книги / Насосы, компрессоры, вентиляторы

11-9. ИСПЫТАНИЯ ПОРШНЕВЫХ НАСОСОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ В РАБОТЕ

Испытания насосов производят с целью выяснения их исправности и энергетической эффективности работы.

При испытании насоса измеряют действительную производитель­ ность, мощность на валу, объемный, гидравлический, механический и полный к. п. д.

Измерение действительной производительности удобно производить при помощи мерных баков. В тех случаях, когда это выполнить нельзя, пользуются диафрагмой с дифференциальным манометром.

Теоретическая производительность насоса определяется в зависимо­ сти от геометрических размеров насоса п числа оборотов (двойных хо­

в зависимости от типа насоса.

В приведенных формулах z — количество цилиндров насоса. Напор, создаваемый насосом, определяется по показаниям мано­

метра на напорном и вакуумметра на всасывающем трубопроводах. Полезная мощность, потребляемая насосом, определяется по дей­

в сети электродвигателя, его к. п. д. и к. п. д. передачи от электродви­ гателя к насосу.

Объемный к. п. д. определяется по теоретической и действительной производительностям:

Гидравлический к. п. д. определяется из соотношения

/Щ~‘По'Пг'

откуда

В результате оказываются известными все основные параметры поршневого насоса.

Сравнение снимаемой при испытании индикаторной диаграммы на­ соса с нормальной диаграммой позволяет судить о правильности рабо­ ты насоса.

Наличие неисправностей в работе насоса отражается на его инди­ каторной диаграмме, как это видно из рис. 11-19.

Если насос вместе с жидкостью подсасывает воздух, то линия подъ­ ема давления 1—2 из вертикальной прямой линии превращается в кри­ вую (случай а). Это означает, что повышение давления протекает по некоторой части хода поршня вследствие сжимаемости воздуха, находя­ щегося в цилиндре. Если при этом воздух из цилиндра на ходу подачи вытесняется, то линия понижения давления 3—4 вертикальна. Если же воздух в цилиндре остается, то линия понижения давления также прев-

в цилиндре во время подачи и всасывания отражается также на гори­ зонтальных линиях диаграммы: они получаются волнистыми.

Неплотность всасывающего клапана придает наклон линии 1—2, так что повышение давления до конечного значения достигается на некото­ рой части хода (случай в). Если же напорный клапан недостаточно плотен, то повышение давления начинается несколько ранее начала хода подачи (случай г).

Повышенная (против допустимой) высота всасывания вызывает разрыв сплошности жидкости в цилиндре и сильные удары в начале хода подачи. Это объясняется резким смыканием полости разрыва в на­ чале процесса повышения давления. Диаграмма приобретает форму д.

Ввиду большого практического значения индикаторных диаграмм снятие их производится не только при испытаниях насоса, но и периоди­ чески в процессе эксплуатации насоса.

Пример 11-1. Определить основные размеры двухцилиндрового насоса двойного

= / / CT+aQ2 ПРИ Я ст = 40 м и а = 6,4.

Насос приводится в движение через клиноременную и зубчатую передачи от электродвигателя с л=960 об/мин.

Р е ш е н и е . Производительность одного цилиндра

Q' = Q2 = 0,63 м*/мин.

Уравнение производительности:

Q '^ ^ - { 2 D * - d * ) n S r t0.

Принимаем

S/D = 1 и

Средняя скорость поршня ил = 25/г(60 может быть принята равной 0,6ж/с£тс. Поэтому

n = Q ' = 27D2i)0.

Необходимое значение D при т)0 = 0,92 составляет:

Глава двенадцатая

ПОРШНЕВЫЕ КОМПРЕССОРЫ

12-1. ИНДИКАТОРНАЯ ДИАГРАММА

Схема компрессора и его теоретическая индикаторная диаграмма представлены на рис. 12-1.

Проследим порядок работы цилиндра компрессора при помощи диа­ граммы p=f(V) (где V — объем, замыкаемый поршнем в цилиндре и зависящий от положения поршня).

Двигаясь от правого крайнего положения влево, поршень сжимает газ, находящийся в цилиндре. Всасывающий клапан закрыт в течение всего процесса сжатия. Напорный клапан закрыт до тех пор, пока раз­ ность давлений в цилиндре и напорном патрубке преодолеет натяже­ ния пружины. Когда это произойдет, напорный клапан откроется и поршень будет вытеснять газ в напорный трубопровод. Процесс повы­ шения давления изображается на диаграмме линией 1—2, а процесс подачи газа — линией 2—3.

Если р2 — давление в цилиндре при подаче газа, то объем газа, по­ даваемого компрессором при этом давлении, будет КПод.

При сжатии температура газа повышается, так как охлаждающая вода не отнимает от газа все тепло, выделяющееся при сжатии. Линия

В действительности же благодаря влиянию инерции газовых масс, действию клапанов и их пружин давление подачи не удерживается стро-

тракта всасывания. Процесс всасывания представляется изобарой 4—/. Полученная замкнутая фигура 1—2—3—4— 1 является теоретиче­

ской индикаторной диаграммой компрессора.

Действительная индикаторная диаграмма несколько отличается от теоретической (в основном в линиях всасывания и подачи).

12-2. ПРОЦЕССЫ СЖАТИЯ И РАСШИРЕНИЯ ГАЗА В ПОРШНЕВОМ. КОМПРЕССОРЕ

Впоршневых компрессорах теоретически возможны термодинами­ ческие процессы сжатия, указанные в § 3-7.

