6.2.3. Неравномерность подачи и ее сглаживание в поршневых насосах

Большинство поршневых приводных насосов приводится в действие при помощи кривошипно-шатунного механизма. Скорость движения поршня, приводимого в действие от кривошипного механизма, при условии равномерного вращения вала и большой длины шатуна по сравнению с длиной кривошипа в любой момент времени

где угловая скорость вращения вала;t время движения поршня от одного из крайних положений; угол поворота кривошипа, отсчитываемый от одного из его положений, совпадающих с осью поршня.

Тогда мгновенная подача насоса одинарного действия в момент времениt

(6.22)

График подачи одноцилиндрового поршневого насоса одинарного действия представлен на рисунке 6.6 а. Пунктиром показан процесс всасывания. За один период Т = 1/n осуществляется одна подача, изменяющаяся во времени по синусоиде в интервале 0 <t<T/2.

Степень неравномерности подачи

(6.23)

Скорость поршня, приводимого в движение кривошипно – шатунным механизмом не является постоянной. Она изменяется от нуля (в левом и правом крайних положениях) до своего максимального значения (в среднем положении поршня). При этом из теории работы кривошипно – шатунного механизма, уравнение (6.22), скорость поступательного движения поршня изменяется пропорционально синусу угла поворота кривошипа α. Жидкость следует за поршнем безотрывно, поэтому подача насоса простогодействия будет изменяться как это показано на рисунке 6.6а.

Рисунок 6.6 –Графики подачи поршневых насосов одинарного действия

а)–одноцилиндрового; б)–двухцилиндрового

Из рисунка 6.6а видно, что максимальная подача имеет место в момент времени и может быть найдена, если это значение подставить в формулу (6.22):

(6.24)

График подачи двухцилиндрового поршневого насоса одинарного действия (или одноцилиндрового насоса двойного действия по рисунку 6.4 без учета объема штока) приведен на рисунке 6.6б, откуда видно, что при одних и тех же значениях и , как на рисунке 6.6a, в этом случае в два раза больше.

Неравномерность подачи насоса приводит к неравномерности движения жидкости по трубам появлению гидроударов. В соответствии с уравнением неразрывности потока для одноцилиндрового насоса одинарного действия во время всасывания или нагнетания

(6.25)

где и - мгновенная скорость поршня; S - площадь поршня; мгновенная средняя скорость жидкости в i-м сечении трубопровода; S_i- площадь i-го сечения трубопровода.

Дифференцируя уравнение (6.25) по времени, получаем:

Так как , то ускорение жидкости в трубопроводе больше, чем в насосе. Следовательно, инерционные напоры могут достичь больших значений, приведя к недопустимым повышениям или понижениям напора в трубопроводах и вызвав наступление кавитации. Для более равномерного движения жидкости, уменьшения влияния инерционных напоров на. всасывающих и нагнетательных трубопроводах, работающих совместно с поршневыми насосами, ставят воздушные колпаки (рисунок 6.7)или демпферы. Их устанавливают, как на входе в насос, так и на выходе из него. Воздушный колпак представляет собой буферную промежуточную емкость около 50% ее объема занимает воздух.

Рисунок 6.7 – Схема поршневого насоса с воздушными колпаками.

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – клапан линии нагнетания; 4 – всасывающий клапан; 5, 6 – воздушные колпаки; 7 – обратный клапан.

При ускорении движения поршня, когда в насос через воздушный колпак поступает наибольшее количество жидкости, или выталкивается из насоса воздух, находящийся в колпаке сжимается. При этом давление изменяется не значительно (поскольку его объем значительно больше объема поступающей жидкости). Движение жидкости во всасывающем или нагнетательном трубопроводе становится более равномерным.