Параметры объемных насосов

Лекция 3.

Объемные насосы. Параметры объемных насосов. Конструкция и принцип действия. Мощность насоса. Поршневые насосы. Роторные насосы. Роторно-поршневые насосы. Подача роторно-поршневых насосов. КПД роторно-поршневых насосов.

В объемном насосе перемещение жидкости осуществляется от­дельными порциями путем вытеснения ее из рабочих камер вытес­нителями. Под вытеснителем понимают рабочий орган насоса, не­посредственно совершающий работу вытеснения. Вытеснителями могут быть поршни, плунжеры, зубья шестерен, пластины, выступы винтов и т. д.

По характеру процесса вытеснения жидкости из рабочих камер объемные насосы делятся на возвратно-поступательные (поршне­вые) и роторные (вращательные).

В возвратно-поступательном насосе жидкость вытесняется из неподвижных рабочих камер в результате возврат­но-поступательного движения вытеснителей (поршней, плунжеров, диафрагм).

Роторные насосы по характеру рабочего процесса могут быть разделены на две группы: роторно-вращательные и роторно-посту нательные.

В роторно-вращательном насосе жидкость вытесняется из пе­ремещаемых рабочих камер, объем которых изменяется в резуль­тате вращательного движения вытеснителей (шестерен, винтов).

В роторно-поступательном (роторно-поршневом) насосе враще­ние ротора сочетается с возвратно-поступательным движением пор­шней, размещенных в цилиндрах ротора. Жидкость из рабочих камер (цилиндров) вытесняется поршнями, которые, вращаясь вме­сте с ротором, совершают возвратно-поступательное движение от­носительно ротора.

Таким образом, объемные насосы могут быть возвратно-посту­пательного, вращательного и комбинированного действия.

К общим свойствам объемных насосов, которые обусловлены их принципом действия, относятся следующие:

1) цикличность рабочего процесса и связанные с ней порцион-ность и неравномерность подачи;

2) самовсасывание насоса, т. е. способность объемного насоса создавать такой вакуум во всасывающем трубопроводе, заполнен­ном воздухом или парами, который будет достаточным для подъема жидкости до уровня расположения насоса;

3) независимость давления, создаваемого объемным насосом, от скорости движения вытеснителя (рабочего органа) насоса;

4) малая зависимость подачи насоса от развиваемого им давле­ния (жесткость характеристики);

5) герметичность рабочих камер насоса, т. е. постоянное отделе­ние напорного патрубка от всасывающего.

ПАРАМЕТРЫ ОБЪЕМНЫХ НАСОСОВ

Подача. Различают теоретическую Q_T и действительную Q_Д по­дачу объемных насосов.

Теоретической подачей объемного насоса называют подачу не­сжимаемой жидкости при отсутствии каких-либо утечек из рабо­чей камеры. Осредненная по времени теоретическая подача (м³/с) выражается через рабочий объем насоса и частоту его рабочих циклов:

где ω₀— рабочий объем насоса, м³; п — частота рабочих циклов (частота вращения вала), с^-1; Q_K — идеальная подача из каждой рабочей камеры за один цикл, м³/цикл; z — число рабочих камер в насосе; k — кратность действия насоса, т. е. число подач из каждой камеры за один цикл.

Действительная подача объемного насоса — это количество жид­кости, поступающее в напорный патрубок реального насоса при перекачке реальной жидкости.

Действительная подача (м³/с) меньше теоретической вследствие неполного заполнения объема рабочей камеры реальной жидко­стью в процессе всасывания и утечек жидкости при ходе нагнета­ния, которая определяется из выражения

где λ- коэффициент подачи.

Когда сжатие жидкости пренебрежимо мало, коэффициент пода­чи равен объемному КПД насоса.

Напор насоса. Поскольку приращение энергии в объемном на­сосе происходит за счет статического напора, то давление, создаваемое объемным насосом, р_н (Па) можно представить как разность избыточных давлений (давления на выходе из насоса р₂ и давле­ния на входе в него р₁):

р_н=р₂-р₁

поэтому напор объемного насоса определяется из выражения:

H=p_нρg.

Мощность насоса. Полезная мощность, развиваемая объемным насосом, выразится так:

Мощность (Вт), потребляемая насосом с вращательным приво­дом, находится по формуле

где Т — момент на валу насоса, Н • м; ω_н — угловая скорость вала насоса, рад/с.

КПД насоса есть отношение полезной мощности к мощности, потребляемой "насосом:

Для объемных насосов, как и для динамических, различают гид­равлический η_г, объемный η_о и механический η_м КПД, учитываю­щие три вида потерь энергии:

гидравлические потери, т. е. потери напора (давления) на пре­одоление гидравлических сопротивлений;

объемные потери от перетекания жидкости через зазоры;

механические потери механической энергии на преодоление сил трения в механизме насоса:

где р_ин — индикаторное давление, создаваемое в рабочей камере насоса и соответствующее теоретическому напору в лопастном на­сосе; q_у — величина утечек жидкости из полости нагнетания; ∆Р_М — потери мощности на преодоление сил трения в насосе; Р_ин — ин­дикаторная мощность, сообщаемая жидкости в рабочей камере:

Полный КПД объемного насоса равен произведению трех част­ных КПД — гидравлического, объемного и механического: