книги / Насосы и компрессорные машины

член уравнения (17) есть производная от полной удельной энергии жидкости, взятая по пути S £, или, другими словами, изменение пол­ ной удельной энергии на единице длины пути. Второй член уравнения характеризует силы инерции, возникающие в неустановившемся потоке.

Перенеся второй член уравнения (17) в правую часть, получим

Из уравнения (18) видно, что изменение удельной энергии опреде­ ляется работой сил инерции.

В реальной жидкости часть удельной энергии потока затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений. Для реальной жидко­ сти уравнение (18) должно быть дополнено членом, учитывающим гид­ равлические сопротивления, и тогда оно принимает вид:

_д_

(19)

dS

где ££ — учитывает изменение удельной энергии вдоль потока вслед­

ствие сопротивлений.

После интегрирования уравнения (19) и некоторых преобразований получим

(1 + ^ i)^ r+ ke — напор, затрачиваемый на преодоление гидрав­ лических сопротивлении, в м\

-J _ _ напор затрачиваемый на преодоление инер-

ционного сопротивления, в м. Проанализируем уравнение (20). Все члены уравнения в квадрат­

ной скобке, за исключением г0, положительны. г0 может быть отрица-

знакопеременный. Таким образом, давление под поршнем в период всасывания будет всегда меньше давления на свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре. Оно должно быть выше давления парообразования перекачиваемой жидкости при данной температуре, в противном случае может наступить разрыв потока жидкости (кави­ тация).

Поршень насоса в этом случае может оторваться от жидкости, и тогда, кроме уменьшения подачи насоса и последствий, вызываемых кавитацией, возможен удар жидкости о поршень. Следовательно, для нормальной работы насоса должно быть соблюдено условие рх> > рь где pt — давление парообразования жидкости при данной тем­ пературе.

Давление рх будет тем больше, чем больше ра и чем меньше сумма членов, находящихся в квадратных скобках уравнения (20).

Обычно ра равно атмосферному давлению. Если насос откачивает конденсат из конденсатора пароэнергетической установки, то ра меньше атмосферного давления.

Высота г0 может быть принята тем большей, чем меньше сумма ос­ тальных членов в скобках. На практике не рекомендуется принимать z0 больше 4—5 м.

Величина хода поршня х изменяется O T S д о нуля, она незначитель-

LH— приведенная длина нагнетательного трубопровода в м\

ш2 — приведенный коэффициент сопротивления нагнетательного трубопровода;

kH— потеря напора в нагнетательном клапане в м (фиг. 13); V — скорость в конце нагнетательного трубопровода в м/сек.

Фиг. 13. Схема нагнетательной линии насоса.

Анализ выражения (21) показывает, что и в этом случае возможен отрыв жидкости от поршня в конце его хода. Во избежание этого сле­ дует стремиться к увеличению высоты подачи, сокращению горизон­ тальных участков нагнетательного трубопровода, увеличению его диаметра, уменьшению числа оборотов и радиуса кривошипа.

§ 5. ВОЗДУШНЫЕ КОЛПАКИ

Для улучшения условий всасывания и уменьшения пульсации подачи жидкости насосом применяются так называемые воздушные колпаки. Воздушные колпаки представляют собой герметические ре­ зервуары, установленные на всасывающем и на нагнетательном тру­ бопроводах вблизи самого насоса (фиг. 14 и 15).

Рассмотрим действие воздушного колпака, установленного на вса­ сывающей магистрали. При достаточно больших размерах воздушного колпака колебания уровня жидкости в нем будут незначительными, поэтому и движение жидкости от нижнего уровня до колпака можно считать близким к установившемуся.

Инерционные силы в потоке в этом случае будут проявляться толь­ ко на коротком участке всасывающего трубопровода от колпака до насоса.

Благодаря этому сопротивления во всасывающей трубе уменьша­ ются. Так как ускорение сообщается лишь небольшому объему жидко­ сти между воздушным колпаком и всасывающей камерой насоса, неравномерность движения будет иметь место только на участке от колпака до поршня. В связи с этим воздушные колпаки следует

устанавливать возможно ближе к насосу. Установка воздушного кол­ пака на всасывающем трубопроводе позволяет увеличить высоту вса­ сывания и число оборотов насоса и уменьшить колебания давления.

Над уровнем жидкости в колпаке всегда будет находиться воздух. Так как давление над жидкостью в колпаке меньше атмосферного, жидкость постоянно будет притекать к колпаку

из нижнего резервуара.

