Лекция 10. Лекция 10 Воздушные колпаки
 Скачать 29.31 Kb.
|
  Лекция 10Воздушные колпаки. Подача и движение жидкости во всасывающей и нагнетательной линиям будут ближе к равномерным, если удастся в ходе работы п.н. поддерживать постоянной движущую силу процесса движения жидкости как во всасывающем, так и в нагнетательном трубопроводах, т.е. разность напоров – между расходным резервуаром и всасывающей стороной насоса и между нагнетательной стороной насоса и приемным резервуаром. Этой цели и служит установка непосредственно у п.н. воздушных колпаков, аккумулирующие избыток жидкости сверх равномерной подачи. Газовый колпак представляет собой герметически закрытый сосуд, нижняя часть которого заполнена жидкостью (одна треть объема колпака), а верхняя - газом, не реагирующим с жидкостью (воздух, азот). Для поддержания на почти постоянном уровне давлений в воздушных колпаках объемы газовой части колпаков должны быть достаточными при изменениях уровня жидкости в них за счет поступающего избытка жидкости (или «недостатка жидкости») в различные периоды работы насоса. Опыт проектирования и эксплуатации п.н. показывает, что можно считать допустимым следующие колебания давления в колпаках: во всасывающем на 10%; в нагнетательном на 2,5%. Этим значениям соответствуют следующие объемы воздушной части колпаков: -всасывающего u/0,1 = 10u; - нагнетательного u/0,025 = 40u. Но объем колпака в 1,5 раза выше объема газовой части в нем. Поэтому, для насоса простого действия объем воздушного колпака на всасывающей линии будет равен  .Объем воздушного колпака на нагнетательной линии будет равен  .Для насоса двойного действия объем воздушного колпака на всасывающей линии будет равен  Объем воздушного колпака на нагнетательной линии будет равен  Рис. Схема насосной установки, снабженной насосом простого действия с воздушными колпаками. Характеристика поршневых насосов. Зависимость между напором и производительностью поршневого насоса при постоянной частоте вращения коленчатого вала называют частной характеристикой поршневого насоса. Как следует из самого принципа работы поршневых насосов, их производительность не зависит от напора, поскольку за один оборот кривошипа насос всасывает и выталкивает определенные объем жидкости. Поэтому теоретическая характеристика поршневого насоса – вертикаль (см. рис.) с постоянной абсциссой. Рис. Характеристика поршневого насоса. Реальная характеристика поршневого насоса имеет некоторое отклонение от вертикали, причиной которого является понижение коэффициента подачи, так как с ростом напора все большая доля жидкости возвращается обратно во всасывающую линию из цилиндра и в цилиндр – из нагнетательной линии из-за запаздывания клапанов в период их закрытия. Предельная геометрическая высота всасывания поршневого насоса простого действия в отсутствие воздушного колпака на всасывающей линии. Для вывода расчетного выражения воспользуемся уравнением Бернулли для двух сечений на всасывающей линии п.н. (см. рис.). Рис. К выводу расчетного выражения для определения величины предельной высоты всасывания п.н. в отсутствии воздушного колпака.  . ;  , так как скорость потока жидкости в поперечном сечении расходной емкости много меньше скорости в трубопроводе;  - потери напора на трение и местные сопротивления;  – инерционные потери, т.е. потери, связанные с преодолением инерции жидкости во всасывающем трубопроводе. После преобразования уравнения Бернулли  .Условием нормальной работы п.н. (исключение явления вскипания жидкости на входе в цилиндр насоса) является выполнение следующего неравенства  . В пределе, давление на входе в цилиндр может быть принято равным давлению насыщенных паров рабочей жидкости при ее температуре, т.е.  . Тогда, последнее уравнение приобретает значение предельной высоты всасывания .Инерционные потери равны напору, необходимому для преодоления инерции жидкости во всасывающем трубопроводе. В терминах перепада давления  – перепад давления, необходимый для преодоления инерции жидкости во всасывающем трубопроводе. В терминах сил  - (1)- сила, необходимая для преодоления инерции жидкости во всасывающем трубопроводе. С другой стороны, сила инерции жидкости во всасывающем трубопроводе равна  , (2)где  - масса жидкости во всасывающем трубопроводе,  - ускорение движения жидкости во всасывающем трубопроводе. Приравнивая правые части уравнений (1) и (2), получим ил и. (3)Из уравнения неразрывности для потока жидкости во всасывающем трубопроводе и цилиндре насоса следует  . Взяв производные обеих частей уравнения, получим , где  - ускорение поршня. Следовательно, ускорение жидкости во всасывающем трубопроводе равно . Ускорение поршня может быть найдено следующим образом. Скорость поршня определяется по формуле Ускорение поршня есть производная скорости по времени . Поэтому  . Подставляя полученное выражение в формулу (3), получим расчетную формулу для величины инерционных потерь в виде . Максимальное значение инерционных потерь будет при  , т.