Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Петрина, Н. П. Объемные гидромашины (насосы и двигатели)

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

21.10.2023

Размер:

8.93 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 2510 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

ния Д.Бзрнулли применимо и к напорному трубопроводу, в кото ром жидкость движется со скоростью Crt

(2.36)

или

1Н +Х

(2.37)

P*_Dw _-L-^-z+•2h•t- — —

оо г cos q>

1 " 1

Для разветвленного

трубопровода с разными диаметрами

на отдельных

участках его длины инерционный напор будет:

А Ч

Л .

9 С

| +

f t 2 8 c

atЫ 1

at а а *

где

скорость

на отдельных

участках

С4 , Сг

необходимо

определить

из уравнения

сплошности

Q=F-c = F < c , = F 2 c 2 = - •.

Изменение

давления

р х

показано на рис. 2.19 линией

СМК, где отрезок МС характеризует

те же явления, что и BD

но для нагнетательного

клапана.Таким

образом, получается

р а с ч е т н а я

( т е о р е т и ч е с к а я )

и н д и

к а т о р н а я

д и а г р а м м а

B D E C M K B

}

от

личная от индикаторной диаграммы идеального

насоса (см.

рис.

2 . 1) . Из уравнения(2.37)

следует,

что давление под

поршнем р'х

непостоянно и в период нагнетания. К тому

же и в этом уравнении возможно отрицательное

значение р^

при малом

рВ у,но больших 1 Н

и со , когда

поршень начнет

замедлять

свой ход. Действительно,

уравнению

(2.37)

будут

соответствовать выражения:

- в начальный

момент

нагнетания,

при Ц) = 0 ,

' ь * " —'г'

(2.38)

- в конце нагнетания, т. е. при

Ц)

= 180'о

Р х _

Рву

(2.39:

г ~ %


где Z.VI2 _		потери напора в нагнетательном трубопроводе
		и нагнетательном			клапане.
Уравнения (2 . 38) и (2.39) указывают							на то, что жидкость,
получившая ускорение в первую половину хода								поршня ( t f =
= Сч-90°), будет ускоренно двигаться во второй половине
хода	( ц> = 90т180°)		и может		оторваться		от	поршня, на что
укажет	отрицательное		значение		давления		(э*	в	уравнении
( 2 . 3 9 ) .	Оторвавшаяся		от	поршня жидкость			будет		некоторый
промежуток времени двигаться только за счет энергии инер
ционного напора. Однако в нагнетательной трубе она будет
встречать		сопротивления		SLh-^Pey > Z H		,	на		преодоление
которых	истратится весь			запас	энергии,	приобретенный ею

ранее в форме инерционного напора. Поэтому движение жидкости в направлении к потребителю может прекратиться и более того может начаться движение в сторону меньшего давления, т. е.

в сторону поршня. Поршень же во второй половине хода ( ф = = 904-180°) хотя и замедляет свое движение, но не прекра щает его. Следовательно, он может нагнать остановившуюся жидкость или же в своем движении столкнуться с обратно движущимся ее потоком. В результате отрава жидкости от порш

ня и в процессе		последующего их столкновения		возникнут гид
равлические	удары, которые могут вызывать поломки в насосе
и обслуживаемой		системе.
Если вследствие указанных обстоятельств давление в
период нагнетания станет			равным давлению всасывания, тогда
откроется всасывающий клапан и в рабочую полость					насоса
поступит жидкость из всасывающего трубопровода.					Это явле
ние называется		п е р е п р о и з в о д и т е л ь н о
с т ь ю н а с о с а ,			так как оно нарушает	его	нормальную
работу.
Все рассмотренные явления и их отрицательные					последствия
(уменьшение	высоты всасывания, явление кавитации, гидравли
ческие удары, непостоянство давления и т. д . )				относятся
к насосам как простого,			так и двукратного действия. Для на

сосов трех- и четырехкратного действия рассмотренный харак-

тер изменения в период всасывания и нагнетания обуслов ливается главным образом инерционным напором в проточных частях насоса, так как за клапанной коробкой в трубопроводах этих насссов движение жидкости почти установившееся ( т »

I , 0 5 r I , I ) . Рассмотренный характер изменения давления в цилиндре насоса относится ко всем видам поршневых насосов.

