Всасывание возвратно – поступательного насоса

Расчёт всасывания поршневого насоса. Представим (рис. 7.5), что в одной из рабочих камер, связанных всасывающими патрубками 1 с общим воздушным колпаком 2, начинается ход всасывания. В этот момент давление у поршня наименьшее, потому что к разрежению, обусловленному подъёмом жидкости на высоту z₁ и гидравлическими потерями h₁, добавляется перепад давления, возникающий под действием инерции жидкости.

Рис. 7.5. К расчёту процесса всасывания поршневого насоса

В начале хода поршень движется с максимальным ускорением a_max, и силы инерции той части жидкости, которая движется за поршнем безотрывно, максимальны.

Для определения инерционного перепада давления рассмотрим n – й участок трубопровода длиной L_n и площадью F_n, в котором жидкость движется с одинаковым ускорением a_n. По закону Ньютона, это ускорение связано с искомым перепадом давлением: ….. ,

откуда инерционный перепад давления

.

В зависимости от размера поперечного сечения на различных участках подводящей линии (в коллекторе 3, в патрубке 1) жидкость имеет разную скорость. Общий перепад давления выражается как сумма перепадов на тех участках, где жидкость движется с ускорением. При наличии пневмокомпенсатора учитывается участок между компенсатором и поршнем, а при отсутствии компенсатора – также и всасывающий коллектор. Для коллектора принимается в расчёт суммарное ускорение жидкости, обусловленное совокупным действием поршней или плунжеров во всех рабочих камерах и определяемое по графикам ускорений (7.1).

С учётом инерционного перепада давления в момент начала хода всасывания наименьшее давление в рабочей камере (см. рис. 7.5):

. (7.16)

Здесь дополнительно к принятым обозначениям: - потери напора в начале хода поршня в коллекторе (до разветвления к рабочим камерам), в котором жидкость движется либо с постоянной (средней) скоростью при наличии пневмокомпенсатора, либо по закону, представленному графиком мгновенной подачи (см. рис. 7.1), если всасывание происходит без компенсатора; - перепад давления во всасывающем клапане, наибольший в момент его открытия (см. § 7.6).

Уравнение (7.16) используют для решения следующих задач:

1) проверка процесса всасывания у существующей установки на выполнение условия

;

2) определение предельной геометрической высоты всасывания из равенства

;

3) определение предельной частоты вращения вала из того же условия. Угловая скорость ω входит в выражение максимального ускорения a_max, от которого зависит , а также в выражение (через скорость жидкости).

При заданной высоте всасывания эффективным средством улучшения процесса всасывания возвратно – поступательного насоса является установка пневмокомпенсатора на всасывающей линии, благодаря чему инерционный перепад снижается пропорционально той части длины всасывающей линии, в которой не погашены силы инерции. Для улучшения всасывания желательно снижать нагрузку клапана, чему препятствует, однако, условие нормальной посадки клапана на седло.

В о б ъ ё м н ы х н а с о с а х в качестве расчётного критерия служит вакуумметрическая высота всасывания . Допускаемая вакуумметрическая высота всасывания в м

,

где - критическая вакуумметрическая высота всасывания, т. е. такая, при которой появляются повышенный шум и вибрация или подача падает на 10% (по ГОСТ 17335 – 79).

Расчёт допустимой высоты всасывания поршневого насоса с кривошипно – шатунным механизмом. Анализируя работу поршневого насоса с кривошипно – шатунным механизмом, можно видеть, что наиболее низкое давление получается в самой верхней точке полости всасывания в тот момент, когда поршень изменяет направление движения (начинает всасывающий ход). В этот момент поршень движется с наивысшим ускорением и на значение давления в цилиндре оказывают существенное влияние силы инерции жидкости, движущейся за поршнем безотрывно.

Давление в цилиндре с учётом влияния сил инерции при всасывании определяется уравнением одномерного неустановившегося движения

,

где p₀ – давление на поверхности всасываемой жидкости; H_ВС – расстояние по вертикали от поверхности всасываемой жидкости до верхней точки полости цилиндра; h_ВС – потери напора во всасывающем тракте; – понижение давления, обусловленное инерцией неравномерно всасываемой жидкости.

Скорость жидкости в сечении , м², полости всасывания (§6.1 и §7.2)

.

Ускорение всасываемой жидкости

.

По изложенному в §7.2 . Следовательно,

.

Сила инерции неравномерно всасываемой жидкости
,

где - длина полости всасывания с неравномерным движением.

Очевидно,

.

Подставляя в последнее , получаем

.

Таким образом, в итоге

.

Наименьшее значение достигается в начале хода всасывания при .

Отрыв поршня от жидкости (явление кавитации) происходит при понижении давления в полости всасывания до давления насыщенного пара при данной температуре жидкости. Поэтому полагаем в уравнении

Н/м²

где 20000 Н/м² – запас давления, обеспечивающий безотрывность поршня от жидкости. Получаем допустимую высоту всасывания:

.

Отсюда ясно влияние различных факторов на допустимую высоту всасывания поршневого насоса. Особое значение имеет частота вращения вала насоса, влияющая на допустимую высоту всасывания через инерционные силы и гидравлические сопротивления полости всасывания.

Увеличение частоты вращения существенно понижает допустимую высоту всасывания поршневого насоса.

Допустимая высота всасывания при температуре воды до 303 К обычно не превышает 6 м.