3.2.4 Повітряні ковпаки

Щоб уникнути появи великих інерційних сил рух рідини в насосі повинно бути наближене до рівномірного. Для цього поршневі насоси забезпечуються повітряними ковпаками 1 і 2, встановленими на всмоктуючих і нагнітальних трубах (рис. 3.5).

Розглянемо принцип дії повітряних ковпаків. Перед пуском насоса в хід всмоктувальна труба і частина всмоктуючого повітряного ковпака заповнюються водою. Потім перекривається кран. При русі поршня вправо насос засмоктує рідину через клапан К_в безпосередньо з ковпака по дуже короткій всмоктувальній трубі D. При цьому в ковпаку 1 з’являється розрідження, завдяки чому рідина під дією атмосферного тиску відкриває приймальний клапан 3 і надходить у ковпак.

Так як коливання рівня рідини в ковпаку незначні, рух рідини у всмоктувальній трубі від приймального резервуара до ковпака на відрізку l₁ буде близьким до сталому. За допомогою всмоктувального повітряного ковпака рівень рідини наближається до насоса. Рух залишається несталим тільки на короткій відстані l₂ від горизонту води у всмоктуючому ковпаку до поршня насоса.

Рисунок 3.5 – Поршневий насос з повітряними клапанами

У поршневого насоса без всмоктуючого ковпака спостерігається нерівномірний рух рідини по всій довжині всмоктуючої труби, що викликає збільшення інерційних сил рідини. Величина інерційних сил, крім довжини всмоктуючої труби, залежить від прискорення поршня, а отже, і від числа обертів вала кривошипа насоса, тому установка повітряного ковпака на всмоктувальній трубі дозволяє збільшити число обертів вала кривошипа насоса.

Повітряний ковпак зменшує опір у всмоктувальній трубі, так як на ділянці від її початку до повітряного ковпака рух рідини відбувається з більш-менш постійною швидкістю. Тому насоси з повітряними ковпаками на всмоктувальній трубі мають велику висоту всмоктування, ніж без ковпаків.

Напірний ковпак у насоса служить акумулятором, що згладжує нерівномірність надходження рідини в нагнітальну трубу. При одному русі поршня (нагнітанні) частина рідини поступає в напірний трубопровід, а інша частина повітряний ковпак, в якому вона стискає повітря.

При іншому русі поршня (всмоктуванні) надлишок тиску повітря витісняє рідину з ковпака в напірний трубопровід. У результаті тиск рідини в нагнітальній трубі вирівнюється. Розміри повітряних ковпаків залежать від ступеня нерівномірності подачі насоса. Обсяги повітряної частини в напірних ковпаках приводних насосів в частках від обсягу циліндра повинні бути для насосів однопоршневих односторонньої дії не менше V=27ωS; однопоршневих двосторонньої дії V=10ωS; трипоршневий односторонньої дії V=0,5ωS; двопоршневий двосторонньої дії V=2ωS.

Обсяг повітряної частини всмоктуючих ковпаків повинен становити 5-10 обсягів циліндра ωS.

Під час роботи насоса об’єм повітря повинен складати приблизно 2/3 повного обсягу ковпака, тобто V=²/₃V_к де V_к – повний обсяг повітряного ковпака.

Повний обсяг повітряного ковпака V_к=³/₂V.

3.2.5 Індикаторна діаграма роботи поршневого насоса

Індикаторною діаграмою називають графічне зображення зміни тиску в циліндрі насоса за подвійний хід поршня. Індикаторні діаграми знімають за допомогою самописних приладів, які називаються індикаторами.

На (рис. 3.6, а) приведена індикаторна діаграма нормально працюючого насоса. Нижня лінія аb на діаграмі показує, як змінюється тиск в циліндрі в процесі всмоктування. На початку всмоктування спостерігається тимчасове зниження тиску. Після відкриття клапана тиск в циліндрі залишається постійним і лінія всмоктування аb проходить паралельно лінії атмосферного тиску.

На початку нагнітання тиск в циліндрі зростає до свого найбільшого значення. Після відкриття нагнітального клапана тиск швидко падає, а потім залишається постійним протягом всього нагнітання, що показує лінія сd.

На (рис. 3.6, б, в, г, д) показані індикаторні діаграми, зняті індикатором з експлуатованих насосів і вказують на наявні несправності в їх роботі. Одні з них (рис. 3.6, б, в) показують на пізню посадку всмоктуючого і напірного клапанів, а інші (рис. 3.6, г, д) – наявність нещільного прилягання всмоктуючого і напірного клапанів до своїх опорних поверхонь, р_а/gρ позначає лінію атмосферного тиску.

Рисунок 3.6 – Індикаторна діаграма роботи поршневого насоса

Користуючись індикаторної діаграмою, можна визначити так звану індикаторну потужність насоса, тобто потужність, повідомляючи рідину в циліндрі.

Середню ординату індикаторної діаграми визначають із залежності:

( 3.22 )

де ω – площа індикаторної діаграми, м²;

S – хід поршня, або довжина діаграми, м.

Для здобуття середнього індикаторного тиску в циліндрі р_i необхідно h_i розділити на масштаб тиску.

Тоді

( 3.23 )

Робота насоса за один подвійний хід поршня:

( 3.24 )

де ω – площа поршня, м²;

S – хід поршня, м.

При частоті обертання кривошипа в хвилину рівну п індикаторну потужність N_і насоса можна визначити із залежності:

(3.25)

Вимірявши потужність насоса N і визначивши по залежності (3.25) індикаторну потужність N_і, можна встановити значення механічного ККД насоса:

                                     (3.26)