Пульсація тиску

Коливання потоку викликають коливання (пульсації) тиску на виході насоса, амплітуда яких може значно перевищувати амплітуду коливання потоку. Пульсація тиску може привести до усталостному руйнування труб, а також викликати вібрацію клапанів і іншої гідроапаратури.

Пульсація тиску зв'язана з коливаннями подачі залежністю, що випливає з теорії гідравлічного удару:

де і - зміни тиску і витрати рідини в деякій крапці трубопроводу;

- щільність рідини

s – площа перетину каналу;

а – швидкість поширення звуку в трубопроводі, заповненому рідиною.

Як показали іспиту, коливання подачі і пульсації тиску, обчислені з обліком лише кінематики насоса, можуть значно відрізнятися від фактичних даних, отриманих при іспитах.

У загальному випадку припустима пульсація потоку рідини на виході насоса (відношення величини розмаху коливань подачі до середньої її величини) при номінальному режимі роботи не повинна перевищувати 5%; при цьому пульсація тиску не повинна бути більше 15% від середньої величини тиску.

Радикальним засобом зниження пульсації подачі і, відповідно, тиску є установка безпосередньо на виході насоса твердої ємності у виді відрізка труби діаметром приблизно в 5 разів більше діаметра вихідного каналу; довжина цього відрізка 5-6 діаметрів труби.

Діючі сили і обертальний момент.

Зусилля тиску рідини

Зусилля тиску рідини на поршень циліндра (мал. 6), з'єднаного в даний момент із робочою порожниною насоса, спрямовано по його осі і дорівнює (при нульовому протитиску)

де d – діаметр поршня;

р – тиск рідини.

У крапці контакту поршня зі статорним кільцем (допускаємо, що ця крапка знаходиться на осі поршня і враховуємо лишь зусилля тиску рідини) виникає в результаті впливу цієї сили нормальна до поверхні кільця сила N реакції кільця, яку можна розкласти на складові:

Р – спрямовану по осі поршня,

Т – спрямовану перпендикулярно до осі останнього.

З умови рівноваги поршня випливає, що складова Р дорівнює по величині й обратна за знаком алгебраїчній сумі сил, що діють з боку поршня по його осі. До цих сил відносяться зазначене зусилля тиску рідини на поршень, зусилля стиску пружини, сила інерції поршня у відносному русі, сила тертя й ін. Надалі будемо враховувати лишь силу Р тиску рідини.

Нормальна (перпендикулярна) до осі поршня складова Т створює обертальний момент, причому при роботі гідромашини як насос (напрямок обертання по годинній стрілці) складова Т переборюється приводним моментом, прикладеним до його вала. При роботі гідромашини як гідромотор (напрямок обертання проти годинній стрілки) складова Т створює обертальний момент, що приводить циліндровий блок в обертання.

Мал. 6. Розрахункова схема радіально-поршневого насоса.

Сила N реакції статорного кільця притискає голівки поршнів до статорного кільця і навантажує його і розподільну цапфу, а також визначає величину тертя і контактних напруг на голівці плунжера і поверхні цього кільця.

Для одного циліндра гідромашини

Згідно схеми

відкіля

Підставивши значення α у попередні вираження, одержимо

Результуючих складових сил усіх циліндрів, що знаходяться в даний момент у порожнині нагнітання, сприймається підшипниками статорного кільця і розподільною цапфою.

Варто помітити, що сила тиску поршня на обойму статора буде залежати також від тертя і прискорення поршня, з обліком чого ця сила обчислюється як

де Р_п – осьова сила поршня;

тут F_тр – сила тертя поршня об стінки циліндра;

F_j – сила інерції, обумовлена відносним прискоренням поршня.

Від величини сили тертя буде залежати також і фактична тангенціальна складова, що має особливе значення при пуску гідромотора. З урахуванням сил тертя ця складова для одного циліндра гідромотора може бути обчислена по формулі

де φ – кут тертя.