11.2.2. Рабочий объем и напорная характеристика насоса
Рабочий (т.е. полезный) объем поршневого насоси однократного действия qн (см. рис 11.2 а) определяется изменением объема рабочей камеры, вызванного перемещением поршня из одного крайнего положения в другое за один оборот кривошипа:
, (11.12)
где D - диаметр поршня;
s=2r – ход поршня;
r - радиус кривошипа.
Рабочий объем многоцилиндрового (с одинаковыми цилиндрами) насоса многократного действия:
, (11.13)
где m – число рядов цилиндров;
z- число цилиндров в одном ряду;
k - кратность действия.
Теоретическая подача объемного насоса не зависит от давления,
а зависит только от рабочего объема и частоты вращения.
Р nн
= const Pн Pн.т ∆Qн Qн.т Q О
Рис.11.3. Напорная характеристика поршневого насоса.
Такая напорная характеристика будет у всех объемных насосов. Обладая жесткими напорными характеристиками, эти насосы теоретически могут создавать весьма большие напоры и давления. Поэтому, применяя объемные насосы, нужно заботиться о защите гидросистем от возможных чрезмерных давлений.
По сравнению с шестеренными, пластинчатыми и винтовыми насосами, поршневые имеют более жесткую напорную характеристику. Это объясняется тем, что поршни и цилиндры сравнительно легко изготовить с минимальными зазорами, обеспечивающими при больших давлениях высокое значение объемного к.п.д.
11.2.3. Характеристика насоса. Рабочий режим.
Чтобы правильно выбрать и экономично эксплуатировать насос, необходимо знать его характеристику, под которой понимают графическую зависимость основных технических показателей от подачи при постоянных значениях частоты вращения, вязкости и плотности жидкости. Характеристики получают опытным путем на заводских и лабораторных стендах. Для этого при разных нагрузках испытуемого насоса определяют: частоту вращения, подачу, давление, мощность и к. п. д. Затем опытные величины наносят на координатную сетку и плавными линиямисоединяют соответствующие опытныеточки.
На рис. 11.4 изображена примерная характеристика поршневого насоса. Технические показатели насоса при максимальном его к. п. д. ηшах называются оптимальными ( Q опт , ропт, Nопт ).
Графически рабочий режим определяется точкой пересечения напорных характеристик (точкаБ на рис.11.4) насоса и гидросети.
Для режима Б рабочими показателями являютсяQр , рр , Nр. Принято считать, что насос работает экономично, еслиηр ≥ 0,85ηmax.
Режим работы насоса, обеспечивающий заданные техническиепоказатели, называютноминальным и его показатели (номинальные) приводятся в каталогах насосов.
η ηmax ηн ηр nн
= const О О О N Р Nопт Nн Np Рд Ропт Б Рн Рр Q Qp Qопт
Рис.11.4. Характеристика поршневого насоса.
11.2.6. Регулирование подачи насосов.
Поскольку рабочий режим насоса зависит от характеристик насоса рн =f(Q) и гидросетир =f(Q), то принципиально регулирование подачи можно осуществить изменением этих характеристик.
Регулирование подачи изменением характеристики гидросети (рис. 11.8,а, б) практически достигается дросселем1 в напорной линии. При этом получают семейство характеристик гидросетир = f(Q) и соответствующие им рабочие точки 1, 2, 3… Из-за жесткости напорной характеристики рн = (Q) насоса подача меняется мало, а давление —значительно. Поэтому такой способ регулирования для объемных насосов не пригоден.
Регулирование подачи изменением характеристики насоса, как это следует из уравнений (11.2) и (11.13), возможно изменениемnн ,ηн.оиqн.
Регулирование изменением частоты вращения пн реализуется крайне редко, так как в горной практике главным образом используются нерегулируемые электродвигатели.
Дроссельное регулирование (рис.11.8, в) насоса осуществляютподключением к его напорному патрубку сливной линии 1, на которой устанавливают регулируемый дроссель 2. Изменяя дросселем утечки ∆Qн..р , получают семейство напорных характеристик рн = f(Q) насоса (рис. 11.8, г) и соответствующие им рабочие точки 1, 2, 3... Этот способ регулирования вследствие своей простоты нередко применяется в насосах малой мощности, в частности в подпиточных насосах (рис. 11.8, д). Подпиточным насосом 1 жидкость подается в основной насос 3 через дроссель 2. Переливным клапаном 4 регулируемые утечки ∆Qн..р сбрасываются в гидробак. Если при этом подача Qн..р будет недостаточна для полного заполнения рабочих камер основного насоса, то последний «голодает».
