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 9 1011 / 2511 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Сила 3	в начале	открытия клапана	(ф = (f)	является силой
сопротивления, так		как она направлена против Р . Во			второй
половине	хода поршня при cf=904-180°		эта сила	меняет	знак
на обратный и поэтому действует в том же направлении, что
и Р .
3 . Сила тяжести тарелки и пру*			чк клапана	в жидкости & j

эта сила для всасывающего клапана всегда направлена противо

положно		силе	Р .
	4 .	Упругость пружины			R	имеет	тоже направление, что
и сила		& .
	5. Силы, которыми можно пренебречь ввиду их малости:
	а) сила трения направляющих устройств клапана;
	б) сила реакции как результат изменения количества
движения жидкости перед тарелкой и							над		тарелкой;
	в) разность сил инерции жидкости перед тарелкой и за
тарелкой.
	Уравнение		сил, действующих на тарелку при ее								подъеме:
			P - & - R ± U = 0								(2.50)
и при посадке			на седло	(гнездо):
			PX + & + R T D - W = 0					,			(2.51)
	W							7
где	W	- сила сопротивления слоев жидкости под									тарелкой
		клапана.
	3 . Высота подъема тарелки клапана								и ее	удар
				о	седло
	Высота подъема тарелки				клапана х к п			(рис.		2.23) должна
обеспечить минимально возможные гидравлические потери в
клапане, для чего х к л				надо увеличивать,					и вместе с тем
не допускать появления ударов тарелки о седло клапана,
что	требует уменьшения х к „ .					Эти противоречивые					требования

разрешаются только опытным путем, и поэтому в конструкциях клапанов предусматриваются ограничения величины подъема тарелки клапана. Следует заметить, что тарелка клапана поднимается весьма быстро (рывком). Причем, как показывают

100

опыты, скорость подъема и посадки не подчиняются каким-ли

бо строгим		закономерностям*.
	Практикой установлена зависимость между высотой подъема
клапана и		диаметром отверстия			седла		(гнезда)	клапана:
	Определим теоретическую величину х к „ . Для этой								цели
напишем уравнение			сплошности для проточных каналов						клапана:
			f , C 4 = K K f t 0 C d C H			,			(2.52)
и видоизменим уравнение				(2.47)	таким образом:
		P = ( P < - P x ) f < = f ^ h K			f l = f 4 ^ K r t - ^ ^				(2.53)
где	-	Хкл~ коэффициент			гидравлического сопротив
			ления открытого				клапана,	вычисленный
			по	скорости		в	щели клапана		Си»,',
	hK „=0,5f5 м		- потеря напора в клапане,					зависящая
			от его устройства; с увеличением напо
			ра насоса ее			увеличивают.
	Из уравнений		( 2 . 5 0 ) ,	(2.52)	и	(2.53) получим:

где ju.=-p=r - коэффициент расхода клапанач. £
Величины ju,7		к , С , J	сами зависят от величины
подъема клапана,		поэтому	точное аналитическое определение
высоты х к	я почти невозможно. Однако уравнение				^2.54)
позволяет	исследовать взаимосвязь величин			определяющих
действие	клапана .
1 I . А.Э.Роттэ. Испытания насосных установок.					М..1967.
стр. 94.
2 . Х.Г.Давлетшин. Исследование движения клапана глубинно
го насоса с применением скоростной киносъемки					Сб.трудов
Уфимского нефт. инст., вып. П, 1958.
8 Строго говорятнадо			было бы учитывать	и коэффициент

сжатия потока £ , которым обычно пранебоегают ввиду трудно сти его определения.

В момент отрыва тарелки клапана от своего гнезда раз


ность	давлений р < - р х			должна быть тем большей, чем больше
сила	тяжести клапана		&	первоначальное сжапге				пружины R
к число двойных ходов			поршня в минуту п .				ото	достаточно
наглядно		иллюстрируется		линиями BP		и СМ	на индикаторной
диаграмме		(см. рис. 2	. 1 9 ) :		в начал	.ъй период		всасывания
давление		под поршнем должно			быть меньше, чем в			течение

остального времени всасывающего хода поршня; а в начальный период нагнетания - больше, чем в течение остального време ни хода нагнетания. Высота подъема клапана будет тем боль ше, чем больше его площадь, число двойных ходов поршня и скорость жидкости в седле клапана и чем меньше его вес, упругость пружины и коэффициент расхода. Для увеличения раз ности давления необходим некоторый промежуток времени, поэтому всасывающий клапан откроется с запозданием, т. е . после того, как поршень уже пройдет некоторую часть своего всасывающего хода.

