Нерівномірність подачі

Зміну продуктивності поршневого насосу за один оберт валу кривошипу можна зобразити графічно, що дає наглядне уявлення про послідовність всмоктування та нагнітання, а також можливість оцінити ступінь нерівномірності подачі.

Зміна миттєвої швидкості руху _м поршня в часі з достатнім ступенем наближення підкоряється синусоїдальному закону

(3.41)

де r - радіус кривошипу; - кутова швидкість; - кут повороту кривошипу;  - час.

Відповідно миттєва продуктивність (подача) насосу

(3.42)

Зміна функції за один оберт валу кривошипу показана на рис. 43,а. Замінимо площу, обмежену синусоїдою і віссю абсцис графіка, площею рівновеликого прямокутника, побудованого на відрізку прямої довжиною 2r. Обидві площі виражають об’єм рідини, який подається насосом в нагнітальний трубопровід за один оберт кривошипу. Висота прямокутника, таким чином, буде представляти у прийнятому масштабі середню подачу, а найбільша висота синусоїди – максимальну подачу. Відношення максимальної подачі Q_max до середньої Q_сер (ступінь нерівномірності подачі) складе .

Рис. 43. Діаграми подачі рідини поршневими насосами:

а - для насосу простої дії; б – для насосу подвійної дії; в – для насосу потрійної дії (триплексу). - кут повороту кривошипу.

Площа прямокутника на рис. 43,а дорівнює , звідки . Тоді , тобто у поршневого насосу простої дії максимальна продуктивність (подача) в 3,14 рази більша, ніж середня.

Для насосу подвійної дії (рис. 43, б), отримуємо дві синусоїди. При цьому , звідки . Отже, , тобто максимальна подача більша за середню у 1,57 рази.

Для отримання сумарної кривої подачі насосу потрійної дії (триплекс-насосу) потрібно побудувати три синусоїди, зміщені одна відносно одної на 120°, і потім скласти їх ординати (рис. 43,в). Площа діаграми, обмежена зверху сумарною кривою, зображує подачу всіма трьома циліндрами.Найбільша ордината графіка дорівнює F, оскільки вона отримана від додавання двох відрізків аb і bс, кожний з яких складає ; у цьому випадку маємо . Тоді ступінь нерівномірності подачі .

При розрахунку висоти всмоктування поршневих насосів у рівнянні (3.8) треба враховувати ще і втрати напору на подолання сил інерції у всмоктувальному трубопроводі. Ці втрати обумовлені нерівномірністю роботи поршневого насосу, в результаті чого на стовп рідини, що знаходиться у всмоктувальному трубопроводі й рухається з деяким перемінним прискоренням, діє сила інерції, спрямована у бік, протилежний напрямку руху рідини.

Втрати напору на подолання сил інерції

(3.43)

де l - висота стовпа рідини в трубопроводі; f - площа перерізу поршню; f₁ - площа перерізу трубопроводу; u - окружна швидкість обертання кривошипу; r - радіус кривошипу.

3.1.3.2. Шестеренні насоси

У корпусі 1 насосу (рис. 44) встановлені дві шестерні 2, одна з яких - ведуча - приводиться в обертання від електродвигуна. Між корпусом і шестернями є невеликі радіальні й торцеві зазори. При обертанні шестерень у напрямку, вказаному стрілками, внаслідок розрідження, що створюється при виході зубів з зачеплення, рідина зі всмоктувального патрубку з тиском р₁ потрапляє в корпус. В корпусі рідина захоплюється зубами шестерень, переміщається уздовж стінки корпусу в напрямку обертання і потрапляє в нагнітальний трубопровід з тиском р₂.

Продуктивність шестеренного насосу визначається за рівнянням:

(3.44)

де f – площа поперечного перерізу западини між зубами, м²;

l – довжина зуба шестерні, м; z – кількість зубів, шт.; n – частота обертів шестерні, об./с.

Рис. 44. Шестеренний насос:

1 - корпус; 2 – шестерня.

Відзначимо, що шестеренні насоси мають реверсивність, тобто при зміні напрямку обертання шестерень області всмоктування і нагнітання міняються місцями.

Об’ємний к.к.д. _v шестеренного насосу враховує часткове перенесення рідини зворотно в порожнину всмоктування, а також протікання рідини через зазори і, як правило, складає 0,7-0,9.

Шестеренні насоси використовуються для в’язких рідин, які не містять твердих включень при невеликих подачах (Q=300360м³/год.) і високих тисках ( р = 100-150 ат).