§ 2 . 7 . Воздушные колпаки

Пульсации подачи и давления, возникающие в поршневом насосе, могут быть устранены выравниванием ("осреднением") скоростей во всасывающем и напорном трубопроводах путем применения насосов многократного (больше чем двукратного) действия или воздушных колпаков.

Всасывающий I и напорный 2 воздушные колпаки (рис.2.20) представляют собой герметические резервуары, которые часто входят в состав корпуса насоса, а при больших размерах мон тируются вблизи насоса на соответствующих трубопроводах. Размещением воздушных колпаков между насосом и обслуживае мой системой достигается ее изоляция от неустановившегося движения жидкости, которое возникает в рабочих полостях насоса. Таким образом, воздушные колпаки являются гасителями в трубопроводах инерционных напоров, создаваемых неустано вившимся движением поршня в его цилиндре.

А. Давление всасывания р	х при наличии	всасывающего
воздушного колпака. В данном	случае поршень	засасывает

жидкость из воздушного колпака I , который разделяет всасы вающую линию насосной установки (длину трубопровода) на два участка:

{,6 - всасывающий трубопровод, где почти установившееся движение жидкости и

l " B - всасывающий патрубок и рабочая камера насоса, где движение неустановившееся, что можно понять из следующего. Предположим, что началу хода всасывания ( $ = 0) соответст-


вует наибольший				уровень
Кдаад жидкости в колпаке.
По мере увеличения всасы
вающего хода		поршня до
величины	S	этот				уровень
будет уменьшаться до							ка
кого-то минимального зна
чения K m i n , B			связи				с
чем давление		воздуха					в
колпаке р1К		будет				умень
шаться о т р 4		К т	в	х	д о р 4 К т 1 г , 7
а объем,	занятый				воздухом,
увеличиваться			от		V 4 K m i n
до "^Шт<£Так		как давление
на уровне	жидкости в
колпаке уменьшается,							то
через всасывающий						трубо
провод колпак			будет
заполняться		как в период
всасывания, так и в пе
риод нагнетания. Следо-
вательно,	на длине					1 6
жидкость движется перио
дически^ только				в период
всасывания,		а на участке
до колпака ( 1 в )				жидкость
движется непрерывно.
В конце хода		нагнетания						Рис. 2.20. Схема установки воз
уровень жидкости					в колпа
ке поднимется			от			K m i „		душных колпаков

ДОК тех и»1		таким				образом,

колпак будет подготовлен для		очередного цикла работы поршня.
	На основании сделанных предположений скорость жидкости
во	всасывающем трубопроводе	1 в до колпака можно вычислить
по	формуле:

Qxcp-FSgg—Fccp,

т. е.

C t » - F 5 n

( 2 ' 4 0 )

Скорость

во всасывающей трубе колпака и в

рабочей

камере насоса & изменяется синусоидально

(2.15)(график

ODE

на рис.

2 . I I ) .

Так как уровень в колпаке колеблется около некоторого

среднего

значения

Кс р , то

в качестве

плоскости

сравнения

условно можно принять этот уровень, чему соответствует

давление р,к. Тогда

для участка

Ц + К

по аналогии с

уравнением (2.35)

получим:

^^-(z( V^^h;+ %i-00Vc0S 1 »),

(2.41)

где 2.п4

гидравлические

сопротивления на длине

обусловленные

главным образом

сопротивлением

всасывающего клапана.

На основании уравнения Д. Вернули для сечений

АА

к *?С1?

