книги / Паровые насосы

Число двойных ходов поршня в минуту

и = 30//о.

Средняя скорость поршня

иср = Sn/30.

Пользуясь полученными уравнениями, можно построить гра­ фики пути, скорости и ускорения поршня (рис. 16).

Имея уравнения движения поршня, можно получить выра­ жение для определения максимальной геометрической высоты всасывания Я вс насоса.

одиночного парового насоса

Давление на гидравлический поршень со стороны всасыва­ ния имеет наименьшее значение в тот момент, когда поршень только начинает свой ход. Положив в уравнении (9) путь поршня х\ = 0 и скорость его и = 0, получим

Если высшая точка клапанной коробки расположена выше поверхности поршня, находящегося в крайнем нижнем положе­ нии, на величину zQ>то давление в этой точке будет равно

Сумма высот Z\ + zQпредставляет собой геометрическую вы­ соту всасывания насоса Я вс.

Для нормальной работы насоса необходимо, чтобы давление р' было больше давления рп насыщенных паров перекачиваемой

жидкости. Произведя в последнем уравнении замену р' на рп,

4?

получим формулу для определения максимальной геометриче­ ской высоты всасывания насоса

Нвсшах = ^ Y /у hB. (18)

Для обеспечения устойчивой работы насоса должно выпол­

сосов представляет собой более сложную задачу, чем у одиноч­ ных насосов, так как в этом случае должно учитываться взаим­ ное влияние друг на друга поршней соседних цилиндров. Для этих насосов ограничимся изложением расчета паровой подушки

ляется определение такого расположения паровых окон, при ко­ тором поршень будет останавливаться, не доходя на 2—3 мм до ближайшей кромки паровпускного окна.

Рассмотрим паровой цилиндр горизонтального сдвоенного насоса с поршнем, движущимся в показанном стрелкой направ­ лении (рис. 17). Поршень только что перекрыл паровыпускное окно и находится от днища цилиндра на расстоянии z. Путь, проходимый поршнем от момента перекрытия им паровыпуск­ ного окна до остановки, будет равен.

S' = z - h ,

где h — расстояние от днища цилиндра до поршня в момент его остановки.

До прихода поршня в положение, показанное на рис. 17, все силы находились в равновесии и поршень двигался равномерно.

чиваемой жидкостью. Давление на поверхности жидкости в кол­ паке равно давлению, под которым находится в нем воздух.

В зависимости от потрёбности воздушные колпаки устанав­ ливают как на стороне всасывания, так и на стороне нагнетания насоса. Воздушный колпак, установленный на стороне нагнета­ ния, называется напорным, а на стороне всасывания — всасы­ вающим. Чаще всего устанавливают напорные воздушные кол­

паки, так как всасываю­ щие линии обычно бы­ вают короткими.

воздуха в колпаке соответствует минимальный объем жидкости и наоборот.

При возрастающей подаче насоса колпак аккумулирует объем жидкости ДУ = Vmax Vmin* а при убывающей подаче отдает этот объем в напорный трубопровод.

За работой воздушного колпака можно проследить по гра­ фику подачи (см. рис. 18). Как видно, на участках ОА' и В'С подача насоса меньше средней, а на участке CD подача равна нулю. Уровень жидкости в воздушном колпаке за это время по­ нижается и в момент времени, соответствующий точке А', он будет наименьшим. На участке А'А ВВ' подача насоса больше средней, и уровень в воздушном колпаке в этот период повы­ шается. В момент времени, соответствующий точке В', уровень жидкости в колпаке будет наибольшим.

Найдем потребный объем воздушного колпака. Из рис. 18 следует, что

Пл. A 'A B B 'A '=V max- V mla

К max V min — fen F S f

где kn = пл. A'ABB'A'/FS.

Средний объем воздуха в колпаке, очевидно, будет равен

Vc? = (Vmax+ V mln)/2.

Если обозначить через pmin минимальное, а через ртах — максимальное давление воздуха в колпаке, то для среднего дав* ления воздуха в колпаке будем иметь

Рср === (Р та х Ч” Рт1п)/2.

Процесс в воздушном колпаке можно считать изотермиче­ ским, т. е.

в колпаке.

Чем меньше Лд, тем равномернее подача насоса. При длин­ ных напорных трубопроводах kA берется ближе к 0,01. Для вса­ сывающих воздушных колпаков при короткой всасывающей трубе и небольшой высоте всасывания kA может быть принята больше, т. е. до 0,05.

Следует отметить, что качество работы одиночных насосов двустороннего действия как приводных, так и прямодействую­ щих в отношении равномерности подачи перекачиваемой жидко­ сти приблизительно одинаково. Поэтому для определения Кср в колпаке одиночного прямодействующего насоса можно пользо­ ваться формулой [14]

Kçp = 0,21 FS/feA.

Так как воздух занимает примерно 2/з объема воздушного колпака, то полный объем колпака будет

Кк.п=4^ср==1.51/Ср. (23)

Сдвоенные прямодействующие насосы с отрегулированным надлежащим образом парораспределением обеспечивают вполне равномерную подачу. Многие авторы изображают подачу

Рис. 20. График подачи сдвоенного парового насоса при номи­ нальной скорости поршня

сдвоенных прямодействующих насосов в виде графика, пред­ ставленного на рис. 20. Здесь 1 — график подачи поршня пер­ вого цилиндра и 2 — график подачи поршня второго цилиндра. Линия 3 изображает суммарный график подачи, получаемый сложением ординат графиков 1 и 2. Для осуществления такого графика необходимо, чтобы продолжительность паузы равня­ лась времени равномерного движения поршня, т. е. tn = h.