е. тогда, когда поршень занимает крайне левое положение и когда скорость поршня равна нулю. При этом скорость движения жидкости во всасывающем трубопроводе также равна нулю. Отсюда предельно допустимая геометрическая высота поршневого насоса, не снабженного воздушным колпаком, будет определяться по формуле . Действительная геометрическая высота всасывания Б.к. будет всегда меньше предельной. Например,  .Предельная геометрическая высота всасывания поршневого насоса простого действия с воздушным колпаком на всасывающей линии. Схема поршневого насоса, снабженного воздушным колпаком на всасывающей линии, представлена на рисунке. Рис. Схема поршневого насоса с воздушным колпаком на всасывающей линии. Расчетная формула для определения предельной высоты всасывания для рассматриваемого случая  , где  и  , с к. соответственно, длина всасывающего патрубка и площадь поперечного сечения трубопровода на участке «насос – колпак»;  параметры основного участка всасывающего трубопровода, на котором наблюдается равномерное движение жидкости со скоростью  Напор, создаваемый насосом. Напор, создаваемый насосом, определяют на основе уравнения Бернулли. Плоскость отсчета принимают на уровне поверхности уровня в расходной емкости.  . Отсюда напор, создаваемый насосом, равен , где  - геометрическая высота подъема жидкости, равная разности  ; - суммарные потери напора на всасывающей и нагнетательной линиях, равные при условии равенства диаметров всасывающего и нагнетательного трубопроводов ( - число местных сопротивлений на всасывающей и нагнетательной линиях).На действующих насосных установках устанавливают приборы для измерения избыточного давления на выходе из насоса и вакуума на входе (манометра и вакууметра). Запишем уравнение Бернулли для сечений «3» и «4», пренебрегая потерями на участке «3» - «4»,  . Но  , тогда  . При одинаковом диаметре трубопроводов всасывающей и нагнетательной линий . Или  , где  показания манометра и вакууметра. Таким образом, в задачах эксплуатации напор, создаваемый насосом, может быть рассчитан по формуле .Мощность насоса. Полезная мощность насоса согласно размерности рассчитывают по формуле  , где  - перепад давления, создаваемый насосом;  - объемная производительность насоса. Или , где - напор, создаваемый насосом.Мощность потребляемая насосом больше полезной мощности по причине различного рода потерь  , где  - коэффициент полезного действия насоса, как произведение трех сомножителей  , каждый из которых имеет опреденный физический смысл: - коэффициент подачи, учитывает потерю производительности за счет утечек жидкости через зазоры, клапаны и сальники; - гидравлический кпд насоса, учитывает потери напора насоса при движении жидкости через насос; - механический кпд насоса, учитывает потери мощности насоса на преодоление механического трения внутри насоса (пара поршень - цилиндр, пара шток – сальник).Естественно, каждый из названных кпд меньше единицы. Общий кпд, , может быть найден по паспорту насоса.Регулирование производительности насоса. Чаще всего используют два метода: а) изменение хода поршня путем изменения положения пальца кривошипа, т.е. воздействием на радиус кривошипа; б) переброс части жидкости по байпасу (см. рис.) Рис. Регулирование производительности п.н. перебросом части жидкости по байпасу. Преимущества и недостатки поршневых насосов. Достоинствами поршневых насосов являются: - способность создавать любой требуемый напор, пределы которого определяются только прочностью деталей насоса и мощностью привода; - достаточно высокий кпд; - малая чувствительность к изменению вязкости перекачиваемой жидкости; - производительность не зависит от преодолеваемого сопротивления сети; - возможность «сухого» всасывания без предварительной заливки насоса и всасывающего трубопровода. К недостаткам поршневых насосов относятся: - тихоходность рабочих органов, что не позволяет создавать насосные установки большой производительности; - пульсирующая подача жидкости; - сложность конструкции отдельных узлов; - наличие большого количества деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, клапанов. В химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности поршневые насосы используют при перекачивании вязких жидкостей, сжиженных газов, а также небольших количеств жидкости при высоких давлениях. |