ОБЪЕМНЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБЪЕМНЫХ НАСОСАХ

В объемных насосах силовое взаимодействие рабочего органа с жидкостью происходит в замкнутых объемах (рабочих камерах), которые попеременно сообщаются с полостями всасывания и нагнетания.

Рабочая камера является важнейшим элементом объемного насоса. При работе насоса эта камера сначала заполняется жидкостью (происходит процесс всасывания), а затем жидкость из нее принудительно вытесняется потребителю (процесс нагнетания). Эти процессы являются элементами рабочего цикла объемного насоса и повторяются многократно.

Рабочий орган насоса, который вначале освобождает заполняемый жидкостью объем в рабочей камере, а затем вытесняет эту жидкость, называют вытеснителем. Наиболее распространенным вытеснителем является поршень.

У объемного насоса может быть одна или несколько рабочих камер, рабочий объем которых WK. Под рабочим объемом WK рабочей камеры насоса понимается тот объем жидкости, который всасывается (заполняет рабочую камеру) и вытесняется из рабочей камеры за один двойной ход вытеснителя.

Рабочим циклом для большинства объемных насосов является один оборот приводного вала. В некоторых конструкциях насосов каждая рабочая камера за один оборот приводного вала совершает два или более процесса всасывания и нагнетания жидкости. Для характеристики работы таких насосов используется параметр к, который называется кратностью действия насоса.

Основной характеристикой объемного насоса является его рабочий объем WQ, под которым понимают объем жидкости, который теоретически (без учета объемных потерь) насос может подать в гидросистему за один оборот приводного вала.

Таким образом, если насос имеет z рабочих камер и кратность действия этого насоса равна к, то рабочий объем такого объемного насоса определяется по формуле

Рабочий объем W0 насоса является одним из основных параметров, по которым осуществляется его выбор при проектировании гидросистемы. Он во многом определяет габариты насоса и его эксплуатационные показатели: подачу и мощность.

На практике наряду с насосами постоянного рабочего объема, которые называются нерегулируемыми, применяют также насосы с переменными рабочим объемом. Такие насосы принято называть регулируемыми, а процесс изменения их рабочего объема во время работы — регулированием насоса.

Как было отмечено выше, для объемного насоса характерно то, что его работа носит циклический характер, а его рабочая камера при этом соединяется с областями всасывания и нагнетания насоса попеременно. Следствием этого являются приведенные ниже общие свойства, которыми обладают объемные насосы в сравнении с динамическими.

Порционностъ подачи, которая вызвана циклическим характером работы насоса и заключается в том, что жидкость подается насосом в напорный трубопровод не постоянным потоком, а определенными характерными объемами (порциями). Этим обусловлена неравномерность подачи жидкости во времени, свойственная в той или иной степени всем объемным насосам. Эта неравномерность вызывает пульсацию скоростей и давлений во всасывающем и напорном трубопроводах.

Следствием данного свойства является возможность записать выражение, определяющее величину осредненной во времени теоретической подачи QT объемного насоса (ее еще иногда называют геометрической или идеальной). Это такая подача, которая может получиться на выходе рассматриваемого насоса при его работе на несжимаемой жидкости, при бескавитационной работе (при полном заполнении рабочих камер однофазной жидкостью) и при отсутствии внешних и внутренних утечек жидкости через зазоры. Данное выражение имеет вид

где п — частота вращения вала насоса, об/мин.

Герметичность обусловлена тем, что у всех объемных насосов рабочая камера во время работы в любой момент времени может быть соединена либо только с областью всасывания насоса, либо только с его областью нагнетания, т.е. эти области в насосе всегда герметично изолированы друг от друга. Поэтому всасывающий и напорный трубопроводы, подведенные к насосу, также всегда герметично разделены.

Очевидно, что при этом герметичность объемного насоса не может быть абсолютной. В реальной конструкции насоса всегда имеются зазоры между деталями, через которые рабочая жидкость в малом количестве перетекает из области высокого давления в область низкого. В таких случаях говорят, что объемный насос обладает практической герметичностью.

Возникающий при этом расход утечек, предполагая в зазорах ламинарный режим течения жидкости, определяется по формуле

где Л — параметр, характеризующий суммарный зазор в насосе; рн давление, создаваемое насосом; р — динамическая вязкость жидкости.

Объемные насосы также отличает жесткость напорной характеристики. Это означает, что увеличение давления рн, создаваемого насосом, вызванное сопротивление в напорном трубопроводе, приводит к весьма небольшому уменьшению действительной подачи QH = QT - tfyr объемного насоса, а теоретическая его подача QT в соответствии с формулой (5.2) вообще от давления рн не зависит.

