Главная » 2014 » Май » 8 » Неравномерность подачи поршневых насосов и методы ее выравнивания.
18:03
Неравномерность подачи поршневых насосов и методы ее выравнивания.
Неравномерность подачи поршневых насосов и методы ее выравнивания
Как указывалось, подача однопоршневого насоса прерывиста и отличается большой неравномерностью, которую принято характеризовать коэффициентом
Ускорение имеет наибольшее значение в начале каждого хода, когда cos а 1. Величина ри добавляется к р2Ц в начале хода вытеснения и уменьшает значение р1Ц в начале хода заполнения, поскольку ускорение жидкости в подводящей линии происходит благодаря запасу давления р0 перед входом в нее. В конце каждого хода, когда поток замедляется (АВ на рис. 3.4, а), величины ра изменяют знак, что ведет к уменьшению р2Ц и возрастанию Следовательно, в насосной установке возникают колебания давлений р2Ц и рт около их средних значений, определяемых средней подачей Q, в пределах 2ри. При большой частоте вращения и значительной длине подводящей линии инерционное понижение давления может привести в начале хода заполнения к кавитационным явлениям в цилиндре, вызывающим удары жидкости о поршень и усугубляющим шум и вибрацию при работе насоса. Для уменьшения неравномерности применяют два способа. Первый сводится к применению многопоршневых машин с общей приводной частью и общими магистральными трубопроводами. Диаграмма OABCD на рис. 3.4, а представляет собой график подачи двухпоршневого насоса. Для него согласно зависимостям (3.15) и (3.24) Q„ = 2Shn и о = я/2. При этом длительные перерывы подачи устраняются, но мгновенные режимы Q„ т = 0 сохраняются. Следовательно, сохраняются и предельные значения инерционных пульсаций давления ри. Конструктивно двухпоршневой насос может представлять два качающих узла типа изображенного на рис. 3.1 с общими трубопроводами, присоединенные к общему валу так, что их рабочие циклы взаимно смещены на половину оборота. Более экономичная конструкция насоса двойного действия приведена на рис. 3.2. При ходе поршня 4 вправо жидкость вытесняется через клапан 6 в напорный трубопровод 2 и одновременно заполняет штоковую полость 1 цилиндра. При ходе поршня влево клапан 6 закрывается и жидкость из штоковой полости 1 вытесняется в напорный трубопровод 2 одновременно с этим происходит всасывание через клапан 7 жидкости в правую полость. В соответствии с этим вытесняемый объем при ходе поршня вправо и влево соответственно составит:
Уменьшаются и предельные значения инерционных пульсаций давления рн вследствие уменьшения максимальных ускорений потока. Выравненность подачи и связанное с этим улучшение качества рабочего процесса увеличиваются с применением нечетных чисел поршней больше трех. Суммируя значения Q„ т для насосов с разными числами поршней, можно показать, что у насосов с нечетным числом поршней равномерность подачи большая, чем у насосов с четным числом (следующим за данным нечетным) поршней. Приближенно ст можно определить по формулам: для нечетного числа поршней а = 1,25/z2; для четного числа поршней а = 5/z2. Поэтому числа поршней как правило выбирают нечетными. Истинная неравномерность подачи в установках с объемными насосами может значительно превышать идеальную неравномерность, определяемую только лишь закономерностью изменения QHT и вычисляемую по приведенным выше зависимостям для о. Причиной этому может служить запаздывание клапанов и сжимаемость (компрессия) жидкости. На рис. 3.4,6 видно, что графику Q„T при запаздывании клапанов (линия АВ'ВСА) соответствует значительно большая неравномерность, чем графику АБСА без запаздывания. Влияние сжимаемости жидкости растет с увеличением давления насоса. На рис. 3.9 приведен график подачи трехцилиндрового насоса, аналогичный графику рис. 3.4, б, но о учетом влияния как запаздывания клапанов, так и Компрессии (на рис. 3.9 OCKI — угол запаздывания посадки всасывающего