Регулирование основных насосов «искусственным голоданием» используется в насосных станциях СНУ-5 механизированных крепей. Однако «голодание» способствует возникновению кавитации.
Регулирование Q насоса изменением рабочего объема (рис. 11.8, е и 11.8,ж), как это следует из уравнения (11.13), можно производить изменением т, z, k, D и s. Однако на практике исключительное распространение получил способ регулирования за счетs=vаг. При этом получается плавное, бесступенчатое регулирование подачи, но оно достигается усложнением конструкции насоса. У регулируемых радиально-поршневых насосов ход поршня s(рис.11.9) регулируется изменением эксцентриситетае (s = 2е).
У аксиально-поршневых (рис.11.10) – изменением угла α (s = D ' tgα ) наклона диска или цилиндрового блока (ротора).
Рис.11.10. Устройство регулируемых аксиально-поршневых насосов.
Рис. 11.9. Устройство регулируемого радиально – поршневого
насоса.
Регулируемый радиально-поршневой насос (см. рис. 11.9) состоит из ротора 2 с цилиндрами, плунжеров1, распределительного устройства3, направляющей обоймы4, каналов 5 и6, а такжеустройства, с помощью которого перемещается обойма 4 относительно оси ротора2 на величину эксцентриситетае. Роль распределительного устройства выполняет пустотелая ось с уплотнительной перемычкой, на которой помещен вращающийся ротор. Совершая вращение, цилиндры ротора своими каналами поочередно соединяются с каналами всасывания5 и нагнетания6, расположенными в пустотелой оси. При переходе цилиндров через нейтральное положение их каналы перекрываются уплотнитель-ной перемычкой и линия всасывания отделяется от напорной линии.
Головки поршней прижимаются к внутренней поверхности обоймы центробежными силами или давлением жидкости, подаваемой в цилиндры подпиточным насосом. Если эксцентриситете 0, то поршни, обкатываясь по обойме, совершают в цилиндрах возвратно-поступательное движение: двигаясь от центра вращения, производят всасывание, к центру — нагнетание. Если экс-центриситет е = 0, то радиального перемещения не будет и насос перестает подавать жидкость. Изменяя величину и знак эксцентриситета, можно менять подачу и направление потока жидкости.При максимальном значении эксцентриситета етах подача насоса будет максимальной.
Аксиально-поршневые насосы бывают с наклонным диском (рис. 11.10, а) и наклонным ротором (рис. 11.10,б). Они состоят из ротора1 с цилиндрами, плунжеров2, распределительного устройства3, приводного вала4 и устройства для изменения углаа наклона диска или ротора. Максимальное значение углаашах= 20 … 300.
Если а 0, то при вращении ротора 1 плунжеры 2, шарнирно связанные шатунами5 с наклонным диском6 или ведущим диском 9, совершают возвратно-поступательные перемещения в цилиндрах. Удаляясь от распределительного узла3, плунжеры производят всасывание жидкости, приближаясь к нему — нагнетание. Подвод жидкости к цилиндрам и отвод от них осуществляется через отверстия в торце ротора, которые попеременно соединяются с распределительными полукольцевыми окнами 7 и 8, имеющимися в распределителе3. Когда плунжеры доходят до крайних точек, то отверстия цилиндров располагаются, против перемычек между окнами 7 и 5, благодаря чему линия всасывания отделяется от линии нагнетания.
Изменяя угол а, можно менять не только подачу, но и направление потока жидкости в насосе. Приа =а шахбудет и максимальная подача.
На рис. 11.8, е показано условное обозначение регулируемогонасоса с реверсивным потоком, на рис. 11.8, ж — напорные характеристики при различных параметрах регулирования с рабочими режимами1, 2,3... К основным достоинствам объемного регулирования относятся широкий диапазон плавного регулирования и экономичность.
Основные детали насоса НП200 (рис. 11.11): статор 1, ротор 2, плунжеры3 и опоры статора —малая(МЦ) и большая(БЦ) цапфы. Причем малая цапфа всегда находится под давлением жидкости. Подводя или отводя жидкость от БЦ, изменяют эксцентриситет статора и тем самым регулируют подачу насоса. Обычно регулирование осуществляется автоматически по давлению в напорной линии.