндров, дающие повышение равномерности подачи.

3) Другой способ повышения равномерности всасывания и подачи заключается в применении воздушных колпаков на всасывающей и напорной трубах вблизи клапанной коробки насоса.

Рассмотрим принцип работы воздушного колпака на всасывающей трубе насоса.

К ороткий патрубок 1, присоединённый к клапанной коробке насоса, окружён верхней расширяющейся частью 2 трубы 3. Воздух, заключённый в кольцевом объёме между 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 ходе поршня вправо жидкость в клапанной коробке засасывается не только из всасывающего трубопровода, но и из-под колпака, благодаря чему уровень жидкости в колпаке понижается до низшего положения. При ходе поршня влево всасывающий клапан закрывается, но под колпаком давление равно давлению всасывания <p_атм. Благодаря этому жидкость из всасывающего трубопровода продолжает поступать в колпак. Таким образом, при работе насоса уровень жидкости колеблется между максимальным и минимальным значениями. Воздух при этом изменяет свой объём от V_max до V_min, что вызывает изменение его давления от p_max до p_min.

Работу воздушного колпака характеризуют степенью неравномерности его δ:

, (2)

где p_ср – среднее давление воздуха в колпаке:

.

При достаточно большом объёме 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 приближённая теория воздушного колпака основана на уравнении изотермического газового процесса

,

где V – объём некоторого постоянного весового количества воздуха в колпаке.

Последнее уравнение для двух состояний воздуха в колпаке имеет вид:

.

Можно по аналогии с (2) записать:

. (3)

Р азность V_max – V_min есть то количество жидкости, которое поступает в цилиндр из воздушного колпака при движении поршня вправо. Это же количество накапливается в воздушном колпаке при движении поршня влево (за вторую половину оборота вала).

Воспользуемся диаграммой, приведённой на рис., где нанесём линию “аб” равномерного поступления жидкости по всасывающей трубе насоса. Площадь прямоугольника “оабво” равновелика площади синусоиды всасывания “оге”. Если

движение во всасывающей трубе протекает равномерно по линии “аб”, а всасывание в цилиндр неравномерно по синусоиде “оге”, то площадь синусоиды “дгжд”, лежащая выше линии “аб”, представляет собой количество жидкости, которое в период всасывания должно быть взято из воздушного колпака. Это количество равно:

.

Величина V_k определяется построением синусоиды всасывания, планиметрированием её и построением равновеликого с ней прямоугольника “оабво”.

Если V_k определён указанным путём, то по формуле (3) можно определить средний объём воздуха в колпаке при заданной степени неравномерности его:

.

Для колпаков на напорном трубопроводе принимают δ = 0,02, а для колпаков на всасывающих трубопроводах принимают δ = 0,04-0,05.