Взаимопротивоположные влияния силы инерции клапана и упругости пружины приводят, при изменяющейся величине гид равлического сопротивления и скорости обтекания клапана,

ктому, что клапан достигает максимальной величины подъема

впромежутке между углами от Ц> = 90° до Ц» = 180°, что подтверждают опыты*

Опытами установлено, что совместное увеличение высоты подъема клапана г числа двойных ходов поршни или увеличение каждого же них порознь сверх некоторого предела,вызывает стук клапана в результате удара его тарелки о седло (гнез до) и преждевременное их срабатывание.Из уравнения (2.54) следует,что для уменьшения высоты подъема клапана при уве личении числа двойных ходов поршня необходимо уменьшать

вес	клапана	увеличивая упругость пружины R, что ш нахо
дит	применение	на	практике.
1	Х.Г.Давлетшин.		Исследование движения клапана глубинного

насоса с применением скоростной киносъемки. Сб.трудов Уфимского нефт. инст., вып. П, 1958.

102

При закрытии клапана справедливо уравнение (2.51).кото рое отличается от уравнения (2.50) появлением силы сопротив ления слоев жидкости под тарелкой клапана W . Для посадки тарелки в гнездо необходимо из клапанной щели удалить (выдавить) жидкость, для чего необходим некоторый промежуток времени. Поэтому тарелка садится не мгновенно, а с некоторым

опозданием, т. е. при угле Lp>180°.
Под влиянием суммы первых четырех величин уравнения
(2.51) может значительно	ускориться посадка клапана, и при
относительно большом хК ц	может появиться удар тарелки кла
пана о седло, что субъективно воспринимается в виде стука.
Посадка клапанов прямодействукщих насосов находится
в более благоприятных условиях, так как поршни этих насосов
в своих крайних положениях останавливаются на некоторое
время, что на рис. 2.12,в	показано линиями a-t>. Время

остановки поршней обычно бывает достаточным для своевремен

ного открытия и закрытия клапанов. Таким образом,									устраняет
ся запаздывание открытия и закрытия клапанов.
	Ввиду трудности аналитического определения допустимой
высоты подъема клапана и предельного числа двойных									ходов,
в целях исключения стука клапанов, рядом исследователей
(Л.Клейном, Г.Бэргом, И.И.Куколевским и др.)								были проведены
многочисленные опыты, которыми установлена граница стука
клапанов при помощи уравнения
			n - x K n m a x « 5004-ТОО,						(2.55)
где	х к л	п,^- наибольшая допусшая				высота подъема			клапана,
			мм;
		П -	данное число двойных ходов поршня в минуту.
	TF.OIM образом, ч и с л о				д в о й н ы х			х о д о в
п о р ш н я			о г р а н и ч и в а е т с я				н е		т о л ь
к о	я в л е н и я м и			к а в и т а ц и и , н о					i н е
д о п у с т и м о с т ь ю					с т у к а		(ударов)		к л а п а
н о в ,		так как это явление			может	привести		к преждевремен
ному разрушению тарелок				и износу		гнезд	клапанов.

103

§ 2 . 9 . Вакуумметрическая высота всасывания,число оборотов (двойных ходов) поршня и кавитационная

характеристика насоса

I . Сухое всасывание (самовсасывание). При длительном бездействии насоса его всасывающий трубопровод заполнен воздухом, т. е. он сухой. Удаление (откачка) этого воздуха называется сухим всасыванием, или самовсасыванием. В период откачки воздуха из всасывающего трубопровода и заполнения его перекачиваемой жидкостью насос работает как компрессор. Следовательно, к этому пусковому (начальному) периоду наи более удобно применить изотермический процесс, что позво лит в простом виде рассмотреть условие заполнения всасываю щего трубопровода жидкостью и условие пуска насоса в дей ствие. Обозначим:

" V ^ « F S

V B p

V T p

-объем, описываемый поршнем (теоретический" объем цилиндра);

-объем вредного пространства, который равен объему рабочей камеры, когда поршень нахо дится в крайнем левом положении (рис.2.1),

чему	соответствует	Vr = 0;
- объем	всасывающего	трубопровода;

\ = — 1 = - относительный объем вредного пространства.

V t

Предположим, что в начале пуска насоса поршень нахо дится в крайнем левом положении, чему будет соответствовать давление в рабочей камере, равное атмосферному давлению ра« Когда поршень придет в крайнее правое положение, давление под поршнем р х определится из уравнения изотермического процесса:

Pa (VTP+V4 ,)=PX(VT P+VB P+VT) ,

откуда

Г, = D

Утр^Уьр

(2.56)

104

Через некоторое время работы насоса

				,	У ТР
				т	z	V n	'
где	2, - кратность			действия		насоса;
		И - число оборотов (двойных ходов)							насоса,
из		всасывающего трубопровода воздух						в количестве			V T p
будет		удален (откачан) и давление					р х	.	станет достаточным
для подъема жидкости на заданную высоту								z b		(рис.2.18).
Уравнение (2.56)			теперь		примет	вид:
		р	* =	р » ^ = р		» " £ г '				( 2 ' 5 7 )
откуда		следует,	что	с увеличением			Д.	увеличивается			р* ,
а значит, будет уменьшаться высота подъема									2 ь ,	что	сле
дует	из основного уравнения гидростатики:
					Р а = * 2 в + рх ,
где	#	- удельный		вес	жидкости.

Вредное пространство ухудшает высоту подъема жидкости тем больше, чем больше жидкость насыщена воздухом и чем хуже уплотнение (герметичность) всасывающего тракта насоса.

Поршневой насос не будет способен к сухому всасывай;™, если в напорном трубопроводе имеется большое давление на гнетания р н . Применив для хода нагнетания тот же изотер мический процесс, получлм

откуда, давление под поршнем в конце хода нагнетания:

Рнк^Рн V b P

(2.58)

Если окажется, что давление воздуха в напорном трубо проводе Рн>Рнх > т 0 поршень насоса не сможет вытолкнуть (откачать) воздух из всасывающего трубопровода. В таком случае необходимо уменьшить объем воздуха в рабочей камере путем ее заполнения перекачиваемой жидкостью, или же надо заполнить жидкостью весь всасывающий трубопровод. Из рас смотренного следует, что для ускорения пуска насоса и его

105

надежности всасывающий трубопровод должен быть заполнен жидкостью.

2 . Допустимая вакуумметрическая высота всасывания. При проектировании и эксплуатации поршневых насосов наи больший интерес представляет допустимая высота всасывания


(1.33)	и соответствующее ей допустимое число двойных ходов
поршня.	В уравнениях			(2.35)		и (2.43)	можно так изменить
члены,	заключенные в скобки, что давление под поршнем										р х
окажется равным или станет даже меньше упругости паров р„
жидкости при данной температуре*, что вызовет явление
кавитации. Зто явление					возможно в начальный момент всасы
вающего хода		поршня		(	ср = 9 0 ° ) , когда			из	располагаемой
энергии	-ч\|р-	или	- у ^		будет затрачиваться некоторая						ее
часть на создание ускорения жидкости во всей всасывающей
линии (трубопровод-насос)						и на преодоление			наибольшей
величины сопротивления					всасывающего клапана.
В деаэрированной воде кавитация начнется при давлении
всасывания р х		= р п	. В воде,			насыщенной воздухом,				кавитацион-
ные каверны будут			возникать			при давлении		р * > р п .		Паровые
или парогазовые пузырьки могут возникать								в щелях		клапанов
( х к п )	при больших скоростях жидкости						С<		ИЛИ Сил, в
клапанных коробках или в цилиндрах насоса.									В поршневых

насосах явление кавитации сопровождается гидравлическими ударами потока жидкости о торец поршня, что может вызвать недопустимые механические напряжения и преждевременный износ деталей насоса, В начальной, первой стадии кавитации, когда уменьшение подачи еще незаметно, на первой половине

хода всасывания возможен отрыв жидкости от поршня,а на вто

рой, замедлящейся		половине хода поршня,жидкость его дого
няет,что сопровождается			гидравлическим ударом.Во второй,
1	Давление р х	меньше	р п	может получиться только при
расчете или в течение короткого промежутка времени при пере
охлаждении жидкости. При обычных физических условиях пре
делом уменьшения		р х является давление р п .

106

развитой стадии кавитации, когда образуется большое количе ство кавитационных каверн, поток, оторвавшийся от поршня в первой половине его всасывающего хода, не догоняет поршень во второй половине этого хода - поток жидкости встречается с поршнем при обратном, нагнетательном его ходе, что сопро вождается сильным гидравлическим ударом, ударной посадкой тарелки всасывающего клапана на седло и уменьшением подачи. Для того чтобы избежать явления кавитации и всех ее послед

ствий, необходимо	давление во всасывающей полости в период
всасывания всегда	поддерживать несколько превосходящим по
величине давление	паров жидкости р п .

Этому условию надежности процесса всасывания отвечает

уравнение	( 1 . 3 3 ) , где		йг1д 0 п =к-АИк р , причем к «			1,1тТ,3,
а ДЬк р является суммой			следующих величин:
."	оог v
^ в * *	оог v	COS ф	- инерционного напора самого насоса
9				(рис. 2 . 1 8 ) ;
		\|l к п	-	гидравлических потерь,		вызванных
				сопротивлением	всасывающего клапа
				на в момент его	отрыва от седла;
			h p -	гидравлических	потерь	в проточных
				каналах на пути движения жидкости
				от места присоединения		вакуумметра
				до вступления ее в цилиндр насоса,
				за исключением потерь в клапане.
Так как из		последних двух видов потерь			энергии наиболь

шими являются гидравлические потери в клапане, то и остальные потрри можно отнести к потерям в клапане:

h K n = h K f t + l l r •

Таким образом,

Для поршневых водяных насосов Н^ок около 6-7 м вод.ст., для нефтяных и масляных - около 4-5 м вод. ст. Неплотности всасывающего трубопровода могут значительно насыщать возду107

хом жидкость, что увеличит коэффициент					к в результате
чего	может быть,	что Н в а к = ^ -		Решив уравнение		(2.59)
относительно п		после	замены	в немоо=зд(при		%~U ,	когда
ц> = 0	) , получим максимально			допустимое	число	оборотов	по
условиям кавитации:
	„^ъо \|/		g			.(2.60)
	п < :	ЗГУ	K l ' . r
Из уравнения		следует, что		число двойных ходов не может

быть беспредельно большим. В зависимости от рода жидкости, ее состояния и величин, входящих в подкоренное выражение уравнения ( 2 . 6 0 ) , рабочие числа оборотов соответственно прямодействупцих и кривошипно-поршневых насосов находятся в пределах л = 25*250 об/мин.

Для роторных насосов также можно получить уравнения ви да (2.59) и ( 2 . 6 0 ) . При этом вместо hK „ надо подставить сопротивления в канале распределительной головки 3 (рис.2.7)

или цапфы 3 (рис.

2 . 9 ) , а в выражении

для

инерционного

напора вместо

(для

аксиального насоса) -

величину

^ 9 J W i K i a

Для радиального

- величину

эксцентриситета

е .

Числа оборотов роторных насосов находятся в пределах

П = 900f5000

об/мин и даже больше при малых

подачах.

3 . Кавитационные характеристики. На рис. 2.24 приведена

—

кавитационная

характери-

1 Г"

К2

стика поршневого

насоса

С~ d

при работе

на воде

п г = const

U KPUT

с температурой t

=20f40°C

« 1

-1 b к,

л<=const

при

n ^ c o n s i

зависи

мости

от величины

вакуу

»ак

ма,

которая может

изменять

ся путем регулирования

ра

зобщительного

клапана

на

*t Rod. cm.

Рис. 2 . 24 . Кавитационная

всасывающем

трубопроводе

или путем изменения ва

характеристика

поршневого

насоса	куум-насосом давления на

уровень жидкости в герметическом резервуаре, откуда проис108

ходит ее перекачивание. Аналогичным образом построена ка-


витационная характеристика а-Ь		при пг>г\4 . Точки к,	и
кг	характеризуют начало кавитационного режима, т. е.		на
чало	срыва работы. На основании некоторых опытных данных
можно судить, что при вязкости		темных нефтепродуктов

40°-80°Е и с небольшим содержанием воздуха высоты всасыва

ния большинства насосов,		перекачивающих		эти жидкости, при
тех же числах оборотов будут такими же,				как для воды, и
только в редких случаях уступают им по величине на 0 , 5 -
1,5 м вод.	ст.
Вязкость нефтепродуктов может существенно влиять на
высоту всасывания. На рис. 2 Л 25 дана приблизительная						зави
симость между вязкостью		сма
зочных масел и высотами		всасы	8
вания поршневых насосов.			8			В
вания поршневых насосов.
Примерно такая же зависимость
Примерно такая же зависимость			А
наблюдается и для других		тем	А
ных нефтепродуктов. Уменьшение					>\|
допустимой	высоты всасывания				>\|
допустимой	высоты всасывания		С
при малой	вязкости вследствие		С
увеличения	температуры объяс		20 40		60 80	«Ю°Е
няется выделением из нефте			20 40		60 80	«Ю°Е
няется выделением из нефте			Рис. 2. 25. Зависимость
продуктов	легких фракций,		Рис. 2. 25. Зависимость
			между высотой		всасывания и

т. е. началом "парообразования .вязкостью темных нефтепро-

При большом числе оборотов и	^ Й н Ж о ^ б ^ )
большой вязкости ухудшается	поршня насоса
заполнение рабочих полостей
насоса, что также ведет к уменьшению высоты всасывания
(график CD )• График АВ построен на основании опытных дан
ных для тех же насосов, что	и график CD,но при п.,«0,5П2«

4 . Характеристика всасывания. Корабельные условия эксплуатации могут заставить работать поршневой насос при нерасчетных (переменных) числах оборотов (изменение напряже ния электрического тока, изменение параметров пара, замена штатного двигателя, в затруднительных условиях ремонта,

109

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 / 2511 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