Воздушные колпаки поршневых насосов

Воздушные колпаки устанавливаются на линии всасывания
и нагнетания (рис. 6.31). На линии всасывания для увеличения высоты всасывания при или, наоборот, для увеличения w
при .

Рис. 6.31. Схема установки воздушных колпаков

На линии нагнетания воздушные колпаки устанавливаются
для выравнивания подачи.

Линия всасывания.Всасывающий воздушный колпак помещается под всасывающим клапаном и соединяется с насосом возможно короткой трубой длиной . Жидкость поступает в колпак снизу через всасывающую трубу длиной . Обычно .

Всасывание жидкости из колпака происходит неравномерно,
что вызывает в нем периодические колебания уровня жидкости.
При достаточно большом объеме воздуха в колпаке колебания уровня будут невелики, благодаря этому давление воздуха в колпаке остается почти постоянным. Это означает, что движение жидкости на участке трубы почти равномерное. Неустановившееся движение жидкости остается только на участке . Это значительно улучшает условия всасывания насоса, позволяет увеличить высоту всасывания.

Для этого случая максимальная высота всасывания определяется
по формуле:

(6.76)

где – гидравлическое сопротивление всасывающей линии
на участке . Как показывают расчеты, с воздушным колпаком больше без колпака, так как > .

Линия нагнетания. Нагнетательный колпак отсекает от насоса почти весь нагнетательный трубопровод, и силы инерции проявляются только на коротком участке между насосом и колпаком. Для этого случая максимальное давление нагнетания определяется по формуле:

(6.77)

Максимальное давление нагнетания с воздушным колпаком меньше, чем без колпака.

Рассмотрим подачу насоса с воздушным колпаком. До угла j₁ идет подача только в линию нагнетания (рис. 6.32). C ростом j возрастает скорость нагнетания , следовательно увеличивается и сопротивление линии нагнетания.

Рис. 6.32. Диаграмма подачи поршневого насоса с воздушным колпаком

До угла j₂ идет аккумуляция жидкости в воздушном колпаке (заштрихованная часть графика подачи) и подача её в нагнетательную линию. С угла j₂ и далее подача осуществляется только в линию нагнетания. Во время всасывания (от p до 2p) аккумулированная часть жидкости за счет разности давлений и подается в линию нагнетания. Таким образом, происходит выравнивание подачи по времени.

Определим объем воздушного колпака V. Из конструктивных соображений принимается:

(6.78)

где – средний объем воздуха в воздушном колпаке.

Введем обозначения:

(6.79)

Здесь – давление воздуха в колпаке, – среднее давление воздуха в колпаке, m – степень неравномерности давления в колпаке.

По закону Бойля – Мариотта можно записать:

(6.80)

Заменим давления в уравнении (6.80), используя соотношение (6.79). Тогда для среднего объема воздуха в колпаке получим уравнение:

(6.81)

Значение зависит от кратности действия и рабочего объема цилиндра насоса :

для насоса простого действия:

двойного действия:

тройного действия:

четверного действия:

Величины m задаются:

для линии всасывания: m ³ 5 %;

нагнетания: m = 1–2 %.

В общем случае величина m выбирается потребностью технологического процесса.

Роторные насосы

По принципу преобразования энергии роторные насосы относятся
к той же группе, что и поршневые насосы, так как сообщение энергии жидкости в них так же идет преимущественно за счет изменения давления при незначительном изменении скоростного напора.

Способ действия роторного (ротационного) насоса заключается
в том, что поступающая жидкость попадает в замкнутый объем и затем перемещается путем вращательного движения ротора, снабженного рядом вытеснителей, периодически отсекающих захваченную жидкость до тех пор, пока она не перейдет в линию нагнетания.

При достаточно большом количестве вытеснителей, непрерывно следующих один за другим, достигается практически равномерная подача. Этим свойством, а также отсутствием клапанов, большим числом оборотов и компактностью роторные насосы выгодно отличаются от поршневых. Они применяются для подачи чистых жидкостей различной вязкости,
при высоких давлениях и малых подачах.

