Рисунок 14.6
Степенью неравномерности подачи m называется отношение максимальной подачи к средней за время одного оборота вала. Для насоса простого действия
m = Qнmax = π.
Qт
14.3 Высота всасывания поршневого насоса
Пусть насос перекачивает жидкость из открытого бака (рисунок 14.7).
рн сn
Hвс
рат
Рисунок 14.7
Тогда уравнение процесса всасывания поршневого насоса их открытого бака с атмосферным давлением рат на поверхности жидкости имеет вид
pат − pн = Hвс + cп2 + ∆Hпот + ∆Hкл + ∆Hин
ρg 2g
где Нвс – высота всасывания, сп – скорость движения поршня, ∆Нпот – потери напора во всасывающем трубопроводе, ∆Нкл – потери напора на всасываю-
77
щем клапане, ∆Нин – инерционные потери напора из-за неравномерности подачи.
Максимальное разрежение в цилиндре насоса создается в начальный момент его движения. Тогда сп = 0 и ∆Нпот = 0. В этот момент инерционные потери напора имеют максимальное значение
max |
|
l |
F |
|
r |
|
|
∆Hин |
= |
вс |
|
ω2r 1+ |
|
|
, |
fвс |
|
||||||
|
|
g |
|
L |
|
||
где lвс и fвс – соответственно длина и площадь сечения всасывающего трубопровода, L – длина шатуна.
Максимальная высота всасывания поршневого насоса определяется начальным моментом движения поршня насоса
пред |
|
p |
ат |
− p |
t |
|
l |
F |
|
r |
|
|
Hвс |
= |
|
|
− |
вс |
|
ω2r 1+ |
|
|
− ∆Hкл |
||
|
rg |
|
fвс |
|
||||||||
|
|
|
|
|
g |
|
L |
|
||||
Для увеличения равномерности подачи на всасывающей трубе устанавливаются воздушные колпаки. Воздушные колпаки уменьшают инерционные потери напора, и в результате увеличивается максимальная высота всасывания. При определении высоты всасывания вместо всей длины lвс всасывающей трубы подставляется длина l2 – на участке между воздушным колпаком и насосом. Поскольку движение жидкости практически равномерно, то необходимо учитывать потери напора на участке l1 всасывающего трубопровода от его начала до колпака.
Тогда максимальная высота всасывания поршневого насоса с воздушным колпаком определяется выражением
|
пред |
|
p |
ат |
− p |
|
l |
|
∑ |
|
с 2 |
|
l F |
2 |
|
|
r |
|
|
|
|||
H |
|
= |
|
t |
− l |
|
1 |
+ |
ζ |
вс |
− |
2 |
|
ω r 1 |
+ |
|
|
− ∆H |
|
. |
|||
|
|
rg |
d |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
вс |
|
|
|
вс |
|
|
2g |
|
g f |
|
|
|
L |
|
кл |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При заданной высоте всасывания данная формула позволяет определить максимальную угловую скорость и, соответственно, предельное число оборотов nпред двигателя.
14.4 Мощность и КПД поршневого насоса
Мощность и КПД поршневого насоса можно определить, воспользовавшись индикаторной диаграммой (рисунок 14.8).
78
р
р2
рi
ратм
р1
s
Рисунок 14.8
р1 − разрежение в цилиндре при всасывании, р2 − избыточное давление при нагнетании.
Индикаторное давление
pi = p1+p2
Работа поршня за ход всасывания
Aвс = F p1 s .
Работа поршня за ход нагнетания
Aнагн = F p2 s .
Полная работа за два хода поршня, либо за 1 оборот вала
A = Aвс + Aнагн = F(p1+p2)s = Fpi s
Внутренняя или индикаторная мощность поршня
Ni = Fp60isn
Действительная мощность, подводимая к валу насоса больше внутренней, поскольку часть ее расходуется на преодоление механического трения. Механический КПД:
ηм = NiN
Отсюда
79
N = Ni ,
ηм
и тогда
N = pisnF .
60ηM
Если есть индикаторная диаграмма, то можно подобрать для насоса двигатель необходимой мощности.
Часть внутренней мощности затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений, а также на восполнение утечек через неплотности и клапаны. Поэтому внутренняя мощность больше полезной мощности.
Внутренний или индикаторный КПД насоса
ηi = N n
Ni
Отсюда
Ni = Nn
ηi
Ранее было получено, что ηi = η0 ηг. Тогда
N = Ni = Nп .
ηм ηмηi
Поскольку полный КПД η = η0 ηг ηI, то
N = |
Ni |
= |
|
Nn |
|
= |
Nn |
= |
pQ |
= |
ρQgH |
= |
MgH |
. |
|
η |
M |
η |
η η |
|
η |
η |
η |
η |
|||||||
|
|
|
|
M 0 |
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
η0 = 0,7 ÷ 0,97, ηг = 0,8 ÷ 0,94,
η= 0,65 ÷ 0,85.
14.5.Характеристика поршневого насоса
Основной характеристикой насоса является зависимость напора (давления) от подачи (производительности), которая называется напорной характеристикой.
В п. 14.2 было показано, что
ческими размерами подача не зависит от давления. Поэтому при постоянной частоте вращения она постоянна для всех значений давления. Теоретическая
80