Протекание процессов сжатия и расширения существенно зависит от теплообмена между газом и внутренними поверхностями цилиндра.

Вбольшинстве случаев поршневые компрессоры выполняются с во­ дяным охлаждением. При этом обеспечивается довольно интенсивный теплообмен; процессы сжатия и расширения являются политропными со средними значениями показателей n = 1,35 и лр = 1,2 (для двухатомных газов). В компрессорах со слабо действующим воздушным охлажде­ нием сжатие может протекать по адиабате и даже по политропе с пока­ зателем n>k.

(12-5)

N- = m h ^ PiQ^ P'i квт■

Для поршневых компрессоров различных конструкций

т]м = 0,8 -т- 0,93.

Изотермный к. п. д. зависит от интенсивности охлаждения компрес­ сора и лежит в пределах Т1из = 0,65-7-0,85.

В конце хода подачи в цилиндре остается некоторое пространство, занятое газом. Это пространство называют мертвым и обозначают Ум- Цилиндры компрессоров всегда выполняются с мертвым простран­ ством; это необходимо во избежание удара поршня о крышку при под­

ходе его к крайнему положению.

Величина объема мертвого пространства обычно оценивается в до­ лях или процентах рабочего объема цилиндра и называется относитель­

В современных компрессорах а = 0,025-5-0,06.

Наличие мертвого пространства приводит к тому, что всасывание начинается не в начале обратного хода поршня, а в конце процесса расширения (точка 4 на рис. 12-3). Следовательно, объем VBC, факти­ чески всасываемый поршнем, меньше рабочего объема цилиндра.

Отношение всасываемого объема, взятого по индикаторной диа­ грамме, к рабочему объему цилиндра называют объемным коэффициен­ том компрессора:

(12-7)

Объемный коэффициент характеризует использование рабочего объёма цилиндра.

По уравнению политропы для начала и конца процесса расширения имеем:

показана на рис. 12-5.

Количество ступеней, необходимое для достижения заданной сте­ пени сжатия, принимают в пределах:

Многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением прибли­ жает рабочий процесс компрессора к изотермному. Поэтому при задан­ ной степени сжатия компрессора применение ступенчатого сжатия обу­ словливает существенную экономию мощности приводного двигателя. Чтобы доказать, это, рассмотрим диаграммы pv и sT трехступенчатого компрессора с водяным охлаждением цилиндров и промежуточными охладителями.

сохранении постоянного давления. Если произвести охлаждение до на­ чальной температуры, то точка Г конца процесса охлаждения располо­ жится на начальной изотерме 1—/.

В состоянии, определяемом точкой У7, в объеме V—З7 газ поступает во вторую ступень, где он сжимается политропно по линии У7—2” до

давления р"2.

В охладителе между второй и третьей ступенями газ охлаждается по изобаре 2"—У" и в состоянии, определяемом точкой У77 поступает в третью ступень. Здесь он сжимается по политропе У"—2'"

Диаграмма трехступенчатого компрессора представляется фигурой У—2'— 1f—2”—У 2777—З777—4.

Сравнивая диаграммы одноступенчатого и трехступенчатого ком­ прессоров, обнаруживаем уменьшение внутренней работы, определяемой величиной площади 2'—2—2777—У"— 2"—У', показанной на чертеже вер­ тикальной штриховкой. Отсюда очевидна энергетическая эффек­ тивность многоступенчатого сжа­

тия.

венно от стенок цилиндра и в термодинамическом процессе не участ­ вует. Тепло, возникающее в результате газового трения, в поршневых компрессорах незначительно вследствие низких скоростей газа.

Нанесем на графике изобары промежуточных давлений р'2 и //'г. Политропные процессы сжатия по ступеням выражены линиями У—27, Г —2", У77—2"' Процессы охлаждения в промежуточных охладителях представляются отрезками изобар 2'— Г и 2"—У"

Работа цикла трехступенчатого компрессора определяется пло­ щадью У—2'—У7—2"—У"—2/7/—3—4—5—У тепловой диаграммы. Работа в тепловых единицах, затрачиваемая в каждой ступени сжатия, склады­ вается из двух частей: тепла, отводимого от газа в процессе сжатия, и тепла, израсходованного на изменение термодинамического состояния газа. Так, например, для первой ступени ALx= cv(T'2— и пред­ ставляется площадью У—2'—У7—6—5—У.

При отсутствии охлаждения цилиндра тепло механического трения передается газу и процесс сжатия протекает по политропе У—7 с пока­ зателем n>k. В этом случае работа цикла представляется площадью У—7—27—У7—6—5—У. Таким образом, экономия в работе, обусловлен­ ная охлаждением цилиндра первой ступени, выражается У—2'—7—У. Аналогичные соображения могут быть приведены и для остальных сту­ пеней компрессора.

Очевидно, что экономия от применения трехступенчатого сжатия выражается площадью 27—2—277/—У"—2"—У7—27

Из рис. 12-7 ясно, что ступенчатое сжатие с промежуточным охлаж­ дением приближает процесс компрессора к изотермному. Так, например, выбрав большое количество ступеней, получаем диаграмму sT в виде ломаной линии, близкой к изотерме T ^const и в пределе сливающейся с последней.