Рис. 21. График подачи сдвоенного парового насоса при скорости поршня, составляющей '/з от номинальной

Из графика видно, что у сдвоенного насоса теоретически

Qmax = Qcp-

Некоторые специалисты считают, что сдвоенные прямодей­ ствующие насосы обеспечивают почти равномерную подачу даже на малых режимах, когда ход поршня одного цилиндра перекрывает ход поршня другого цилиндра. На рис. 21 пред­ ставлен график подачи сдвоенного насоса 152 X 102 X 152 мм при работе с уменьшенной скоростью, составляющей !/з от номинальной [20].

В то время, как действительные графики подачи близки к по­ казанным на рис. 20 и 21, давление может колебаться при каж­ дой перемене направления движения поршней вследствие быст­ рого ускорения и замедления движущихся частей. Поэтому сдвоенные насосы иногда снабжают воздушными колпаками.

•Потребный объем воздуха в колпаке для сдвоенного паро­ вого насоса может быть с достаточной точностью определен по формуле для трехцилиндровых кривошипных насосов [14]

Vcp = 0y0lFS/kA.

Значения kA принимаются в тех же пределах, что и для оди­ ночных паровых насосов.

Полный объем воздушного колпака VK. п рассчитывается по формуле (23).

И. Г. Есьман, Г. Берг и некоторые другие специалисты счи­ тают, что благодаря саморегулированию подачи и давления снабжать сдвоенные паровые насосы воздушными колпаками нецелесообразно. Г. Берг пишет [3]: «Так как водяные массы в трубопроводах непосредственно влияют на равномерность по­ дачи насоса, то является совершенно излишним и даже непра­ вильным нарушение непосредственной связи между поршнем и водяной массой в трубопроводе включением какого-либо эла­ стичного промежуточного звена в виде воздушного колпака». Однако многие действующие насосные установки, особенно с крупными сдвоенными паровыми насосами и длинными трубо­ проводами, имеют воздушные колпаки. Их устанавливают по­ тому, что при больших массах жидкости, перемещаемой по тру­ бопроводам, силы инерции могут достичь значительной вели­ чины.

Для того чтобы воздушные колпаки наиболее полно выпол­ няли свои функции, их располагают возможно ближе к насосу либо на самом насосе. Воздушным колпакам можно придавать различную форму. Наибольшее распространение получили кол­ паки цилиндрической формы.

Для правильного действия воздушного колпака подвод жид­ кости к колпаку и отвод от колпака следует располагать так, чтобы вся жидкость проходила через колпак, изменяла в нем направление своего движения и теряла скорость, например, как показано на рис. 19.

Для контроля за давлением на напорном колпаке устанавли­ вается манометр, а на всасывающем колпаке — вакуумметр. Для наблюдения за уровнем жидкости и, следовательно, за ко­ личеством воздуха в колпаках, на них устанавливаются мерные стекла. Однако установка мерных стекол на колпаках насосов, перекачивающих нефть и нефтепродукты, небезопасна. В колпа­ ках таких насосов находится не чистый воздух, а смесь воздуха и нефтяных паров, являющаяся при определенном содержании паров взрывчатой, Были случаи, когда на мерных стеклах

напорных колпаков насосов, установленных на нефтепроводах, наблюдались вспышки. Поэтому в новых конструкциях нефте­ проводных насосов вместо мерных стекол применяются пробные краны [5].

Кроме того, иногда при перекачке нефтепродуктов нежела­ телен или даже недопустим контакт перекачиваемой жидкости

своздухом (например, при перекачке горячих нефтепродуктов).

Втаких случаях приходится отказываться от установки воздуш­ ных колпаков, либо применять воздушные колпаки с раз­ делителем, при котором воздух не контактируется с жид­ костью.

Во время работы поршневого насоса уровень жидкости во всасывающем колпаке постепенно понижается. Происходит это потому, что давление в этом колпаке ниже, чем в приемном ре­ зервуаре, и в нем скапливается воздух, выделяющийся из жид­ кости. В напорном колпаке уровень жидкости, наоборот, посте­ пенно повышается вследствие того, что в нем воздух, находясь под повышенным давлением, растворяется в перекачиваемой жидкости и уносится ею. В связи с этим возникает необходи­ мость периодически пополнять убыль воздуха в колпаке. Для

этой цели крупные насосные установки снабжаются небольшими компрессорами. На малых насосах устанавливается воздушный кран под всасывающим клапаном насоса. Этот кран снабжают обратным клапаном («соской»). При открытии крана воздух за­ сасывается в цилиндр насоса и затем вытесняется в колпак. Часто кран с обратным клапаном называют подсоском.

Г л а в а IV. ИНДИКАТОРНАЯ МОЩНОСТЬ, К . П . Д . И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАРОВЫХ НАСОСОВ

14. ИНД ИКАТОРНЫ Е Д ИАГРАМ М Ы И ИНД ИКАТОРНАЯ МОЩ НОСТЬ ГИ Д РАВ Л И Ч ЕС К ИХ ЦИЛИНДРОВ

Индикаторная диаграмма фиксирует изменение давления в ра­ бочей камере насоса за два хода поршня. Она вычерчивается индикатором давления.

Индикатор давления (рис. 22) состоит из небольшого ци­ линдра 2, внутри которого помещается поршенек /, нагружен­ ный тарированной пружиной 6. Пространство под поршеньком сообщается при помощи трехходового крана (не показан) с ра­ бочей камерой насоса. Пространство над поршеньком соеди­ няется отверстием 4 с атмосферой. Шток 3 поршенька связан с рычажным механизмом 5, к которому прикреплен карандаш <5, вычерчивающий индикаторную диаграмму на листе бумаги, обернутом вокруг барабана 7, имеющего для бумаги зажимы 9. Барабан приводится во вращение посредством шнурка 10, ко. нец которого присоединен к штоку насоса,