Эти насосы обладают обратимостью, т.е. способностью работать
в качестве гидродвигателей. Это означает, что жидкость, подводимая
к насосу под давлением, заставляет вращаться ротор и вал.

Рассмотрим классификацию роторных насосов.

В роторно-вращательных насосах рабочий орган совершает только вращательное движение, а в роторно-поступательных – одновременно
и вращательное, и возвратно-поступательное движения относительно ротора.

Шестеренные насосы

На рис. 6.33 в корпусе насоса 1 помещены два зубчатых колеса – ведущее 2 и ведомое 3, находящееся в зацеплении. При вращении они засасывают жидкость со стороны выхода зубьев из зацепления
и выталкивают со стороны входа зубьев в зацепление. Жидкость переносится между зубьями обеих шестерен.

Рис. 6.33. Схема шестеренного насоса

Производительность шестеренного насоса определяется по формуле:

(6.82)

где f – площадь впадины зуба, L – длина зуба, z – количество зубьев, n – обороты вала насоса в секунду, – объемный КПД насоса.

Объемный КПД насоса имеет значение = 0,7–0,9. В шестеренных насосах обычно используют эвольвентное зацепление. В этих насосах применяются косозубые, шевронные и прямозубые колеса. Они могут создавать давление до 12 МПа, обеспечивать подачу до 10^–2 м³/с.

Шестеренные насосы применяются в системах смазки машин
и механизмов, в различных гидроприводах, для перекачивания нефти, нефтепродуктов и других вязких сред.

Винтовые насосы

Различают одно-, двух- и трехвинтовые насосы. Наибольшее распространение получили трехвинтовые насосы.

Одновинтовой насос. В корпусе насоса 1 с обоймой 2 вращается винт 3 (рис. 6.34). Винт насоса однозаходный, обойма – полый цилиндр
с профилированной внутренней поверхностью двухзаходного винта.

При вращении винта в обойме образуются замкнутые полости, заполненные жидкостью. Подача одновинтовых насосов зависит от общего объема замкнутых полостей, образованных в единицу времени.
При вращении винта замкнутые полости, заполненные жидкостью, перемещаются по оси насоса, и жидкость подается прямо в линию нагнетания.

Рис. 6.34. Схема одновинтового насоса

Одновинтовые насосы используются при подаче до 1,5 · 10^–2 м³/с
и давлении до 3,5 МПа. Они могут быть использованы для перекачки агрессивных жидкостей с механическими примесями, пульп и других продуктов.

Трехвинтовой насос.В трехвинтовом насосе (рис. 6.35) один – средний винт 1 – ведущий, остальные – ведомые 2. Нарезка ведущего
и ведомых винтов противоположна по направлению. Силовые взаимодействия между ведущим и ведомым винтами происходят через замкнутую в их впадинах жидкость. При этом выступы ведущего винта играют роль поршней, проталкивающих жидкость вдоль оси, а нарезка ведомых винтов предотвращает возможность перетекания жидкости
по винтовой впадине вокруг винта.

Рис. 6.35. Схема трехвинтового насоса

При работе жидкость, захватываемая ведомыми винтами из камеры всасывания, заполняет полость между их нарезкой и обоймой. Благодаря вращению винтов жидкость перемещается в осевом направлении
и подается в камеру нагнетания. Подача трехходовых винтов определяется по формуле:

(6.83)

где S – свободная площадь между обоймой и телом винтов, t – шаг винта, n – обороты ведущего колеса в секунду, – объемный КПД насоса.

Трехвинтовые насосы предназначены для перекачки жидкостей, обладающих смазывающей способностью.

Они используются при подачах до 0,2 м³/с, создают давление
до 18 МПа.

Длина винтов L определяется в зависимости от развиваемого насосом давления p:

За счет перепада давления по длине винтов в этих насосах возникает осевая нагрузка. Используется гидравлическая разгрузка винтов насоса.