4.4. Вплив на об'ємні втрати стискаємості рідини і шкідливого простору насоса.
Під шкідливим простором розуміють різницю між геометричним об’ємом робочої камери (включаючи об’єм каналів розподільника) і розрахунковим об’ємом рідини, що витісняється, (без обліку витоків і стискальності рідини).
Наявність шкідливого простору негативно позначається на характеристиках насосів, особливо при високих тисках. Очевидно, якщо зневажити стискальністю робітничого середовища, шкідливий простір не буде позначатися на величині подачі насоса. Однак з урахуванням стискальності шкідливий простір виправдує своя назва, тому що частина рідини, що витісняється поршнем або іншим витиснителем, витрачається на підвищення тиску в ньому до величини, що відповідає тискові рідини на виході з насоса. Отже, розрахунковий об’єм рідини, що витісняється з порожнини насоса, що змінюється, за один хід, завжди трохи менше максимального геометричного об’єму змінюваної порожнини.
Розглянемо
вплив
шкідливого
простору
на об'ємні характеристики однопоршневого
насоса з урахуванням стискальності
рідини.
Для
оцінки
цього впливу введемо
поняття теоретичного
об'ємного
ККД
насоса, під яким будемо
умовно розуміти відношення розрахункового
значення подачі
насоса
(без обліку витоків через зазори) у
середовище з тиском
до геометричної подачі
.
Стосовно до розглянутого однопоршневого насоса це рівняння може бути представлене у виді
,
де
- об’єм рідини, що витісняється, за один
хід у середовище з
тиском
;
- робочий
об’єм насоса;
і
- хід і площа поршня.
Позначимо
через
об’єм шкідливого простору.
Зневажаючи витоками рідини і вважаючи
циліндр насоса абсолютно твердим, а
заповнення циліндра повним, знаходимо
об’єм
стиску рідини при підвищенні тиску
рідини в обсязі (
)
від величини тиску усмоктування
(приймаємо його рівним атмосферному)
до
тиску
середовища, в котру відбувається
нагнітання
,
де
- коефіцієнт об'ємного стиску рідини.
Дійсний об’єм рідини, що витісняється поршнем за один хід
.
Відповідно до цього теоретичний об'ємний ККД насоса без обліку впливу витоків і інших факторів, крім стиску рідини, дорівнює
або
приймаючи в увагу що
,
(
маємо
,
де
- шлях переміщення плунжера, що вимагається
для стиску рідини в циліндрі і в шкідливому
просторі до тиску
.
Тобто, теоретичний об'ємний ККД залежить при інших однакових умовах від відношення шляху переміщення плунжера до повного (конструктивної) величині його переміщення .
Для поршневих насосів, що працюють при високих тисках (100 МПа) об’єм стиску рідини з урахуванням шкідливого простору, необхідний для підвищення її тиску до необхідної величини, може скласти більш 50% об’єму, описуваного поршнем.
Теоретичний об'ємний ККД залежить також від твердості камери насоса, що утворить шкідливий простір.
При підвищенні тиску від атмосферного до об’єм шкідливого простору насоса збільшиться внаслідок механічної деформації його деталей на величину
,
де
- коефіцієнт, що характеризує зміна
одиниця об'єму шкідливого простору при
одиничній зміні тиску;
- об’єм камери шкідливого простору.
З урахуванням величини і твердості камери шкідливого простору, а також розглянутого вище стиску рідини об’ємом ( ), вираження для об'ємного ККД приймає вигляд
.
При проектуванні насосів високого тиску необхідно прагнути до зменшення об’єму шкідливого простору і підвищення твердості його деталей, що утворять цей простір. Крім того, у системах високих тисків варто застосовувати рідини з мінімальним значенням коефіцієнта об'ємного стиску .