Принцип действия нагнетательного воздуш­ ного колпака еще проще. В период нагнета­ ния уровень жидкости внутри колпака подни-

мается и давление воздуха над ним повышается. В период всасывания,, когда нагнетательный клапан закрыт, благодаря колпаку подача жид­ кости в нагнетательный трубопровод не прекращается и происходит

позволяет уменьшить величину инерционных сил, которые проявля­ ются только на коротком участке между насосом и колпаком. Для того чтобы воздушные колпаки выполняли свое назначение, необходимо поддерживать в них надлежащий объем воздуха. С целью устранения попадания большого количества в насос воздуха, скопившегося во всасывающем колпаке, во всасывающей трубе, находящейся в колпаке, делается ряд отверстий, через которые воздух небольшими порциями поступает в насос вместе с жидкостью.

Ввиду того, что при больших давлениях воздух растворяется в жидкости, его количество в нагнетательном колпаке будет убывать. Для поддержания постоянного количества воздуха нагнетательный

колпак имеет специальные соскй (ввинченные в крышку колпака труб­ ки с обратным воздушным клапаном), через которые воздух поступает в колпак в период всасывания. Соскй имеют запорные краны, с помо­ щью которых можно прекратить засасывание воздуха.

Расчет воздушного колпака. Расчет воздушного колпака сводится к определению его объема. Чем больше объем колпака, тем больше равномерность подачи насоса и меньше пульсация давления.

Пульсация давления в насосе характеризуется степенью неравно­ мерности давления в воздушном колпаке:

Величины ртin, Ртах. Рср и Vmin, V,mx, Vср наглядно представлены

на-фиг. 16.

За период нагнетания изменение объема воздуха в колпаке насоса простого действия (площадь F = 1м2) в связи с задержкой в нем части поданной жидкости составит Vmax — Vmin и будет равно заштрихован­ ной части синусоиды

(Vmin - 0) sin ?! = 0,318, ?! = 18°34'

Таким образом,

или в окончательном виде

Vmax — Vmin = 0,55 2Г=

где ф = 0,55, S = 2 г.

Полагая, что процессе воздушном колпаке близок к изотермическо му, можно написать

тогда степень неравномерности давления в воздушном колпаке будет

Приняв степень неравномерности давления в колпаке 5р = 0,02 -f- -f- 0,05 и считая ф = 0,55, получим минимально необходимый средний

Формула (27) справедлива для насоса простого действия.

При расчете колпаков для насосов двойного, тройного и четверного

Объем нагнетательного воздушного колпака можно определить приближенно в зависимости от длины нагнетательного трубопровода LHи давления в нагнетательном колпаке Нн как произведение

V*H= iFS.

С увеличением же массы клапана увеличивается и его инерция, что вредно сказывается на режиме его работы (сильно увеличиваются гидравлические сопротивления в момент отрыва его от седла). Поэтому оказалось более выгодным недостающий вес клапана для плотного его

Опорные поверхности тарельчатых клапанов с целью лучшего

Редко встречаются и шаровые клапоны; применяемые в небольших насосах при малых числах оборотов, преимущественно при перекачке густых сильно вязких жидкостей.

В случае, когда диаметр тарельчатого клапана, а следовательно и вес его, получается слишком большим, применяются групповые кла­ паны (т. е. вместо одного клапана большого диаметра ставят несколь­ ко клапанов меньших размеров) или кольцевые клапаны.

Групповой клапан по своей конструкции аналогичен обычному тарельчатому и отличается от него меньшим диаметром. Этажные кла­ паны сложны по своей конструкции, поэ­ тому в настоящее время не применяются.

Кольцевые клапаны (фиг. 21) из-за слож­ ности конструкции и больших неудобств в эксплуатации применяются реже, чем груп­ повые.

Герметичность клапана достигается хо­ рошей обработкой опорных поверхностей и выбором соответствующего материала для них.

Для опорных поверхностей применя­ ются дерево, резина, кожа, чугун, бронза, нержавеющая сталь, пластмассы. Металлы

Фиг. 21. Кольцевой клапан:

применяются для чистой воды. Для загряз­ ненных жидкостей применяются: кожа, ре­ зина, дерево, эбонит и некоторые другие пластмассы. Кожа долговечна при перека­ чивании воды, имеющей температуру не более 20—25°С. Резина применяется для

небольших давлений при перекачивании теплой (но не горячей) во­ ды. Даже в чистой ?оде резина со временем становится хрупкой. Эбо­ нит применяется при больших давлениях жидкости.

Допускаемые давления на опорные поверхности клапанов приведены в табл. 2.

Правильная посадка кла­ пана на седло обеспечивается надлежащей конструкцией на­ правляющих ребер клапана. Наиболее распространенными являются Т-образные направ­ ляющие ребра (см. фиг. 18).

Уменьшение гидравличе­ ских сопротивлений клапана достигается главным образом уменьшением его веса, а так­

же рациональным выбором размеров щели проходного сечения. Без­ ударная посадка клапана, а также подъем его без стука обеспечива­ ются правильным выбором высоты подъема клапана и числа обо­ ротов насоса.

Основы теории клапанов. Рассмотрим самодействующий тарельча­ тый клапан с пружинной нагрузкой (см. фиг. 17).