5.1.4 Мощность и кпд

Воспользуемся индикаторной диаграммой, показанной на рис. 5.1, для вычисления внутренней (индикаторной) мощности поршневого насоса.

Атмосферная линия, разделяя индикаторную диаграмму на две части, позволяет определить значения избыточных давлений и, преодолеваемых поршнем насоса на ходах подачи и всасывания.

Работа поршня за ход всасывания равна , а за ход подачи.

Полная работа поршня за два хода равна .

Давление, взятое по индикаторной диаграмме как сумма , называется индикаторным давлением.

Следовательно, работа поршня насоса простого действия за один оборот вала будет равна .

Внутренняя или индикаторная мощность одного цилиндра

. (5.12)

Для насосов двустороннего действия и многопоршневых внутренняя мощность вычисляется как сумма внутренних мощностей отдельных цилиндров.

Действительная мощность, подводимая от двигателя к валу насоса, больше внутренней, т.к. часть её идет на преодоление механического трения.

Механический КПД поршневого насоса

. (5.13)

Используя выражение (5.12), получаем

. (5.14)

Если имеется индикаторная диаграмма насоса, то по формуле (5.14) можно определить мощность на валу насоса при определённом значении механического КПД.

Механический КПД поршневых насосов находится в пределах .

Внутренняя мощность насоса больше полезной мощности потому что часть мощности затрачивается в цилиндре насоса на преодоление гидравлических сопротивлений, а также на восполнение потерь, вызываемых утечками через неплотности и клапаны.

Внутренним или индикаторным КПД поршневого насоса называют соотношение

, (5.15)

где - полезная мощность.

Внутренним КПД является произведение гидравлического и объёмного КПД.

Из формул (5.13) и (5.15) следует

, (5.16)

или

. (5.17)

Значения гидравлического КПД для поршневых насосов находится в пределах .

Общий (полный ) КПД

.

Коэффициенты полезного действия поршневых насосов определяются опытным путём.

5.1.5 Характеристики. Регулирование подачи

Регулирование подачи. Общее выражение для подачи поршневого насоса имеет вид

, (5.18)

где k – постоянный коэффициент.

Подача поршневого насоса зависит от четырёх факторов: . Изменение подачи теоретически можно достигнуть изменениемD с целью регулирования подачи насоса с заданными геометрическими размерами невозможно. Можно регулировать подачу насоса изменением объёмного КПД. Для этого нужно выполнить всасывающий и напорный клапан управляемым и задерживать посадку его в седло во время соответствующего хода поддачи или всасывания. Этот способ регулирования применяется редко, т.к. он связан с понижением общего КПД насоса и энергетически неэффективен.

Регулирование изменением длины хода поршня применяют в малых поршневых насосах с кривошипно – шатунным приводом; в таких насосах палец кривошипа можно переставлять в прорези щеки кривошипа. При остановке насоса можно переставлять палец на определённое расстояние R от центра и иметь S=2R, необходимое для получения требуемой подачи.

В прямодействующих паровых насосах поршни приводятся в действие непосредственно от штоков паровых поршней; в этом случае получают изменение хода перестановкой парораспределительных органов.

Основным способом регулирования подачи поршневого насоса с электрическим приводом является изменение частоты вращения приводного двигателя или перемена отношения передаточных устройств, включенных между двигателем и насосом. Этот способ регулирования оправдывается энергетически.

Дросселирование как способ регулирования поршневых насосов недопустимо, т.к. почти не изменяется подача, но существенно увеличивается потребляемая мощность.

Характеристики. Основной характеристикой поршневого насоса является зависимость между его подачей и напором (давлением). Форма этой зависимости легко выясняется из уравнения (5.18). Для насоса с заданными геометрическими размерами подача теоретически не зависит от давления. Это значит, что при заданной частоте вращения подача постоянна и одинакова при всех напорах. Поэтому в системе координат Q – H характеристика изобразится (при) прямой линией, параллельной оси ординат (рис. 5.8).

Рисунок 5.8 Теоретические и действительные характеристики напора при п=var

Если насос получит новую частоту вращения, то его подача увеличится пропорционально частоте вращения и характеристика займёт новое положение, соответствующее. Аналогично получаётся характеристики для других частот вращения.

Теоретические характеристики поршневого насоса при перерменной частоте вращения представляются семейством прямых линий, параллельных оси ординат. Действительные же характеристики отклоняются от теоретических, как это показано штриховыми линиями на рис. 5.8.

Указанное отклонение объясняется тем, что при повышении напора объёмный КПД насоса уменьшается вследствие увеличения утечек.

Характеристики показывают, что при заданной частоте вращения поршневой насос может создавать различные напоры. При этом он будет потреблять различные мощности.

Т.к. давление. Создаваемое насосом любого типа, определяется условиями совместной работы насоса и трубопровода, то вопрос о мощности на валу поршневых насосов может быть рассмотрен только применительно к условиям заданной сети.