4.4. Характеристики роторных насосов и насосных установок

Под характеристикойроторногонасоса понимаютграфическуюзависимостьегодавления от подачи. Дляпостроения характеристикинасоса прежде всегонеобходимо определитьеготеоретическую подачу.

Теоретическая(или идеальная)подачалюбого объемногонасосаможет быть определенапри рабочем объемеWo ичастотееговращенияn по соотношению

Q =W₀⋅n. (4.1)

Такая подачанасоса существуетпри нулевом давлениина выходенасоса (точкаА на рис. 4.12).

Рис. 4.12. Характеристика насоса и насосной установки

Как следует из формулы (4.1), теоретическая подачане зависитот давления насосаи поэтому представляет собойпрямую вертикальную линию(линия 1 на рис. 4.12).

Действительная подачанасосаменьшетеоретическойна величинуобъемныхпотерь, т.е. потерь наутечки и перетечкижидкостииз полостейс высокимидавлениями. Такиеутечки через зазорысуществуютв любом, самом технически совершенномнасосе.Из-за малой величиныпоперечных размеровзазорови значительнойвязкостижидкости этиутечкиносятламинарный характер, т.е.их величинапропорциональнадавлению насоса. Отсюда следует, чтодействительная характеристиканасоса представляет собойпрямую линию, наклоненнуюв сторонусниженияподачи (линия 2).

На графике (рис. 4.12) видно, что величина утечек растет пропорционально росту давления, а его действительная подача c ростом давления уменьшается. Отметим: чем технически совершеннее насос, тем меньше у него утечки и меньше наклон линии 2. Действительная характеристика может быть построена при известной величине объемного КПД насоса ηо.

Например, известен объемный КПДηо насосапри давлениир =р'. Тогдаследует вычислить подачунасоса,соответствующуюэтомудавлениюQ' =Q_нηо ина график нанестисоответствующуюточку(точкаВ).

А затем, соединив точкиА иВ прямойлинией (линия 2),получим действительную характеристикуобъемного насоса. Таким образом,характеристикаобъемногонасосапредставляет собойнаклонную прямуюлинию.

При такой характеристике для небольшого изменения подачи насоса требуется весьма существенное повышение давления. Однако на практике часто бывает необходимо изменять подачу в широком диапазоне без значительного повышения давления, т.е. регулировать подачу. Для этого необходимо “сломать” линию АВ в какой-то точке С, получив тем самым линию 3. Тогда на этом участке CD характеристики можно существенно изменять подачу при небольшом изменении давления. Характеристика АСD может быть получена только с помощью дополнительных устройств и поэтому будет являться характеристикой не насоса, а насосной установки. Под насосной установкой понимают насос с дополнительными устройствами, обеспечивающими его работу с необходимыми параметрами и требуемой характеристикой.

Линию3 иногданазывают регуляторной ветвьюхарактеристикинасосной установки. На практикеэту ветвь получают двумя способами: с помощьюпереливных клапанови с помощьюрегуляторов подачи.

На рис. 4.13а представлена схема насосной установки, которая включает насос 4 и переливной клапан 2. Основным элементом клапана является подпружиненный поршень 3.

а) с помощью переливного клапана;

б) с помощью регулятора подачи

Рис. 4.13. Способы регулирования подачи

Рассмотрим работуприведенной установки. Покадавлениенасосамало,поршень3 под действием пружинызанимаеткрайнееверхнее положениеиперекрываетрегулирующующель1.

Вся жидкость от насоса идет в гидросистему, т.е. Q_ну = Q_н. Этому режиму работы соответствует линия АС на рис 4.12. При расчетном давлении р_р клапан начнет открываться (точка С на рис. 4.12). Дальнейшее повышение давления приведет к тому, что часть подачи насоса Q_н будет направляться через щель 1 клапана 2 в бак Q_кл, а подача насосной установки уменьшится Q_ну = Q_н - Q_кл (точка R на рис. 4.12). При увеличении давления на выходе насоса будет увеличиваться степень открытия щели 1, следовательно, и расход через клапан Q_кл, а подача Q_ну насосной установки будет уменьшаться. Наконец, при давлении на выходе насоса р = р_max поршень 3 полностью сместится вниз и вся подача насоса через щель 1 будет перепускаться в бак Q_н = Q_кл, а подача насосной установки станет равной нулю Q_ну = 0 (точка D на рис. 4.12).

Вторымспособомизменения подачинасоса можно назватьиспользование регуляторов. Этотспособ применимтолькодля регулируемых насосов, т.е. для насосов, у которых имеется возможностьизменения рабочего объема. На рис. 4.13,б представленасхеманасоснойустановки, которая включаетаксиально-поршневойнасос 1 с наклонным диском 2 ирегулятор подачи3. Основнымэлементом регулятораявляется подпружиненныйпоршень4, который кинематическисвязан снаклоннымдиском2. Рассмотрим работу приведенной установки. Покадавлениенасосамало,поршень4 под действием пружины занимает крайнееправое положение, диск 2 наклонен под углом γmax иподача насоса максимальна. ЭтомурежимуработысоответствуетлинияАС на рис 4.12.Прирасчетномдавлении р_рпоршень4 начнет сдвигатьсявлево(точкаС на рис. 4.12). Дальнейшееповышение давленияприведет к тому, чтопоршень4 будет заниматьпромежуточное положение, диск насоса будет установлен под углом – 0 < γ < γmax, аподача0 <Q <Q_max.Этот режимбудет соответствовать одной из точеклинии СD на рис. 4.12, например, точкеR.Приувеличении давленияна выходе насоса 1поршень4 будет смещатьсядальше влево. Поэтомууголγ иподачанасосаQ будутуменьшаться. Наконец,при давлениина выходе насосар = р_max поршень4 займеткрайнее левоеположение.Уголнаклона диска γ иподачанасосаQ станутравными нулю(точкаD на рис. 4.12).

Рассмотренные способы регулированияподачи насосов используются в технике.Второйиз них требуетрегулируемых насосов, которыесложныв изготовлении и, следовательно,насосная установкас регулятором подачидороже. Однакопри использованиинасосной установкис переливным клапаномчасть подачи насосаперепускается в бакчерез клапан,не совершаяполезнойработы. Поэтому насоснаяустановкас клапаномменее экономичнав эксплуатации.

Рассмотреные ранее характеристики насосов и насосных установок, работающих при постоянных (максимальных) значениях рабочих объемов. В том случае, когда в процессе работы насоса меняется его рабочий объем, для удобства анализа вводят относительный параметр, равный отношению текущего рабочего объема насоса W к максимальному Wo, т.е.

e =W/Wo. (4.2)

Этот параметр е принятоназыватьпараметром регулирования. С учетом параметра регулированияподача насосаналюбом режименасосаопределяетсязависимостью

. (4.3)