Вопрос 1.7. Воздушные колпаки

Для уменьшения колебания давления, обусловленного неравно­ мерностью подачи насоса, применяют воздушные колпаки, устанав­ ливая их на всасывающем и нагнетательном трубопроводах. Прин­ цип действия воздушных колпаков заключается в их заполнении пе­ рекачиваемой жидкостью при увеличении мгновенной подачи выше средней и в опорожнении при уменьшении ее ниже средней.

В результате в напорном и всасывающем трубопроводах поддер­ живается постоянной скорость движения жидкости, и влияние сил инерции ее движения сводится к минимуму. Установка воздушных колпаков позволяет резко улучшить параметры насосов, повысить их подачу и надежность. Эффект от применения воздушных колпаков тем выше, чем больше неравномерность подачи насоса - в особенно­ сти у одноцилиндровых насосов одинарного и двойного действия.

Воздушный колпак (рис. 1.4) представляет собой цилиндрический сосуд, частично наполненный газом. При увеличении давления в тру­ бопроводе жидкость, наполняя колпак, сжимает газ, а при уменьше­ нии давления вытесняется из него сжатым газом.

Рассмотрим работу колпака достаточно большого объема, уста­ новленного на нагнетательном трубопроводе одноцилиндрового на­ соса двойного действия.

В статическом состоянии при неподвижной жидкости в трубопро­ воде газ, заполняющий верхнюю часть колпака, находится под тем же давлением, что и жидкость.

- 1 4 -

В начале вытеснения поршнем жидкости из цилиндра (рис. 1.4, Лаза 1) расход ее минимален и пока он не достигнет среднего, объем жидкости, поступающей в напорный трубопровод, будет:

где	- мгновенная подача насоса,
	- расход жидкости из колпака.
По мере увеличения мгновенной подачи насоса расход жидкости
из колпака будет уменьшаться, а п р	д е т равен нулю. При

увеличении мгновенной подачи насоса выше средней (фаза 2) кол­ пак начнет наполняться и расход жидкости в напорном трубопрово­ де будет равен:

При уменьшении мгновенной подачи насоса ниже средней (фаза 3) колпак начнет опорожняться, при этом:

Таким образом, объем воздуха в компенсаторе все время будет

изменяться от минимального V	до максимального V , и в процессе
mm	max	г

работы колпак будет аккумулировать объем жидкости, равный:

Изменению объема воздуха будет соответствовать увеличение или уменьшение давления.

б _а

J			•шЫ*^
	JT •	* '
				*
	О •3\		.!L—Н
					" в '

Рис. 1.4. Схема работы воздушного колпака: фазы работы воздушного колпака; б - график подачи

одноцилиндрового насоса двойного действия

- 1 5 -

- 1 6 -

Давление, обусловленное силами инерции, определяется по фор­ муле:

где L - приведенная длина всасывающего трубопровода.

где / - длина участка трубопровода с поперечным сечением F_m. Определим потери давления во всасывающем трубопроводе:

Высота всасывания:

переменная величина и зависит от угла поворота кривошипа а. Самым опасным с точки зрения безотрывного движения жидкости за поршнем является момент начала всасывания, когда силы инерции жидкости максимальны. Для этого момента уравнение высоты вса­ сывания запишется следующим образом:

(1.11)

При нагнетании давление в цилиндре затрачивается на преодоле­ ние:

а) давления в конце нагнетательного трубопровода р^, б) геодезической высоты нагнетания h\,

в) гидравлических сопротивлений нагнетательной линии р ; г) сил инерции жидкости р._и; д) сопротивления нагнетательного клапана р'.

Поэтому давление в полости цилиндра в момент нагнетания мо­ жет быть определено как:

Давление р_н за время оборота кривошипа переменно и максималь­ но при нагнетании жидкости. Таким образом, высота нагнетания жид­ кости определяется:

Рис. 1.6. Индикатор:

а - принципиальная схема; 1 •• груз; 2 - барабан; 3 - перо;

4 - пружина индикатора; 5 - поршень индикатора; 6 - трехходовой кран; б - индикаторная диаграмма

поршневого насоса (пунктирная линия - идеальная, сплошная - реальная)

В левой мертвой точке перо будет занимать положение, соот­ ветствующее точке Е. В начале хода всасывания при перемеще­ нии поршня вправо в цилиндре понизится давление всасывания, поршенек манометра при этом пе­ реместится вниз, пружина со­ жмется, в результате чего перо прочертит линию ЕА. При ходе всасывания давление в цилиндре будет постоянным, и перо прочер­ тит на вращающемся барабане го­ ризонтальную линию АВ, лежа­ щую ниже линии ЕЕ, соответству­ ющей атмосферному давлению. В конце хода всасывания давление в цилиндре станет равным атмос­ ферному - поршенек под действи­ ем пружины вернется в исходное положение и перо прочертит ли­ нию BE. При ходе нагнетания дав­ ление в цилиндре повысится до давления нагнетания и поршенек будет перемещаться вверх до тех пор, пока давление жидкости не уравновесится силой упругой де­

формации пружины. Перо при этом прочертит линию ЕС.

При ходе нагнетания перо прочертит линию CD вплоть до оста­ новки поршня насоса в левом мертвом положении, когда давление в цилиндре станет равным атмосферному и пружина вернет порше­ нек в исходное положение - линия DE.

При повторении цикла работы насоса будет повторяться и траек­ тория движения пера на бумаге.

В реальных условиях диаграмма будет отличаться от идеальной вследствие наличия воздуха, газа, паров жидкости в цилиндре, уте­ чек через уплотнения поршня и клапанов, запаздывания закрытия и открытия клапанов, их сопротивления и т. д.

Реальная диаграмма (контур aecd, рис. 1.6.6) будет отличаться от идеальной наличием зигзагов возле точек а и с, что объясняется гид­ равлическим сопротивлением клапанов и их колебаниями. Линии da

^и ос не будут вертикальными, что вызвано запаздыванием закрытия

и открытия клапанов.

- 1 9 -

По виду индикаторной диаграммы можно судить о работе отдель­ ных узлов насоса.

Площадь, очерченная контуром индикаторной диаграммы, пред­ ставляет собой работу, совершенную поршнем за цикл. Разделив пло­ щадь индикаторной диаграммы F_md на ее длину и умножив на масш­ таб пружины индикатора т, мы получим среднее индикаторное дав­ ление р .

^г гср

Индикаторная работа будет равна:

а индикаторная мощность (кВт):

Эта мощность определена для насоса одинарного действия.