Как действует рабочее колесо

Теоретически напор осевых насосов определяется как отношение работы силы на длине шага лопастей к единице массы жидкости:

.

Гидродинамические потери определяются, как работа силы на единицу длинны шага к единице массы жидкости:

;

;

;

;

Поршневые насосы – насосы, в которых сообщение энергии жидкости производится с помощью поршня, который совершает возвратно-поступа-тельное движение. Для классификации используются два признака: кратность действия – отношение теоретической подачи насоса за один двойной ход поршня к объему, описанному поршнем за один ход:

.

В соответствии с величиной, поршневые насосы делятся на насосы простого и многократного действия. Двух-, трех-, четырехкратного действия.

Насос простого действия – одна рабочая полость:

.

Насос двукратного действия – один цилиндр, две рабочие полости:

(без учета объема штока).

Тройного действия – три цилиндра простого действия и коленчатый вал:

.

Четырехкратного действия – два цилиндра двукратного действия:

.

В качестве привода поршневого насоса используется электродвигатель и прямодействующие поршневые паровые машины. Достоинства поршневых насосов – высокая самовсасывающая способность, возможность использования для перекачивания смазывающих и не смазывающих жидкостей.Недостатки – сложное устройство, большая масса и габариты. У поршневых насосов прямого и двукратного действия – большая степень напора и подачи.

Рассмотрим на примере приводного насоса простого действия:

1. – клапанная коробка (3 полости)

a. всасывающая (нижняя)

b. промежуточная (сообщена с рабочей полостью)

c. верхняя (нагнетательная)

2. – нагнетательный клапан

3. – шток клапанов

4. – КШМ

5. – цилиндр

6. – поршень

7. – рабочая полость цилиндра.

8. – всасывающий клапан

Во время действия насоса, поршень совершает возвратно-поступатель-ное движения. При движении вверх давление в цилиндре понижается, открывается всасывающий клапан. Жидкость из всасывающего трубопровода поступает в цилиндр за счет разности давлений в расходной цистерне. При нагнетании, поршень движется вниз, давление увеличивается, клапан закрывается, нагнетатель открывается. Жидкость поступает в нагнетательный трубопровод через промежуточную полость. Поршневые насосы обладают высокой самовсасывающей способностью. Для пояснения рассмотрим случай, когда насос заполнен воздухом. При движении поршня вверх, объем в цилиндре увеличивается, содержащийся воздух расширяется, а давление понижается, что можно показать уравнениями состояния воздуха:

– начало всасывания,

,

где

– площадь поршня,

– ход поршня.

Температура изменяется мало, допускаем, что .

Получаем: ,

,

.

За счет разности давлений жидкость поднимается во всасывающий трубопровод с каждым ходом поршня выше, заполняет цилиндр, и насос начинает нормальную подачу.

 

Подача поршневого насоса

 

Подача поршневого насоса зависит от площади поршня и от величины его перемещения во время нагнетания.

,

где – радиус кривошипа;

– угол поворота кривошипа;

– текущее значение хода поршня.

Если поршень переместиться на величину , то:

,

,

где – скорость поршня.

,

,

,

.

Подача насоса за один оборот (поршня) коленчатого вала равна объёму цилиндра:

Подача при непрерывном вращении:

.

С учётом кратности действия:

.

Для насосов двух- и четырёхкратного действия учитывается объём, занятый штоком.

Действительная подача:

,

– рабочий объём цилиндра насоса простого действия,

– насоса многократного действия.

Подача поршневого насоса является величиной переменной, т.к. поршень движется с переменной скоростью, а жидкость при нормальных условиях действия неотрывно следует за поршнем.

Подача насоса простого действия – величина переменная, равна Ø в начале и конце хода нагнетания и имеет максимум в средней части хода нагнетания, когда . Подача насоса простого действия отличается неравномерностью.

9. – клапанная коробка (3 полости)

a. всасывающая (нижняя)

b. промежуточная (сообщена с рабочей полостью)

c. верхняя (нагнетательная)

10. – нагнетательный клапан

11. – шток клапанов

12. – КШМ

13. – цилиндр – поршень

14. – рабочая полость цилиндра.– всасывающий клапан

Нормальными условиями считаются такие условия всасывания и нагнетания, при которых жидкость неотрывно следует за поршнем. Такой режим действия насоса обеспечивается тогда, когда напор под поршнем во время всасывания и нагнетания будет выше напора насыщенного пара жидкости.

