варя. Ведёрников 2. Основные сведения из гидравлики

• Название: Основные сведения из гидравлики
• Дата: 07.02.2023
• Размер: 4.59 Mb.
• Имя файла: Ведёрников 2.doc
• Тип: Глава; #924312
• страница: 7 из 21

§ 22. Основные сборочные единицы насоса
Цилиндр. Предназначен для образования рабочей камеры или камер, его изготовляют в виде одинарного корпуса или блока. Кор­пус насосов одностороннего и двустороннего действия представля­ет собой одиночный цилиндр, корпус насосов с двумя или тремя поршнями или плунжерами — блок, состоящий соответственно из двух или трех цилиндров. Материал для корпуса подбирают в за­висимости от напора, создаваемого насосом, и свойств перекачи­ваемой жидкости. В низконапорных насосах корпус отлит из чугу­на, в средненапорных — из стали, в высоконапорных его делают из стальных поковок, в которых сверлят и растачивают отверстия под поршни, клапаны. Корпуса насосов для перекачки жидкостей, хи­мически действующих на чугун и углеродистые стали, изготовляют из ферросилиция, хромоникелевой и хромистой сталей, высокохро­мистого чугуна и т. п.

Форму корпуса и клапанных камер выбирают так, чтобы ис­ключить возможность образования газовых мешков. На корпусе предусмотрены фланцы для подсоединения насоса к нагнетательно­му и всасывающему трубопроводам, а также соответствующие приливы для присоединения кранов, индикатора, манометра и дру­гих деталей.

Поршень. Предназначен для изменения объема рабочей каме­ры. Дисковые поршни небольших диаметров изготовляют сплош­ными из латуни, чугуна и стали. Наибольшее распространение по­лучили дисковые поршни облегченного типа. Поршень укрепляют на штоке с помощью бурта или конуса с одной стороны и гайки,

навинчиваемой па шток, с другой. Для предотвращения самоотвин­чивания гайку шплинтуют.

Для уплотнения между цилиндром насоса и дисковым порш­нем служат поршневые кольца, имеющие разрез (замок), благода­ря чему они могут пружинить; в несжатом виде наружный диаметр кольца больше внутреннего диаметра цилиндра. Когда поршень вставляют в цилиндр, поршневые кольца прилегают к поверхно­сти цилиндра и создают необходимое уплотнение. Применяют раз­личные формы разрезов (замков) поршневых колец: внахлестку, ступенчатую, косую. Число поршневых колец зависит от давления, создаваемого насосом. Металлические уплотняющие кольца изго­товляют из чугуна и бронзы. Кроме того, для уплотнения исполь­зуют эбонит, текстолит, кожу, резину. В некоторых конструкциях насосов довольно часто встречаются комбинированные уплотне­ния с чугунными разжимными кольцами. Иногда уплотнение до­стигается пришлифовкой поршня к внутренней поверхности ци­линдра или покрытием боковой поверхности поршня баббитом. Уплотнительные поршневые кольца и цилиндры в процессе рабо­ты подвергаются значительному износу, плотность между ними с течением времени уменьшается. Поэтому в современных конструк­циях насосов в цилиндры вставлены легко сменяемые втулки. Пе­риодически во время ремонтов заменяют и сработанные поршне­вые кольца.

Широко распространены насосы с рабочим органом в виде плунжера, изготовленного из чугуна и стали. Поверхность плун­жера тщательно шлифуют и полируют. При малых диаметрах плунжеры делают сплошными, при диаметрах более 100 мм — пустотелыми.

Клапаны. Предназначены для соединения рабочей камеры на­соса с всасывающим или нагнетательным трубопроводом. Клапаны должны быть легкими, закрываться без ударов и в закрытом со­стоянии быть герметичными. В насосах применяют самодействую­щие (автоматические) клапаны, которые открываются под дейст­вием разности давлений над и под клапаном.

В насосах, перекачивающих вязкие жидкости и суспензии, уста­навливают шаровые клапаны (рис. 26), состоящие из корпуса 2, замыкающего органа — шара 1 и крышки 3. Место посадки клапа­на—седло— имеет сферическую форму. Шары изготовляют сплошными или полыми из бронзы, чугуна, эбонита и других ма­териалов.

В поршневых насосах наиболее широко применяют тарельчатые и кольцевые клапаны. Тарельчатый клапан с верхним направлени­ем (рис. 27) состоит из следующих деталей: седла 1, тарелки кла­пана 2, направляющего стержня 4, пружины 3, специальной шайбы 5 и гайки 6, которую шплинтуют для предотвращения самоотвин­чивания во время работы. Направляющий стержень отлит вместе с седлом или изготовлен в виде шпильки, ввинчиваемой в седло клапана. Простые тарельчатые клапаны обычно устанавливают в насосах небольшой подачи.

В насосе одностороннего действия при ходе поршня вправо вса­сывается объем жидкости, равный 5s. При обратном ходе эта жид­кость вытесняется в нагнетательный трубопровод.

