Инерционные потери напора.

Давление в цилиндре насоса не сохраняется постоянным на протяжении хода поршня.Это обусловлено изменением скорости (ускорения) жидкости в трубопроводах и цилиндре,которая соответствует изменению скорости (ускорения) поршня. Если бы площадь сечения трубыfбыла равна площади поршняF, то скорость и ускорение жидкости в трубе были бы равны скорости и ускорению поршня.Поскольку F>> f, скорость v_x и ускорение j_x жидкости в трубе соответственно больше скорости и ускорения поршня в F/f раз:

Подставив в данные выражения значения скорости и ускорения поршня,

Получим

т.к.

Следовательно, ускорение жидкости изменяется от

при x =0 до

при x = r и далее до

при x = 2r.

Движение жидкости становится неустановившимся.

В результате изменений скорости изменяется вследствие инерционных сил и скоростной напор в трубопроводе, что может нарушить нормальный режим работы насоса. Возможно нарушение сплошности потока жидкости, что особенно важно для всасывающей магистрали.

Рассматриваемые инерционные потери выражаются какпроизведение массы движущейся жидкости на ее ускорение.

Масса жидкости в трубопроводе

где f и l₁ – соответственно площадь сечения и длина всасывающей трубы.

Сила инерции, действующая на жидкость в трубопроводе

Отнеся эту силу к единице площади трубы f и разделив результат на , получимдополнительный напор, выраженный в добавочной пьезометрической высоте,необходимой для преодоления инерционных сил сопротивленийво всасывающей трубе:

где –приведенная длина всасывающей трубы.

Аналогично для силы инерции, действующей на жидкость в цилиндре насоса

Суммарный инерционный напор

С учетом прочих сопротивлений, действующих во всасывающей трубе, давления рабочей жидкости может оказаться недостаточным для их преодоления. Поршень в положениях максимального ускорения может отрываться («уходить») от жидкости. После уменьшения ускорения поршня, жидкость, поступающая в цилиндр, может сталкиваться с поршнем, вызывая удары в насосе.

Следовательно, в результате действия сил инерции жидкости, обусловленных неустановившемся ее течением во всасывающем трубопроводе, возможно возникновение кавитации и отрыв жидкости от поршня.

Потери напора на преодоление сил инерции можно уменьшить установкой на этой магистрали воздушного колпака, благодаря которому длина всасывающего трубопровода с неравномерным движением жидкости может быть значительно сокращена. В этом случае жидкость засасывается насосом из воздушного колпака, в который она поступает по длинной всасывающей трубе примерно с постоянной скоростью и лишь на коротком участке между воздушным колпаком и цилиндром насоса жидкость движется по закону, создаваемому поршнем, В соответствии с этим напор, расходуемый на преодоление инерционных сил жидкости, соответственно уменьшается.

Эти потери значительно снижаются при применении насосов многократного действия, что достигается благодаря выравниванию потока жидкости во всасывающей магистрали (рис.34б).

Т.к. ускорение поршня и соответственно ускорение жидкости во всасывающей магистрали зависит от угловой скорости насоса, то допускаемая высота всасывания повышается с понижением частоты вращения коленчатого вала. Номинальной, с этой точки зрения, частотой вращения одноцилиндрового насоса является 300-350 об/мин.