относительно плоскости сравнения АА, т. е. на участке почти

установивтогося

движения получим:

+T.wt1

( 2 . 4 2 )

где

скорость

на уровнях АА

к КСр принята равной нулю, тог

да

вместо уравнений (2.41)

и (2.42) получим

искомое

выражение

для

д а в л е н и я

п о д

п о р ш н е м

п р и

н а л и ч и и

в о з д у ш н о г о

к о л п а к а :

где

Из сравнения формул (2.35) и (2.43) видно, что применение

воздушного колпака уменьшает влияние инерционного напора 94

вследствие	того,	что значительно сокращается участок	трубы
с неустеловившимся движением жидкости, так как вместо
l = l b + l g + X	по уравнению (2.43) имеем только небольшую
длину l j + x .
Б. Давление		р', при наличии напорного воздушного	кол

пака. Допуская, что он заполнен жидкостью, как это указано на рис. 2.20, при нагнетательном ходе поршня жидкость будет вытесняться в воздушный колпак 2 , вследствие чего в нем сожмется воздух и повысится давление p t K . Одновременно

сэтим часть жидкости попадет в напор трубопровод и дальше

кпотребителю. Этот процесс будет длиться до прихода порш ня в крайнее левое положение. При обратном ходе поршня под влиянием давления ра к вытеснение жидкости из колпака в нагнетательный трубопровод продолжится. Таким образом, в

.этом трубопроводе будет непрерывное и почти установившееся

движение жидкости, если объем колпака достаточно				большой.
'	Так как в напорном колпаке сохраняются те же явления,
что	и во всасывающем, уравнение (2.37) можно записать сле
дующим образом:
	^	. ^ _	^ + 2 н ^ Ь 1 + ^ - « \| » Г С ( Я ф \|	(2.44)
где	v H -	длина	пути жидкости от цилиндра насоса	до кол
		пака.
	Во время работы насоса уровень жидкости в напорном воз

душном колпаке постепенно повышается ввиду частичного раст ворения воздуха в жидкости, поэтому для контроля за уровнем колпак снабжают водоуказательным стеклом. Воздухом колпак пополняется автоматически через клапан Е f называемый "сапуном". Воздух, попавший во всасывающий колпак, затем выделяется из жидкости в нагнетательном воздушном колпаке. У больших насосов напорный колпак пополняется воздухом из системы воздуха среднего давления при помощи воздушных компрессоров. Нормально действующий колпак должен быть за полнен воздухом на 2/3 своего объема.

В. Необходимость и размеры (объем)		воздушных колпаков.
Размеры определяются в зависимости от требуемой величины
с т е п е н и	( к о э ф ф и ц и е н т а )	н е р а в н о
м е р н о с т и	д а в л е н и я © * ,	которой принято
считать:
	б -	0,014 - 0,05,	(2.45)
где Ртах. и Pnun	~ наибольшее и наименьшее давления		для
	данного колпака, определяемые по урав
	нениям (2.41) и ( 2 . 4 3 ) ;

*Pwwj-pmtoi

Рср=	g	среднее		давление	воздуха	в колпаке.
Обычно принимается			для	всасывающих колпаков 5 * 0 , 0 2 - 0 , 0 5 ,
для напорных 6 а*		0,01-	0,05.	При 6 <	0,025	движение жидкости

в трубопроводах почти установившееся. Чем длиннее трубопро вод, тем меньше значение 6*. Допуская, что воздух в кол паке сжимается и расширяется по изотерме, т. е.

p K V K = const,

получим для двух		крайних его состояний
		Ритах	Уктох ^
		Pumin	^кпнп
откуда после ряда		преобразований получим
	VKCP	g
где Д\Г	на основании обработки графиков подачи имеет
следующие	величины.
	Кратность действия		насоса

Простого	действия	0,55-F-S
Двойного	действия	0,21-F-S
Тройного	действия	0,009-F-S
Четвертого действия		C.042-F-5

Так как воздух занимает примерно 2/3 объема колпака, то полный его объем будет

V * = f - V , c p = f - ^ - '	(2.46)
На кораблях (судах) обычно применяются насосы	четырех

кратного действия как приводные, так и прямодействующие. В трубопроводах этих насосов, как уже отмечалось, движение жидкости достаточно равномерное; поэтому насосы небольшой подачи и неответственного назначения воздушных колпаков не имеют.

