Давление в цилиндре насоса в период нагнетания

Для определения закономерностей изменения давления около поршня в период нагнетания жидкости в зависимости от его хода воспользуемся тем же уравнением неустановившегося движения реальной жидкости (4.29), что и в случае анализа изменения давления в цилиндре в период всасывания.

Применив (4.29) для случая неустановившегося движения реальной жидкости в подпоршневом пространстве вертикального насоса и нагнетательном трубопроводе (рис. 4.15), можно получить [39]

(4.34)

где - давление на свободной поверхности жидкости в нагнетательном резервуаре;

- расстояние от оси сливного отверстия нагнетательного трубопровода до поршня в крайнем нижнем его положении;

- скорость истечения жидкости из сливного отверстия нагнетательного трубопровода;

- приведенный коэффициент сопротивления нагнетательного трубопровода;

- потери напора на преодоление сопротивления в нагнетательном клапане;

- приведенная длина нагнетательного трубопровода, , здесь - длина и площадь поперечного сечения нагнетательного трубопровода.

Преобразуем уравнение (4.34), выразив в нем скорость и ускорение поршня в явном виде через ход без учета влияния конечной длины шатуна аналогично тому, как это было выполнено в отношении уравнения периода всасывания (4.30). Предварительно заменим скорость жидкости через скорость поршня по зависимости , где - площадь сечения сливного отверстия нагнетательного трубопровода.

Рис. 4.15. Схема нагнетательного трубопровода насоса одностороннего действия

Тогда получим

(4.35)

Из выражения (4.35) можно вычислить значение для любого положения поршня.

Представим зависимость (4.35) в виде графика (рис. 4.16), на котором по оси абсцисс отложен ход поршня от верхней мертвой точки, а по оси ординат - соответствующие значения членов уравнения (4.35), вычисленные для пяти положений поршня (табл. 4.3).

При построении ломаной линии IV учитывалось, что имеет наибольшее значение, ровное , в период открытия клапана, а затем на протяжении всего хода поршня остается постоянным.

Просуммировав с учетом знаков ординаты линий I, II, III, IV, V и VI для каждой из пяти абсцисс получим кривую , которая показывает изменение давления в цилиндре на протяжении нагнетательного хода поршня.

Минимальное значение величины соответствует , то есть концу нагнетательного хода поршня (рис. 4.16). Наибольшее влияние на смену давления в цилиндре оказывают силы инерции жидкости, которая находится в трубопроводе.

Следует отметить, что и в период нагнетания может произойти отрыв жидкости от поршня. Причиной этого является то, что член , который учитывает влияние сил инерции жидкости, которая находится в нагнетательном трубопроводе, становится отрицательным во второй половине хода поршня (табл. 4.3). Отрыв потока от поршня в этом случае возникнет тогда, когда сопротивление трубопровода окажется недостаточным, чтобы замедлить движение столба жидкости соответственно замедлению движения поршня.

Рис. 4.16. Изменение давления под поршнем насоса в период нагнетания

Таблица 4.3

Значение членов уравнения (4.35) при разных положениях поршня

Угол поворота кривошипа	Текущее положение (ход) поршня	Давление на свободную поверхность жидкости	Геометрическая высота нагнетания	Напор, который расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений нагнетательного трубопровода	Напор, который тратится в нагнетательном клапане	Инерционный напор в нагнетательном трубопроводе	Инерционный напор в цилиндре насоса
№ линий на рис. 4.16	I	II	III	IV	V	VI

Получены данные относительно закономерностей изменения давлений и в подпоршневом пространстве однопоршневых насосов одностороннего действия можно распространить и на однопоршневые насосы двустороннего действия. В соответствии с графиками подач насосов одностороннего (рис. 4.8) и двустороннего (рис. 4.10) действия, закономерности изменения скоростей (подач) и, следовательно – ускорений, жидкости в рабочих камерах и соответствующих трубопроводах в течение всасывающего и нагнетательного циклов одинаковые. Разница заключается в отсутствии периода покоя жидкости во всасывающем и нагнетательном трубопроводах однопоршневого насоса двустороннего действия. Таким образом, закономерности изменения давления в подпоршневом пространстве однопоршневого насоса двустороннего действия отвечают аналогичным закономерностям однопоршневого насоса одностороннего действия.

Цикл всасывания в дифференциальных насосах, как и в однопоршневых насосах одностороннего действия, осуществляется за половину вращения кривошипа. При ровных условиях величина и характер изменения давления под поршнем в период всасывания у этих насосов ничем не отличаются один от другого.

Процесс нагнетания в дифференциальном насосе осуществляется при каждом ходе поршня, в результате чего абсолютная величина максимальной скорости жидкости в соответствующем трубопроводе этого насоса в два раза меньше, чем у однопоршневого насоса одностороннего действия той же средней подачи. Также вдвое меньшее ускорение жидкости, что уменьшает колебание ее давления.

В случае применения двопоршневых насосов двустороннего действия и трехпоршневых насосов скорость жидкости во всасывающей и нагнетательной трубах не уменьшается до нуля, что обеспечивает более равномерное ее движение и меньшее ускорение.

Следует отметить, что при применении трехпоршневых насосов уменьшение влияния сил инерции более ощутимо, чем при применении двопоршневых насосов двустороннего действия. В свою очередь, пятипоршневой насос в этом отношении является совершеннее за трехпоршневой насос. Однако, как уже отмечалось выше, увеличение числа цилиндров в насосе осложняет его изготовление и эксплуатацию.

Для уменьшения сил инерции, действующих на жидкость, и, соответственно, выравнивание давления в цилиндре поршневого насоса, необходимо:

а) уменьшать угловую скорость вала насоса;

б) уменьшать радиус кривошипа , то есть использовать малые относительные ходы поршня ;

в) использовать всасывающие и нагнетательные воздушные колпаки.