Об’ємні характеристики об’ємних гідромашин

Сторінки роботи

зміст роботи

5. Об'ємні характеристики об'ємних гідромашин

5.1. Об'ємні втрати

У реальних насосах мають місце об'ємні втрати, в результаті яких фактична подача рідини буде меншою за теоретичну.

Фактична(ефективна)подачаQеф насоса – це подача рідини при певних значеннях перепаду тиску Δр, частоті обертанняn. Величина фактичної подачіQеф буде меншою за розрахунковуQт на величину об'ємних втрат ΔQ=Qт –Qеф, які виникають:

― в результаті витоків рідини під дією перепаду тиску з робочої порожнини в неробочу ΔQ1;

― втрат ΔQ2, обумовлених неповним заповненням робочих камер рідиною при проході через зону всмоктування внаслідок гідравлічного опору вхідних каналів, кавітаційних процесів та виділення повітря, дії на рідину відцентрових сил. Втрати ΔQ2 прийнято називати умовними витоками або втратами на всмоктуванні насоса, які можуть становити в деяких випадках 75% всіх об'ємних втрат у насосі.

Основними причинами неповного заповнення рідиною робочих камер насоса при проходженні ними всмоктувальної зони є малий тиск на вході в насос, великий опір всмоктувальних каналів, що підводять рідину до розподільних вікон блоку, опір розподільних вікнах і в самих циліндрах.

Опір всмоктувальної лінії може призвести до виникнення кавітації залежно від величини абсолютного тиску на вході в насос. При збільшенні частоти обертання пропорційно збільшується кількістьрідини, що проходить через канали, що підводять, і вузол розподілу і втрати напору. При подальшому підвищенні частоти обертання >n2 лінійність підвищення фактичної подачі насосаQеф порушується (рис. 2.1.,а), а при деякій великій частоті обертання вона навіть знижуватиметься зі збільшеннямn(насос працюватиме в кавітаційному режимі).

Мал. 2.1.- Об'ємні характеристики гідромашини

Т.к. внутрішні зазори в машині мають місцеві звуження та розширення, а стінки, що утворюють ці зазори, можуть періодично коливатися перпендикулярно напрямку потоку (тобто опір зазорів періодично змінюється за один оборот валу), то облік витоків проводиться на підставі досвідчених даних. Безпосередні витоку рідини через зазори гідравлічних машин змінюються за всіх інших рівних умов прямо пропорційно перепаду тиску:

, деr- постійний за інших рівних умов коефіцієнт витоків.

На рис. 2.1.,бнаведено графіки принципової залежності подачіQнасоса від величини перепаду тиску Δpза відсутності умовних витоків (при повному заповненні робочих камер у зоні всмоктування) та при постійних зазорах. При підвищенні перепаду тиску фактична подача такого насосаQеф знижується лінійно. отже, лінійною буде також залежність величини витоків рідини ΔQ1 через зазори функції Δp.

З іншого боку, оскільки зазори при зміні частоти обертання насоса практично не змінюються, величина витоків рідини ΔQ1 через зазори практично не залежить від частоти обертання до певного значення ≈n2. Відповідно до цього фактична подачаQеф змінюється за цих умов прямопропорційно до частоти обертання. Крива подачіQеф буде при цьому паралельна кривійQт, зміщеною щодо неї на величину ΔQ1. При частоті обертання меншеnmin насос не буде розвивати необхідного перепаду тиску, тобто при цій частоті розрахункова подача дорівнює витокам (рис. 2.1.,а):

Отже, виток через зазори в насосі обмежують мінімальну частоту обертання, при якій ще можливе отримання максимального тиску на виході.

5.2. Об'ємний ККД

Об'ємні втрати в насосі характеризуються йогооб'ємним ККД, який показує, наскільки фактична (ефективна) подачаQеф насоса відрізняється від середньої теоретичноїQт і є відношенням корисної (ефективної) потужностіNеф насоса до середньої теоретичної потужностіNт:

Корисна(ефективна)потужністьнасосаNеф – потужність, що повідомляється насосом рідкому середовищі та визначається залежністю:

На підставі формули для фактичного подання можна записати:

З цього виразу випливає, що об'ємний ККД насоса, що регулюється, буде знижуватися при зменшенні розрахункової подачі, досягаючи при нульового значення.

На рис. 2.2. наведено типові криві принципової залежності об'ємного ККД насоса без урахування умовних витоків від перепаду тиску (припускаємо, що зазори зі зміною тиску не змінюються) при постійній швидкості (рис. 2.2.,а) та при змінній швидкості (частоти обертання)n) при постійному тиску (рис. 2.2.,б). Штрихова лінія на рис. 2.2.,авідповідає ідеальному насосу з нульовими витоками ().

Мал. 2.2.- Криві ККД насоса

Залежність об'ємного ККДвід різних факторів. Зміна об'ємного ККД насоса практично знаходиться у прямій залежності від перепаду тиску (рис. 2.2.,а). Т.к. теоретична подача насосаQт (рис. 2.1.,а) за відсутності об'ємних втрат на всмоктуванні прямо пропорційна частоті його обертанняn, а абсолютна величина витоків рідини ΔQ1 (рис. 2.1.,б) при цьому залежить лише від перепаду тиску рідини і практично не залежить відn, об'ємний ККД насоса зі збільшеннямnу межах цього режиму роботи, підвищується (рис. 2.2.,б).

Однак подібне підвищення подачі насоса при збільшенніnвідбуватиметься лише до певних значеньn, при яких витоку ΔQ2 відсутні або настільки малі, що відчутно не змінюють подачі насос. При деякій високій частоті обертанняn2 почне впливати втрат на всмоктуванні і т.к. зі збільшенням частоти обертання ці витоки зростають, то лінійність залежності подачіQеф відnбуде порушена (рис. 2.1.,а), що викличе стабілізацію і при деяке збільшенняn– зниження об'ємного ККД (рис. 2.2.,б).

Кавітація в насосі супроводжується пульсацією тиску рідини на виході та шумом. Ці пульсації обумовлені наявністю зворотного потоку рідини з нагнітальної порожнини насоса, який супроводжується гідравлічними ударами та пульсацією тиску напірної магістралі насоса. Амплітуда цих пульсацій може досягати величини, що викликає руйнування насоса та нагнітальної магістралі. Тому має бути забезпечений деякий кавітаційний запас, при якому в роботі насоса не спостерігалося б зміни основних технічних показників.

Кавітаційний запас насосавизначається залежністю:

, дервх іυвх - тиск і швидкість рідкого середовища на вході в насос;

рпар - тиск парів рідкого середовища.

Цілком виключити кавітацію можна, застосовуючи допоміжні насоси підживлення та інших засобів, що підвищують тиск у всмоктувальній лінії насоса.

Вплив на подачу нерозчиненого повітря. Нерозчинене повітря разом з рідиною надходить у всмоктувальну порожнину та циліндри насоса, тиск у яких нижчий за атмосферний; тому повітря в них розширюється, зменшуючи об'єм рідини у циліндрах.

Припустимо, що одиниця об'єму рідкого середовища містить при тиску в бакур0 нерозчиненого повітря в об'єміV0. Внаслідок ізотермічного розширення повітря у всмоктувальній камері до тискурв його об'ємVв збільшиться і дорівнюватиме:

При стисканні повітря в нагнітальній камері до тискурн на виході з насоса його об'ємVн зменшиться і дорівнюватиме:

Різниця між значеннямиVв іVн є втрата подачіVп, викликана розширенням повітря та об'ємний ККД насоса за наявності повітря в рідині визначиться за формулою: