Давление в цилиндре насоса с воздушными колпаками

В течение рабочего цикла давление в цилиндрах поршневых насосов, особенно однопоршневых одностороннего и двустороннего действия, достаточно ощутимо колеблется. Значительное влияние на амплитуду колебаний давления в цилиндре оказывают силы инерции, которые действуют на жидкость во всасывающем и нагнетательном трубопроводах. Чтобы уменьшить влияние этих сил и уравнять давление и подачу, применяют воздушные колпаки (гасители пульсаций), которые в зависимости от необходимости размещают как на стороне всасывание, так и на стороне нагнетания насоса.

Всасывающий колпак 2 (рис. 4.17) размещается как можно ближе к всасывающему клапану 4 с целью минимизации длины приемного патрубка 3. К нижней части колпака 2 присоединяется всасывающий трубопровод 1.

Допустим, что свободная поверхность жидкости в колпаке 2 находится на высоте и на нее действует абсолютное давление . Во время перемещения поршня 5 вверх жидкость по патрубку 3 всасывается в цилиндр 6, в результате чего уровень жидкости в колпаке 2 стремится снизиться, а, следовательно, давление воздуха - уменьшиться. Благодаря увеличению разницы давлений жидкость поднимается из уровня 0-0 в приемном резервуаре по всасывающем трубопроводе 1 в воздушный колпак 2. Известно (рис. 4.8), что в течение цикла всасывания расход жидкости из колпака 2 изменяется по синусоидальному закону, но при достаточных его размерах уровень изменяется незначительно и движение жидкости во всасывающем трубопроводе 1 почти установившееся. Силы инерции возникают лишь в коротком патрубке 3, который соединяет насос с колпаком 2.

В соответствии с изложенным, уравнение (4.30) для условий оснащения всасывающего трубопровода 1 воздушным колпаком 2 правомерно представить следующим образом [39]:

(4.36)

где - соответственно приведенный коэффициент сопротивления и приведенная длина приемного патрубка 3;

- скорость жидкости (почти постоянная) во всасывающем трубопроводе 1;

- приведенный коэффициент сопротивления всасывающего трубопровода 1.

Рис. 4.17. Схема установки всасывающего и нагнетательного воздушных колпаков

Отличие выражений (4.36) и (4.30) заключается, во-первых, в составляющих, которые оценивают потери напора в трубопроводах, которые обеспечивают транспортирование жидкости с приемного резервуара до цилиндра насоса. Для насоса без воздушного колпака (рис. 4.13) эта составляющая имеет вид , а для насоса с воздушным колпаком (рис. 4.17) - . Допустимо считать геометрически равноценными всасывающие устройства (длину и диаметр труб, характеристику местных сопротивлений), которыми комплектуются насосы в вариантах без воздушного колпака и с ним. Тогда, учитывая определяющее влияние на величину потерь напора величины скорости жидкости в большей части трубопровода, следует признать, что гидравлические потери от вязкостного трения в случае насоса с воздушным колпаком будут меньшими.

Во-вторых, выражения (4.36) и (4.30) отличаются также инерционными составляющими, точнее, приведенными длинами соответственно всасывающего трубопровода и приемного патрубка . Так как , то инерционные потери напора в период всасывания насоса с воздушным колпаком существенно меньше аналогичных потерь насоса без воздушного колпака.

Таким образом, давление всасывания насоса с воздушным всасывающим колпаком всегда больше, чем без него, а амплитуда колебаний этого давления в течение цикла всасывания значительно меньше.

Нагнетательный колпак 8 (рис. 4.17) предназначается для выравнивания подачи и колебаний давления в нагнетательном трубопроводе 9. Воздушный колпак 8 на нагнетательном трубопроводе 9 устанавливают непосредственно около нагнетательного клапана 7 и соединяется с ним нагнетательным патрубком 10.

Выражение для давления под поршнем 5 в период нагнетания при наличии воздушного колпака 8 в нагнетательном трубопроводе 9, исходя из формулы (4.34), имеет вид [39]:

(4.37)

где - соответственно приведенный коэффициент сопротивления и приведенная длина нагнетательного патрубка 10;

- скорость жидкости (почти постоянная) в нагнетательном трубопроводе 9;

- приведенный коэффициент сопротивления нагнетательного трубопровода 9.

Благодаря действию воздушного колпака 8 и возможности изменения уровня в нем можно считать, что движение жидкости в нагнетательном трубопроводе 9 за колпаком почти установившееся.

Сравнивая полученное выражение (4.37) с выражением (4.34) не трудно прийти к выводу (аналогично анализу подобных соотношений при использовании воздушного колпака во всасывающей линии), что гидравлические потери и инерционные сопротивления согласно формулы (4.37) меньше таких же согласно формулы (4.34). Это значит, что и давление нагнетания при наличии воздушного колпака в начале хода поршня будет меньше, а в конце этого хода немногим больше, чем в случае отсутствия колпака.

Таким образом, воздушный нагнетательный колпак выравнивает как давление нагнетания , так и подачу насоса, аккумулируя жидкость на одной части хода поршня и отдавая ее на другой.