,

– давление насыщенных паров жидкости (давление, при котором жидкость закипает при данном значении температуры).

В противном случае произойдёт кавитация.

Движение жидкости во всасывающем тракте поршневого насоса, анализ выражения для напора жидкости под поршнем во время всасывания.

Напор насоса это приращение энергии,сообщенное насосом единице массы жидкости для поршневых насосов – это приращение работ над поршнем и ее напора во время нагнетания и всасывания.

H=Pн/(ρg)­Pв/(ρg)

Pн/(ρg)­ напор жидкости над поршнем во время нагнетания

Pв/(ρg)- во время всасывания.

Во время действия поршневого насоса жидкость неотрывно следует за поршнем, скорость поршня переменная, следовательно переменной является скорость жидкости. Учитывая это выражение для Pн/(ρg) и Pв/(ρg) получают, используя уравнения неустановившегося движения, которое выражает изменение энергии единице массы жидкости при ее перемещении на участке бесконечно малой длины.

∂ℓ (z+ Pн/(ρg)+υ²/(2g)) +∂ℓR+ ∂cdℓ/(g∂t)=0

¯¯¯¯¯¯¯1¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯2¯ ¯¯¯¯3¯¯¯

(1,2,3) – изменение энергии.

1 - изменение удельной энергии жидкости – идеальной не вязкой жидкости, движущейся с постоянной скоростью.

2 – энергия затраченная на преодоление гидравлических потерь.

3 – выражает изменение энергии жидкости под действием инерционных сил.

Напор под поршнем во время всасывания

Выражение для Pв/(ρg) плучаем, в результате суммирования бесконечно малых изменений энергий жидкости по всей длине всасывающего тракта от открытого конца до поршня в данной точки хода, т.е. в результате интегрирования уравнения неустановившегося движения.

∫ ∂ℓ (z+ Pн/(ρg)+υ²/(2g)) +∫∂ℓR+ ∂c*∫dℓ/(g∂t)=0

ℓв ℓв ℓв

интегрирование осуществляется по членно

Пределы интегрирования определяются с помощью схем.

Pв – давление под поршнем во время всасывания

Xв – текущее значение хода поршня РИСУНОК

Zв – геометрическая высота всасывания

S – полный ход поршня

C – скорость

Φ – угол поворота вала насоса

Pа – атм. Давление

Pв/(ρg)= Pа/(ρg) - [Zв+Хв+С²(1+Wв)/(2g)+hгв+(Lв+ Хв) ∂c/ g∂t]

¯¯1¯¯¯ ¯¯2¯¯¯ ¯¯¯¯¯3¯¯¯¯¯¯ ¯4¯ ¯¯¯¯¯5¯¯¯¯¯¯¯

Pв/(ρg) – напор под поршнем во время всасывания

1,2,3,4,5 – факторы определяющие его величину Pв/(ρg)

С – скорость поршня

Wв – сумма величин не зависящих от скорости

Lв – приведенная длина всасывающего трубопровода

1 – является следствием атм. Давления на свободную поверхность жидкости в расходной цистерне

2 – следствием гидростатического давления во всасывающем тракте

3 - является следствием скорости жидкости и гидростатического сопротивления

4 - является следствием сопротивления всасывающего клапана

5 - является следствием инерционных сил в жидкости

Решая это выражение относительно переменной Хв, учитывая что С=rωcosφ, а ускорение ∂C/∂t=rω²cosφ, строим график Pв/(ρg). ГРАФИК

График Pв/(ρg) получен в результате суммирования составляющих 1-5 с учетом их знаков.

Вывод напор под поршнем во время всасывания величина переменная, имеет миниум в начале, максимум в конце хода всасывания.

Ордината между линиями 1 и Pв/(ρg) – потери энергии на преодоление сопротивления всасывающего тракта

 

Роторные насосы

Общие особенности – используются только для перекачивания смазывающих или маслозагрязнённых жидкостей. Объясняется это тем, что вытеснители насосов нуждаются в смазке. Исключение – водокольцевые и негерметичные винтовые насосы. Все роторные насосы обладают самовсасывающей способностью.

Шестерёнчатые насосы

Вытеснителями являются шестерни.

Для классификации используют два признака:

1. Вид зацепления шестерен.

2. Вид зубьев шестерен.

По 1-му признаку шестерёнчатые насосы делятся на насосы с наружным и внутренним зацеплением шестерен. По 2-му признаку делятся на насосы с прямозубыми, косозубыми и шевронными шестернями.