Как известно, под напорной характеристикой любого насоса понимается графическая зависимость создаваемого им напора или давления от осредненной по времени подачи, построенная при постоянной частоте вращения его приводного вала.

На рис. 5.1 приведены напорные характеристики идеального (пунктирная линия) и реального объемных насосов. Заметим, что напорная характеристика идеального насоса, согласно формуле

(5.2) , в данной системе координат — вертикальная линия, и поэтому ее принято считать «абсолютно жесткой».

Из рис. 5.1 видно, что напорная характеристика реального объемного насоса представляет собой прямую, отклоненную на некоторый угол от вертикали в сторону меньших значений расходов. Данное отклонение обусловлено прежде всего наличием объемных утечек через зазоры внутри насоса, определяющихся по формуле

(5.3) .

При построении напорной характеристики реального объемного насоса рекомендуется пользоваться следующей методикой.

Вначале необходимо определить его теоретическую подачу QT по формуле (5.2). Эта величина подачи у реального объемного насоса может быть получена только при нулевом значении создаваемого им давления рн, т.е. она определяет положение на графике точки А.

Напорная характеристика объемного насоса

Рис. 5.1. Напорная характеристика объемного насоса

*

Затем по известному значению объемного КПД Л0 рассматриваемого насоса, заданному или вычисленному по формуле (3.7) при

*

некотором давлении р , определяют соответствующее значение

*

действительной подачи QH насоса при этом давлении по формуле

Таким образом, значения р и QH определяют координаты точки

А на графике, которую следует соединить прямой с точкой А. По-

*

лученная прямая АА и является напорной характеристикой рассматриваемого реального объемного насоса.

Заметим, что чем технически совершеннее насос, тем меньше у него утечки и меньше отклонение напорной характеристики от вертикали. При этом чем меньше отклоняется напорная характеристика насоса от вертикали, тем более «жесткой» она считается.

Рассматриваемое свойство объемных насосов является их неоспоримым достоинством. Однако следствием этого свойства является необходимость защиты как самого насоса, так и элементов гидросистемы, в которой этот насос используется, от аварийных ситуаций, связанных с возможностью возникновения опасных по величине давлений в трубопроводе на выходе насоса при увеличении сопротивления движению жидкости в гидросистеме. Для решения этой задачи при проектировании гидросистемы, содержащей объемный насос, в непосредственной близости от него

всегда устанавливают предохранительный клапан, ограничивающий в месте его подключения величину давления.

Заметим, что существуют конструкции насосов, в которых этот предохранительный клапан, настроенный на максимальное рабочее давление, создаваемое насосом, заводом-изготовителем уже установлен.

Самовсасывание. Данное свойство обусловлено тем, что в объемном насосе герметично отделены всасывающая и напорная области. Это позволяет создать во всасывающей области значительное разряжение. То есть объемный насос перед началом нагнетания жидкости в течение некоторого непродолжительного времени может работать на воздухе, создать разряжение на входе в насос и обеспечить подъем жидкости во всасывающем трубопроводе до уровня насоса, заполнив этот трубопровод жидкостью. Следует отметить, что высота всасывания при этом ограничивается величиной давления насыщенных паров всасываемой жидкости.

Объемные насосы могут перекачивать жидкости, обладающие большой вязкостью. Объясняется это тем, что в объемных насосах жидкость проходит обычно достаточно короткий путь с невысокой скоростью (находясь в рабочей камере, жидкость малоподвижна). Поэтому гидравлические потери, связанные с движением жидкости внутри насоса и обусловленные ее вязкостью, как правило, малы и на эффективность работы насоса большого влияния не оказывают.

Объемные насосы для создания больших давлений в принципе не требуют высоких скоростей движения их рабочих органов (вытеснителей) и жидкости. Давление, создаваемое насосом, получается в рабочей камере объемного насоса в процессе вытеснения из нее жидкости в результате действия больших сил на малые площади и от скорости движения вытеснителя практически не зависит.

Объемные насосы используются в различных областях техники и имеют весьма различную конструкцию. По характеру движения рабочего органа (вытеснителя) объемные насосы делятся два вида: возвратно-поступательные и роторные.

Возвратно-поступательным называется объемный насос, в котором вытеснение жидкости происходит из неподвижной рабочей камеры в результате лишь возвратно-поступательного движения вытеснителя.

Роторным называется объемный насос, в котором вытеснение жидкости происходит из перемещаемых рабочих камер в результате вращательного или вращательно-поступательного движения вытеснителя.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >