Теория действия возвратно-поступательных насосов

1. Неравномерность потока жидкости в трубах насоса

В возвратно поступательном насосе (рис. 26 а) подача пульсирует (рис. 26 б), происходит колебание скорости потока и соответственно, колебание давления, которое может снизиться до опасного предела, при этом жидкость может «закипеть» (возникнуть кавитация). Это может вызвать разрыв потока, что недопустимо.

Рис. 26. Схема поршневого насоса одностороннего действия и график изменения подачи насоса:

а) схема поршневого насоса одностороннего действия;

б) график изменения подачи

Помимо этого, пульсация давления в нагнетательных трубах неблагоприятно отражается на всей насосной установке в целом (может разрушаться фундамент и.т.д.). Поэтому пульсацию поддерживают только в определенных рамках.

В возвратно-поступательном насосе вал кривошипа приводится во вращение двигателем с постоянной угловой скоростью ω (рис. 27).

Рис. 27. Схема работы возвратно-поступательного насоса

При повороте кривошипа на угол a поршень переместится от крайнего левого положения В^’ на величину

где а – угол поворота кривошипа.

Скорость движения поршня:

Так как угол а, выражен в радианах, взяв первую производную от нее, получим угловую скорость: - угловая скорость движения кривошипа, .

Угол поворота кривошипа изменяется, скорость поршня переменна во времени. Жидкость перемещается под действием поршня, вытесняя ее из цилиндра, тогда и скорость движения ее зависит от времени.

Таким образом, движение жидкости в цилиндре насоса обусловлено неустановившемся ускорением поршня.

Ускорение поршня равно первой производной от скорости по времени t:

.

Из полученных выражений следует, что скорость движения поршня изменяется по синусоидальному закону, а ускорение – по косинусоидальному.

При движении поршня (рис. 28 б) от крайнего положения В^’ скорость его увеличивается и достигает максимума при вертикальном положении кривошипа (угол ). При дальнейшем перемещении поршня к крайнему правому положению скорость его убывает и равна нулю при . При повороте кривошипа на угол описанный процесс возрастания и убывания скорости по абсолютной величине повторяется, но направление скорости при этом противоположное.

Закон изменения ускорения (рис. 28 в) поршня характеризуется косинусоидальной зависимостью, т.е. максимальное ускорение соответствует углу поворота кривошипа , при увеличении а оно убывает и в момент достижения поршнем максимальной скорости становится равным нулю. При дальнейшем повороте кривошипа скорость движения поршня уменьшается, ускорение становится отрицательным и достигает своего минимального значения при остановке поршня в крайнем правом положении, после чего поршень начинает разгоняться и весь процесс повторяется.

Таким образом:

- путь поршня -

- скорость поршня - ;

- ускорение w .

Рис. 28. Графики изменения скорости и ускорения

от угла поворота поршня:

а) схема движения поршня; б) график изменения скорости поршня;

в) график изменения ускорения поршня