4.8.4. Индикаторная диаграмма

Индикаторная диаграмма показывает зависимость абсолютного давления в цилиндре от пути, пройденного поршнем. Она вычерчивается специальным прибором – индикатором, устанавливаемым на цилиндре работающего насоса. На рис. 4.23 показана индикаторная диаграмма поршневого насоса простого действия. Линия аb соответствует процессу всасывания. Давление в цилиндре в этот период равно и меньше атмосферного . Под действием разности давлений всасывающий клапан поддерживается в открытом состоянии. Точка b соответствует правому крайнему положению поршня. В этот момент всасывающий клапан закрывается, поршень начинает двигаться влево, и давление в цилиндре резко возрастает (линия bc) до , при котором открывается нагнетательный клапан (точка с). Подача жидкости в нагнетательный трубопровод происходит при постоянном давлении . Точка d соответствует левому крайнему положению поршня, после которого поршень начинает двигаться вправо. Нагнетательный клапан закрывается, давление в циллиндре резко падает до значения , при котором происходит открытие всасывающего клапана (точка а). В моменты открытия клапанов (точки а и с) возникает некоторые колебания давления, вызванные инерцией клапанов.

a

b

c

d

S

p

p₀

p_aт

p_н

Рис. 4.23

На рис. 4.23 изображена нормальная индикаторная диаграмма (исправного насоса); если вид индикаторной диаграммы насоса отличается от нормального вида, то это указывает на наличие дефектов в работе насоса (запаздывание закрытия всасывающего или нагнетательного клапанов, попадание воздуха в цилиндр в период всасывания, недостаточный объем воздушного колпака на всасывающем трубопроводе, наличие «воздушного мешка» в цилиндре, и т. д.). Индикаторная диаграмма позволяет определить индикаторную мощность насоса, равную, в некотором масштабе, площади индикаторной диаграммы. Индикаторная мощность связана с полезной мощностью соотношением =, где – индикаторный КПД.

4.8.5. Регулирование работы поршневых насосов

Регулирование работы поршневых насосов заключается в изменении их производительности. Известно, что у поршневых насосов производительность не зависит от напора (см. рис. 4.18), поэтому для этих насосов неприемлемо регулирование задвижкой. В то же время формулы (4.23) и (4.24) показывают, что производительность можно регулировать за счет изменения частоты вращения кривошипа и длины хода поршня. Кроме того, поршневые насосы регулируют воздействием на их всасывающий клапан, а также перепуском части жидкости из нагнетательного трубопровода во всасывающий.

Регулирование изменением частоты вращения кривошипа. Из зависимостей (4.23) и (4.24) следует, что производительности Q₁ и Q₂ пропорциональны соответствующим им частотам вращения кривошипа n₁ и n₂, поэтому Q₁/Q₂ = n₁/n₂. Для регулирования частоты вращения необходимы электродвигатели постоянного тока или асинхронные электродвигатели с контактными кольцами, что значительно затрудняет реализацию этого способа изменения производительности насоса. Данный способ регулирования целесообразно применять только для крупных насосов.

Регулирование изменением длины хода поршня. Изменение длины хода поршня достигается изменением длины передаточных элементов или изменением эксцентриситетов в кривошипно-шатунном механизме. При таком способе регулирования точно обеспечивается определенный рабочий объем цилиндра, поэтому его часто применяют в дозирующих насосах.

Регулирование воздействием на всасывающий клапан. Сущность данного способа регулирования состоит в следующем: всасывающий клапан держится приоткрытым в течение определенного периода времени акта нагнетания. За счет этого часть жидкости вытесняется из цилиндра через всасывающий клапан во всасывающий трубопровод. После того, как в цилиндре будет достигнуто давление, соответствующее требуемому, всасывающий клапан закрывается и начинается подача в нагнетательный трубопровод. Всасывающим клапаном управляют при помощи электромагнитного, механического или гидравлического устройства. Данный способ регулирования менее экономичен по сравнению с предыдущими методами, так как часть энергии, потребляемой насосом, бесполезно расходуется на создание обратного потока жидкости через всасывающий клапан.

Регулирование перепуском жидкости. При таком способе регулирования часть жидкости, подаваемой насосом в нагнетательный трубопровод, отводится через перепускной (обводной) трубопровод с установленной на нем задвижкой на сторону всасывания насоса. При этом возможно снижение подачи жидкости до значения, равного 30 % от полной подачи в нагнетательный трубопровод. Дальнейшее уменьшение подачи не рекомендуют, так как произойдет значительный нагрев жидкости, что во многих случаях недопустимо. Данный способ регулирования неэкономичен, однако является простым и поэтому распространен на практике.