Переміщення рідин (Насоси) (стр. 3 из 6)

Отже, за n обертів кривошипа або подвійних ходів поршня, теоретична продуктивність насоса подвійної дії складе:

(3.17)

З вираження (3.17) слідує, що якщо зневажити об’ємом рідини, що витісняється штоком(f << F),те продуктивність насоса подвійної дії буде вдвічі більше продуктивності насоса простої дії.

Дійсна продуктивність поршневого насоса менше теоретичної внаслідок витоку рідини крізь нещільності в сальниках, клапанах і місцях стикування трубопроводів. Всі ці втрати враховуються коефіцієнтом подачі, або об’ємним к. к. д. _V.

Дійсна продуктивність насоса

Q = Q_T _V(3.18)

У сучасних великих насосах коефіцієнт подачі досягає 0,97 – 0,99; для насосів середньої продуктивності (Q = 20–300 м³/ч),_V = 0,9–0,95; для насосів малої продуктивності _V = 0,85–0,9.

Характеристика насосів. Залежність між напором H і продуктивністю Q поршневого насоса (рис. 3 - 6) зображується вертикальною прямою. Характеристика показує, що продуктивність поршневого насоса є величина постійна, що не залежить від напору. Практично, внаслідок збільшення витоків рідини крізь нещільності, що зростають із підвищенням тиску, реальна характеристика (зображена на рис. пунктирною лінією) не збігається з теоретичною. Зі збільшенням тиску дійсна продуктивність поршневого насоса трохи зменшується.

Нерівномірністьподачі. Швидкість поршня, який рухається за допомогою кривошипно-шатунного механізму, не є постійною. Вона змінюється від нуля (у лівому і правому крайніх положеннях) до деякого максимального значення (при середньому положенні поршня).

Насоси подвійної й потрійної дії (триплекси-насоси) відрізняються більш рівномірною подачею, що представляє собою суму подач двох або трьох насосів простої дії (Рис. 3 - 7).

Рис. 3 - 6. Характеристика поршневого насоса	Рис. 3 - 7. Діаграми подачі поршневих насосів: а – простої дії; б – подвійної дії; в – потрійної дії .

Індикаторна діаграма. Ця діаграма показує залежність абсолютного тиску в циліндрі поршневого насоса від шляху, пройденого поршнем або об’єму, описуваного поршнем. Вона викреслюється спеціальним приладом - індикатором, який встановлюється на циліндрі працюючого насоса.

На рис. 3 - 8 наведена спрощена індикаторна діаграма поршневого насоса простої дії. Лінія ab відповідає процесу всмоктування. Тиск у циліндрі в цей період p_О менше атмосферного p_А. Під дією різниці тисків p_А– p_Овсмоктувальний клапан підтримується у відкритому стані. Точка b відповідає правому крайньому положенню поршня. У цей момент всмоктувальний клапан закривається, поршень починає рухатися вліво й тиск у циліндрі різко зростає (лінія bc) до p, при якому відкривається нагнітальний клапан (точка c). Подача рідини в напірний трубопровід відбувається при постійному тиску p_Н.

Рис. 3 - 8.Індикаторнадіаграма поршневогонасоса простої дії.

Точка d відповідає лівому крайньому положенню поршня, після якого поршень починає рухатися вправо. Нагнітальний клапан закривається, тиск у циліндрі різко падає до значення ð_Î, при якому відбувається відкриття всмоктувального клапана (точка à). У моменти відкриття клапанів (точки à і ñ) виникають деякі коливання тиску, викликані інерцією клапанів.

5. Відцентрові насоси

Принцип дії й типи насосів. У відцентрових насосах всмоктування й нагнітання рідини відбувається рівномірно й безупинно під дією відцентрової сили, що виникає при обертанні робочого колеса з лопатями, розташованого в спіралеподібному корпусі.

В одноступінчастому відцентровому насосі (рис. 3 - 9) рідина з всмоктувального трубопроводу надходить уздовж осі робочого колеса до корпусу насоса й, пoтрапляя на лопaті здобуває обертовий рух. Відцентрова сила відкидає рідину в канал змінного перерізу між корпусом і робочим колесом, у якому швидкість рідини зменшується до значення, рівного швидкості в нагнітальному трубопроводі.

Рис. 3 - 9. Схема відцентрового насоса:1 – усмоктувальний трубопровід; 2 – робоче колесо; 3 – корпус; 4 – лопатки; 5 – нагнітальний трубопровід.

При цьому, як слідує з рівняння Бернуллі, відбувається перетворення кінетичної енергії потоку рідини в статичний напір, що забезпечує підвищення тиску рідини.

На вході в колесо створюється знижений тиск, і рідина із прийомної ємності безперервно надходить у насос.

Тиск, що розвивається відцентровим насосом, залежить від швидкості обертання робочого колеса. Напір одноступінчастих відцентрових насосів (з одним робочим колесом) обмежений і не перевищує 50 м. Для створення більш високих напорів застосовують багатоступінчасті насоси, що мають декілька робочих коліс у спільному корпусі, розташованих послідовно на одному валу. Рідина, що виходить із першого колеса, надходить по спеціальному відвідному каналу в корпусі насоса в друге колесо, (де вона отримує додаткову енергію), із другого колеса, крізь відвідний канал у третє колесо й т.д. Таким чином, орієнтовно (без врахування втрат) можна вважати, що напір багатоступінчастого насоса дорівнює напору одного колеса, помноженому на число коліс. Число робочих коліс у багатоступінчастому насосі звичайно не перевищує п’яти.

Основне рівняння відцентрових машин Ейлера. У каналах між лопатями робочого колеса рідина, що рухається уздовж лопаток, одночасно робить обертовий рух разом з колесом.

Для визначення повного напору, що розвивається робочим колесом при перекачуванні ідеальної рідини припустимо, що колесо нерухоме, а рідина рухається по каналах між лопатями з тією ж швидкістю відносно лопаті, що й в обертовому колесі. Абсолютні швидкості руху рідини на вході в колесо c₁ і на виході з колеса c₂ є кожна геометричною сумою відносної й колової швидкостей, тому їх можна розкласти (рис. 3 -10) на відносні складові w₁ і w₂ (спрямовані уздовж лопатей) і колові складові u₁ і u₂, відповідно (спрямовані по дотичній до кола обертання). Приймаючи за площину порівняння площину робочого колеса, складемо баланс енергії рідини при проходженні її крізь колесо по рівнянню Бернуллі ( z₁ = z₂) :

Рис. 3 - 10. До виводу основного рівняння відцентрових машин.

При обертанні колеса рідина на виході здобуває додаткову енергію E, яка дорівнює роботі відцентрової сили на шляху довжиною r₂–r₁. Тоді

(3.19)

Якщо робоче колесо обертається з кутовою швидкістю , то відцентрова сила C, що діє на частинку рідини масою m, дорівнює

де G – вага частинки; r – поточний радіус обертання частинки.

Робота A_G, чинена відцентровою силою при переміщенні цієї ж частинки на шляху r₂ – r₁ становить

Добуток кутової швидкості  на радіус обертання r дорівнює коловій швидкості u, тому

й

Робота A_G описується рівнянням

Питома робота, віднесена до одиниці ваги рідини, дорівнює питомій енергії, що здобувається рідиною в насосі. Тому

.

Підставляючи цей вираз в рівняння (3.19), одержимо:

, звідки

(3.20)

Відповідно до рівняння Бернуллі напори рідини на вході в обертове колесо H₁ і виході з нього H₂, складуть:

Теоретичний напірH_T насоса дорівнює різниці напорів на вході в колесо й виході з нього:

Підставивши вираз для

з рівняння (3.20), одержимо

(3.21)

З паралелограмів швидкостей на вході в колесо й виході з нього (рис. 3-9)