Следовательно, теоретическая подача насоса одностороннего действия за один двойной ход равна 5s, а за п оборотов в минуту Q_T=Ssn.

При ходе поршня вправо в насосе двустороннего действия жид­кость поступает в объеме, равном (5—f)s. При обратном ходе поршня жидкостьподается с левой стороны насоса в объеме Ss. Для того чтобы получить теоретическую подачу насоса двусторон­него действия за один двойной ход поршня, необходимо сложить объемы жидкости, подаваемой обеими сторонами насоса:

(S-f)s+Ss = (2S-f)s

При п частоте вращения вала в минуту теоретическая подача на­соса двустороннего действия будет следующая: Q_T—(2S—f)sn.

У насоса с тремя рабочими камерами, работающими на один напорный трубопровод, теоретическая подача будет равна утроен­ной подаче одной рабочей камеры: Q_T=35sn.

Для насоса с четырьмя рабочими камерами Q_T=2(25—f)sn.

Подача дифференциального насоса такая же, как и подача на­соса одностороннего действия, считая по большому диаметру плун­жера.

Теоретическую подачу любого насоса можно подсчитать по формуле Q_T—Ssni_н K_н, где j_н — число рабочих камер насоса; К_н— множитель, учитывающий влияние штока на объем рабочей ка­меры.

Действительная подача насоса меньше теоретической. Отноше­ние действительной подачи к теоретической называется коэффици­ентом подачи или объемным КПД насоса η₀ = Q/Qt, откуда Q =Q_т η₀.

Таким образом, действительную подачу любого поршневого на­соса определяют так: Q=Ssni_н K_нη₀

Напор насоса Н представляет собой энергию, сообщаемую жид­кости в насосе, и обычно выражается в метрах столба перекачивае­мой жидкости: Н=р/ (pg), где р — давление насоса, Па; р — плотность жидкрсти, кг/м³; g— ускорение свободного падения, м/с².

Для оценки расхода мощности N касоса определяют полезную мощность и мощность насоса.

Полезная мощность равна энергии, которая сообщается жидко­сти в единицу времени, и определяется по формуле N_n=Q/p, N_n где полезная мощность насоса, кВт; Q — подача насоса, м³/с; р — давление насоса, Па.

Мощность насоса N — мощность, которую передает насосу дви­гатель, приводящий насос в действие, всегда больше полезной на числовое значение потерь.

КПД насоса η называется отношение полезной мощности к мощности насоса. Следовательно, мощность насоса равна N = N_n/ η

КПД насосной установки учитывает все потери, связанные с передачей энергии от двигателя к нагнетаемой жидкости, и опре­деляется как произведение коэффициентов гидравлического η_г объемного η_о, механического η_м: η=η_г/η_о/η_м

С помощью гидравлического КПД насоса определяют все поте­ри напора на трение И местные сопротивления при движении жид­кости внутри насоса. Объемный КПД учитывает утечку жидкости через зазоры, сальники, а также потери через закрывающийся кла­пан и пр.; механический КПД — все потери при передаче энергии к насосу: трение в подшипниках, сальниках, крейцкопфах и др.

Важными для поршневых насосов параметрами являются также отношение длины хода поршня к диаметру s/D и средняя скорость поршня v_ср. Обычно, чем производительнее насос, тем меньше s/D. Для отечественных насосов числовые значения этих величин нахо­дятся в следующих пределах: s/D = 0,2/2,0; v_ср=0,5/0,9м/с.
§ 24. Процессы всасывания и нагнетания

Рассмотрим процессы всасывания и нагнетания в поршневом насосе одностороннего действия. Обозначим давление в цилиндре в период всасывания, выраженное в метрах перекачиваемой жид­кости, рх/р, где р —плотность жидкости, в период нагнетания р_у/р, давление на поверхности жидкости в месте ее забора р_а/р, в нагне­тательном трубопроводе Р_к/р

Всасывание. Движение жидкости во всасывающем трубопрово­де происходит вследствие разности давлений p_а/y на поверхности жидкости р_х/у в цилиндре в период всасывания. Эта разность дав­лений называется вакуумметрической высотой всасывания

H_вак=(Р_а—Р_х)/р

Геометрическая высота H_г._в всасывания поршневого насоса — расстояние по вертикали от верхнего уровня жидкости в резервуа­ре или другом приемнике до оси цилиндра для горизонтальных на­сосов или до верхнего положения поршня для вертикальных насо­сов.

Вакуумметрическая высота всасывания затрачивается: на подъ­ем жидкости к насосу, т. е. на преодоление геометрической высоты всасывания; на сообщение жидкости скоростного напора, опреде­ляемого по формуле v²/(2g); на преодоление гидравлических со­противлений во всасывающем трубопроводе h_с._в; на преодоление сил инерции жидкости h_и._B; на преодоление сопротивления всасы­вающего клапана h_B._K.

Можно написать следующее равенство:

(Р_а—Р_х)/р = H_г.в + v²/(2g) + h_с.в + h_и.B + h_B.K

Для определения характера изменения давления в рабочей каме-
ре в процессе всасывания найдем из этого равенства р_а/р = р_а/р —

— [H_г.в + v²/(2g) + h_с.в + h_и.B + h_B.K]

Числовое значение давления на поверхности жидкости р_а/р не зависит от положения поршня в цилиндре. Геометрическая высота всасывания постоянна для насосов. Так как скорость жидкости, гидравлические сопротивления, силы инерции и сопротивление кла­пана изменяются в процессе всасывания, то изменяется и давление в рабочей камере.

Минимальное давление в рабочей камере создается в начале всасывания, когда поршень должен вывести из состояния покоя всю жидкость во всасывающем трубопроводе и преодолеть сопро­тивление подъема всасывающего клапана. Давление возрастает к концу всасывания, так как поршень замедляет движение, а жид­кость, стремясь двигаться с прежней скоростью, давит на поршень. Максимальное давление в камере создается в том случае, когда поршень доходит до крайнего положения в цилиндре и на мгно­вение останавливается.

При большой высоте установки насоса, значительных гидравли­ческих сопротивлениях во всасывающем трубопроводе, увеличен­ной частоте вращения вала давление в камере будет иметь отрица­тельное значение. На практике это означает либо отрыв жидкости от поршня, сопровождающийся гидравлическим ударом, либо не­способность насоса обеспечить подъем жидкости в цилиндр и пере­качивать ее. Для предотвращения этих явлений в каждом конкрет­ном случае принимают специальные меры: уменьшают высоту ус­тановки насоса и частоту вращения вала, увеличивают диаметр всасывающей трубы, устраняют излишние гидравлические сопро­тивления (уменьшают число задвижек, колен, сокращают длину всасывающего трубопровода), устанавливают газовый колпак.

Таким образом, вакуумметрическая высота всасывания склады­вается из геометрической высоты всасывания, скоростного напора при входе жидкости в насос и потерь напора на линии всасывания. Вакуумметрическая высота всасывания зависит от температуры перекачиваемой жидкости: чем выше температура, тем меньше высота всасывания. В заводских каталогах предельную вакууммет-рическую высоту всасывания указывают при определенной темпе­ратуре жидкости.

На значение предельной высоты всасывания оказывает влияние частота вращения вала, т. е. скорость движения поршня. Чем больше скорость, тем меньше предельная высота всасывания насоса.

Если упругость насыщенного пара перекачиваемой жидкости при ее рабочей температуре оказывается больше давления в рабо­чей камере в период всасывания, то жидкость при всасывании на­чинает кипеть, образуется пар, который заполняет рабочую каме­ру. Далее жидкость отрывается от поршня и насос перестает вса­сывать, поэтому насос устанавливают ниже уровня перекачиваемой жидкости («под залив»).

Нагнетание. В процессе нагнетания давление в рабочей камере также непрерывно изменяется. Давление, создаваемое поршнем в цилиндре насоса в период нагнетания, расходуется на: подъем жидкости на геометрическую высоту нагнетания H_г._н; преодоление давления в нагнетательном трубопроводе р_к/р; преодоление гид­равлических сопротивлений в нагнетательном трубопроводе h_с._н; преодоление сил инерции жидкости, находящейся в цилиндре и трубопроводах, h_и._н ;создание выходного скоростного напора v²/(2g);преодоление сопротивления нагнетательного клапана h_к._н

Таким образом: р_у/р=p_к/р + H_г._н+ h_с._н + v²/(2g)+ h_к._н + h_и._н

Давление в нагнетательном трубопроводе при любом положе­нии поршня, а также геометрическая высота нагнетания для дан­ной установки насоса постоянны. Остальные члены равенства в пе­риод нагнетания изменяются в зависимости от положения поршня в цилиндре.

В начале процесса нагнетания давление максимальное, затем оно снижается и достигает минимума в конце процесса. При зна­чительной длине нагнетательного трубопровода и большой частоте вращения вала насоса не исключена возможнеть отрыва жидкости от поршня. При этом возникает гидравлический удар в насосе, что совершенно недопустимо. В каждом конкретном случае принимают меры предотвращения отрыва жидкости от поршня: увеличение геометрической высоты нагнетания, сокращение длины нагнета­тельной трубы и увеличение ее диаметра, уменьшение частоты вра­щения насоса, установка нагнетательного газового колпака.

В нагнетательном и всасывающем трубопроводах поршневого насоса одностороннего действия жидкость движется с переменной скоростью, которая возрастает от нуля до некоторого максималь­ного числового значения, а затем снова падает до нуля. Некоторый промежуток времени после этого жидкость находится в покое, а затем цикл повторяется. Колебания скорости сопровождаются изме­нением ускорения движения жидкости, появлением инерционных сил, изменением гидравлических сопротивлений.