Мощности и К. П. Д. Харатеристика насоса

Изменение давления в рабочей камере насоса изображается индикаторной диаграммой (§ 6.1, рис.6.1, 6.2, 7.2, а, б).

Рис. 7.2. Индикаторные диаграммы поршневого насоса

В координатах s, p схематически она имеет вид прямоугольника 1 – 2 – 3 – 4.

При движении поршня вправо (рис. 7.2, а) давление в камере p₁ ниже атмосферного p_a, что объясняется гидравлическими потерями во всасывающем тракте, а также возможным расположением насоса над уровнем жидкости во всасывающем резервуаре. В точке 1 поршень изменяет направление движения на обратное, всасывающий клапан автоматически закрывается, и в камере резко увеличивается давление до p₂, превышающего давление в начале нагнетательной линии p_k (точка 2). Это превышение обусловлено перепадом давления в нагнетательном клапане. В крайнем левом положении поршень снова меняет направление движения. При этом давление резко падает по линии 3 – 4, нагнетательный клапан K₂ закрывается, и открывается всасывающий клапан K₁.

Действительная диаграмма отличается от схематической наклоном линий подъёма 1 – 2 и спада давления 3 – 4, что обусловлено сжимаемостью перекачиваемой жидкости и упругой деформацией стенок рабочей камеры. На форму линий 2 – 3 и 4 – 1 влияют колебания давления на входе и выходе насоса, а также изменения гидравлического сопротивления в клапанах.

Индикаторные диаграммы – средство, во-первых, установления состояния и технической диагностики действующего насоса и, во-вторых, определения индикаторной мощности с целью нахождения баланса мощностей.

Для диагноза неисправностей снятую индикаторную диаграмму сопоставляют с эталонной и выявляют отклонения от нормы. Примеры искажённых диаграмм представлены на рис. 7.2, б.

1 – вместе с жидкостью по линии a сжимается газ (например, воздух в случае всасывания из открытого резервуара). Подача насоса уменьшается в пропорции к отношению длин l₁ и l, так как на отрезке c происходит сжатие воздуха;

2 – в рабочей камере вследствие неправильной конструкции образуется газовый мешок. Всасывающий клапан открывается после того, как газ в мешке расширится по линии b, вследствие чего также снижается подача насоса;

3 – запаздывание с посадкой всасывающего клапана, пропускающего жидкость на отрезке l, в результате чего задерживается возрастание давления в рабочей камере;

4 – при запаздывании с закрытием нагнетательного клапана задерживаются спад давления в цилиндре и открытие всасывающего клапана;

5, 6 – неплотность клапанов (перетекание жидкости особенно заметно около мёртвых точек на участках d диаграмм);

7 – насос работает без пневмокомпенсаторов или при их неэффективном действии (вследствие удалённости от рабочей камеры, недостаточного объёма газа в компенсаторе);

8 – жидкость неравномерно подходит к насосу при давлении выше атмосферного.

Площадь индикаторной диаграммы пропорциональна работе поршня, совершённой за один двойной ход. Действительно, при ходе вправо (см. рис. 7.2, а) на поршень действует переменное давление p₁. Текущая сила, действующая на поршень, составляет p₁F, среднее её значение за ход p_{1, ср}F, а работа . Она считается отрицательной, так как передаётся поршню. При ходе влево , причём работа A₂, совершаемая против действия силы давления, - положительная.

Алгебраическая сумма названных работ – индикаторная работа:

.

Разность средних давлений – среднее индикаторное давление , где - площадь и длина индикаторной диаграммы; - вертикальный масштаб. Заметим, что для вычисления горизонтальный масштаб чертежа не требуется.

Таким образом, индикаторная работа за двойной ход поршня , а индикаторная мощность, затрачиваемая в рабочей камере,

,

где n – частота ходов поршня (в секунду).

Общая индикаторная мощность многокамерного насоса вычисляется суммированием индикаторных мощностей во всех рабочих камерах. Представим её в следующем виде: , где - удельная индикаторная работа; - массовый расход жидкости (вместе с утечками); - коэффициент наполнения насоса.

Индикаторный КПД

,

где - полезная мощность, давление и подача насоса; - объёмный КПД Гидравлическим КПД () учитываются гидравлические потери на участке между вакуумметром и манометром, главным образом в клапанах насоса. Как видно, коэффициент наполнения не влияет на КПД насоса.

Приведём такой пример. Во время испытания трёхплунжерного насоса при давлении МПа вследствие расширения жидкости, остающейся в мёртвом пространстве, объём которого в 26 раз больше рабочего объёма, коэффициент подачи составлял всего , но КПД оставался высоким ().

Мощность насоса больше индикаторной за счёт мощности механического трения в насосе (). Источники потерь: в гидравлической части – уплотнения поршня, плунжера и штока, в приводной части – крейцкопф, зубчатая передача и опоры качения валов.

Механический КПД и зависит от нагрузки. С уменьшением давления насоса падает, что объясняется увеличением доли механических потерь, которые снижаются менее интенсивно, нежели индикаторная мощность.

КПД насоса

.

При полной (расчётной) нагрузке величина зависит от конструкции, состояния, качества изготовления и размеров насоса. В среднем для вальных насосов .

Х а р а к т е р и с т и к а н а с о с а. При построении графической характеристики любого объёмного насоса за аргумент принимают не подачу, как в случае динамических насосов, а давление насоса (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Характеристика объёмного насоса

Зависимость представляется слегка падающей линией. Снижение подачи объясняется увеличением объёма жидкости, перетекающей через неплотности насосных камер с ростом перепада давления.

Мощность насоса при этом возрастает, а КПД близок к постоянному в широком диапазоне изменения давления. Он заметно снижается лишь при чрезмерно низких или высоких значениях . В первом случае – в результате того, что полезная мощность становится слишком малой, а с приближением к режиму холостого хода любой механизм работает менее экономично. Во втором случае – вследствие увеличения объёма перетекающей жидкости.