§ 3 Высота всасывания поршневого насоса.

Рис. 2.6 Поршневой насос со всасывающим и нагнетательным трубопроводами.

1 – нагнетательный клапан,

2 – цилиндр,

3 – поршень,

4 – шатун,

5 – кривошип,

6 – приводной вал,

7 – расходный бак,

8 – всасывающий клапан,

9 – всасывающий трубопровод,

10 – нагнетательный трубопровод,

11 – напорный бак,

12 – обратный клапан.

Жидкость от уровня в резервуаре 7 до цилиндра поднимается под действием разности давлений Pо – Pвх,

где Pо – атмосферное давление,

Pвх – давление в рабочей полости цилиндра при всасывании.

Под действием этой разности давлений открывается всасывающий клапан 8, а также преодолеваются силы сопротивления во всасывающем трубопроводе, сила инерции столба жидкости во всасывающем трубопроводе и цилиндре насоса, обусловленные ускорением поршня.

Рассматриваемые насосы являются самовсасывающими, то есть в них обеспечивается самозаполнение подводящего трубопровода рабочей(перекачиваемой) жидкостью.

Необходимое абсолютное давление во всасывающем патрубке насоса зависит от высоты всасывания Нвс и потерь напора во всасывающей магистрали: сетке, обратном клапане, самом трубопроводе и т.д.

Допускаемая теоретическая(вакууметрическая) высота всасывания(без учёта потерь):

где Ро – давление окружающей среды, Па,

- давление на входе в насос, Па,

- плотность, кг/куб.м.,

- скорость на входе в насос, м/с.

Давление на входе в насос должно быть >, где- давление насыщенного пара жидкости при данной температуре.

Видно, что пренебрегая давлением паров жидкости и возможностью выделения из неё растворенного воздуха, а также сопротивлением всасывающей магистрали, предельная высота всасывания для воды будет равна:

С учётом гидравлических потерь во всасывающем трубопроводе , высота всасывания определяется:

Высота нагнетания определяется:

где - гидравлические потери в нагнетательном трубопроводе.

§ 4 Подача поршневого насоса

Подача в текущий момент равна произведению скорости поршня на его площадьS.

Так как S = const, то подача, так же, как и скорость изменяется по синусоиде:

. (2.19)

Для бесконечно длинного шатуна: (2.20)

Подача для одноцилиндрового насоса будет неравномерна, пульсирующая: ход нагнетания такого насоса через 180 град. поворота кривошипа будет чередоваться с ходом всасывания.

Механизм подачи при :.

Отношение характеризует неравномерность подачи, где.

Для однопоршневого насоса одностороннего действия неравномерность подачи:

(2.21.)

Рис. 2.8. График подачи поршневого насоса.

1. Насосы многократного действия

Рассмотрим способы выравнивания подачи:

Насосы двойного (двухстороннего) действия.

Средняя теоретическая подача:

или

, (2.22)

где - площадь штока.

Пренебрегая площадью штока (), можно записать:

.

Рис. 2.9. Схема насоса Неравномерность подачи такого насоса:

двойного действия.

Рис. 2.10. Подача насоса двойного действия.

Кроме насосов двойного действия применяют насосы тройного действия (строенный насос одностороннего действия), а также насосы четверного и шестикратного действия (соответственно сдвоенный и строенный насосы двойного действия).

Для насоса тройного действия:

Q

Qmax

0.5Qmax

60 120 180 240 300 360 γ

2. Насосы с дифференциальным поршнем:

При правильном выборе геометрии (), неравномерность подачи такого насоса:

.

Рис. 2.12. Схема дифференциального насоса.

3. Воздушные колпаки насосов

Для выравнивания подачи применяют также воздушные колпаки, представляющие собой цилиндрической или иной формы сосуд, в верхней части которого находится воздух, сглаживающий, благодаря сжимаемости, пульсации подачи.

Рассмотрим колпак на нагнетательной системе. Вследствие изменения объёма воздуха от дои наоборот, объём жидкости в колпаке изменится в обратном отношении. Воздушный колпак принимает объём жидкостипри возрастающей подаче, и возвращает этот объём при убывающей подаче. В соответствии с этим давление в колпаке уменьшается отPmin до Pmax. Так как объём воздуха в колпаке может быть относительно большим, то при уменьшении его на величину , изменение объёма не сопровождается заметным изменением давления, т.е. при достаточном воздушном объёме колпака, давление в нём во время работы сохраняется практически постоянным, и жидкость поступает в трубопровод под постоянным напором.

Степень неравномерности давления в колпаке характеризуется:

,

.

При движение жидкости в нагнетательном трубопроводе считают установившемся.

Аналогично рассуждение и для колпака на всасывающей системе, только в этом случае давление в колпаке изменяется по ходу поршня в противоположном порядке. Степень неравномерности для них при принимается.

Расчёт колпаков сводится, в основном, к определению его размеров, при которых степень неравномерности не превосходит заданной величины.

Приняв процесс сжатия воздуха изотермическим:

,

и далее

,

где ,

.

Поскольку , а, то можно записать:

или (2.25)

При наличии воздушных колпаков на обоих: входе и выходе, можно считать, что насос перекачивает жидкость из всасывающего колпака в нагнетательный преодолевая разность давлений между ними.

Практически принимают:

- для насосов одинарного действия:

(2.26)

- для насоса двойного действия:

(2.27)

- для насоса тройного действия:

(2.28)