клапана, определяющий задержку открытия нагнетательного клапана, а¥Л — угол запаздывания посадки нагнетательного клапана, определяющий задержку открытия всасывающего клапана). При углах аК1 и аК2 без учета компрессии открытие нагнетательного и всасывающего клапанов происходит соответственно в точках D' и В' (часто всасывающий клапан имеет больший диаметр, чем нагнетательный и нагружен более слабой пружиной для облегчения всасывания; при этом aK1 > аК2). Однако из-за необходимости сжатия жидкости до давления р2Ц > р2 открытие нагнетательного клапана произойдет в точке Н с дополнительной задержкой по углу на ан2. Часть хода, соответствующая повороту кривошипа на угол аК2 + ак2, оказывается холостой и неравномерность подачи сильно увеличивается (линия JKLMNJ) по сравнению с показанной на рис. 3.4, б. Ход сжатия соответствующий ау2, определен как рабочие F0,
Рис. 3.9. Влияние сжимаемости жидкости на равномерность подачи трехцилиндрового насоса
так и мертвым VB объемами цилиндра (на рис. 3.1 и 3.3 мертвый объем заштрихован крестообразно). Величину яи2 можно определить из уравнения сжимаемости объема жидкости в цилиндре:
(3.26)
Из уравнения (3.26) можно видеть, что объем Sxy2 сжатия при отсутствии мертвого объема составляет 0,8—0,5 % рабочего объема на каждые 10 МПа повышения давления (при оценке принят модуль объемной упругости к = 1200 - 2000 МПа). Объему сжатия пропорциональна компрессионная потеря подачи qK = Sxy2n, возрастающая с ростом FB и р. Так, при VB - V0 и р — 30 МПа доля qn составит 3—5 % полезной подачи. Поэтому для улучшения равномерности подачи с целью уменьшения вибрационных процессов в насосных установках и сохранения жесткости характеристики насоса следует стремиться к уменьшению VB особенно при работе на высоких давлениях. На рис. 3.3, а можно видеть, что увеличению VB содействуют увеличение предклапанных камер и каналов, полые поршни, внутрицилиндровые возвратные пружины. Всего этого избегают в насосах высокого давления. Вторым способом выравнивания подачи является применение гидропневматических аккумуляторов (воздушных колпаков). Воздушные колпаки 12 и 4 (см. рис. 3.1) устанавливают на подводящей и отводящей линиях непосредственно перед и после рабочей камеры, так, чтобы путь от нее до колпаков был минимален. Применяют колпаки, как правило, с одно- и двухцилиндровыми насосами. Работа колпаков основана на стремлении длинных столбов жидкости в трубах сохранять из-за инерции среднюю скорость, соответствующую средней подаче насоса Q яз Q„. При цикле вытеснения, когда Q„ T > Qn (см. рис. 3.4) избыток подачи сверх QH задерживается в колпаке 4 сжимает газовую подушку. Давление газа становится больше среднего значения р2. Когда подача пасоса меньше Qa, газ в колпаке расширяется и колпак отдает накопленный избыточный объем в отводящую линию. При разрядке давление в колпаке падает ниже р2. Таким образом, в трубах поддерживается непрерывное движение жидкости и величина инерционных пульсаций давления снижается согласно выражению (3.25) до пренебрежимо малых величин, обусловленных малой длиной патрубков от цилиндра до колпака. На рис. 3.4 линия KGK представляет собой изменение подачи Q в отводящей линии однопоршневого насоса с воздушными колпаками. Площадь GEK соответствует объему, поступающему в колпак, а равная ей площадь BKGD — объему, отдаваемому колпаком. Выравненность подачи и давления в отводящей линии тем больше, чем больше объем газовой подушки по сравнению с поступающим в колпак объемом GEK. Обычно объем газовой подушки в колпаке выбирают равным (10 - 30) hS для одноцилиндрового и (5 - 10) hS для двухцилиндрового насоса. Из-за растворения газа в жидкости объем газовой подушки в напорном колпаке уменьшается во времени тем быстрее, чем больше р2. Поэтому колпаки необходимо пополнять газом (например, через клапан 2, см. рис. 3.1) или разделять жидкостную и газовую полости поршнем или мембраной.