Кроме того нет необходимости снабжать корабельные насо сы всасывающими воздушными колпаками, так как всасывающие трубопроводы гидравлически короткие. Воздушными колпаками оборудуются насосы быстроходные и работающие на длинные трубопровода, давление жидкости в которых, по условиям работы потребителей, не должно меняться (котельные питатель ные насосы, пржарно-напорные, топливные, масляные,осушитель ные с длинными всасывающими трубопроводами). Вопрос о вы боре колпаков решается в каждом отдельном случае путем расчетов насоса и обслуживаемой системы.

§ 2 . 8 . Клапаны

Назначение и устройство

Назначение клапанов состоит в том, чтобы периодически соединять и разобщать всасывающий и напорный трубопроводы с рабочей полостью насоса. К клапанам предъявляются сле

дующие основные требования: полная герметичность в закрытом состоянии; посадка тарелки клапана на седло (гнездо) без стука; минимальные гидравлические, сопротивления; способ ность к быстрому открытию и закрытию. Эти требования в срответствии с основными параметрами насоса удовлетворяются

выбором типа клапана, принятыми соотношениями его разме ров, числом двойных ходов поршня и материалами, из которых изготовляются детали клапана.

Большинство современных поршневых насосов для перекачи вания однородных жидкостей (чистой воды, нефтепродуктов и т. д . ) снабжено самодействующими тарельчатыми клапанами - весовыми (рис. 2.21) или пружинными (рис. 2 . 2 2 ) , которые открываются и закрываются силами, действующими на тарелку клапана (рис. 2 . 2 3 ) . Клапаны являются наиболее уязвимой частью поршневых насосов. Их надежность чаще всего опре деляет надежность насоса, поэтому клапаны требуют к себе квалифицированного внимания.

Рис. 2 . 2 1 . Весовой	Рис.2.22.Конструкция		Рис.2.23.Схема
тарелчатый клапан	тарелчатых пружинных		самодействующе-
	клапанов: а)с	бронзо-	го пружинного
	вой тарелкой;	б)с ре-	тарелчатого
	зиновой тарелкой		клапана

Роторно-поршневые насосы и двигатели вместо клапанов снабжаются системой каналов: А и Б в цапфе 3 радиального насоса (см. рис. 2.9) или (7'и 8) в распределительной голов ке 3 осевого насоса (см. рис. 2 . 7 ) .

Уравнение сил, действующих на тарелку клапана

Наиболее характерные силы, действующие на тарелку пру жинного клапана следующие:' сила суммарного гидродинамиче ского давления, сила инерции тарелки и пружины клапана, сила тяжести тарелки и пружины, упругость пружины, силы

гидравлического трения, сила реакции от изменения количества

движения перед и над тарелкой.
Т. Сила суммарного	гидродинамического	давления Р	, ко
торая необходима для открытия (подъема),		например	тарелки
всасывающего клапана,	будет:
P - P i ^ - p * n r ~ ( P r P * ) f «		'	{ 2 Л 7 )
а для закрытия (опускания, посадки на гнездо):

где ( t » d 4 , так как d (Ж,-+(2т4) мм. Сила Р явля ется подъемной силой, она отрывает тарелку клапана от гнезда, затем поднимает и удерживает ее в поднятом состоянии до тех пор, пока существует разность давлений р 4 - р х . В мертвой точке, например в конце хода всасывания, давление в цилинд

ре мгновенно изменяет свою величину от р* до р£ >Р<					,
поэтому Р Х > Р			,	т. е. направление вектора силы гидродина
мического		давления меняется по величине и по направлению,
теперь	эта сила			клапан закрывает.
2. Сила инерции тарелки и пружины клапана для приводных
(кривошипных)			насосов:
	3	—	—	-jf- CO^T COS Ц)«.-•— СО^тCOS Ц>,	(2.49)
где	& -	сила		тяжести тарелки и пружины клапана в жидко
		сти;

р- площадь поршня;

-площадь отверстия в седле клапана (для .упрощения допускаем f, ~ F ) .

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 2510 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