Способы выравнивания подачи

Для уменьшения неравномерности подачи применяют два способа.

Пер­вый сводится к применению многопоршневых машин с общей при­водной частью и общими магистральными трубопроводами.

Для поршневого насоса двойного действия.

При этом длительные перерывы подачи устраняются, но мгновенные режимы сохраняются. Следовательно, сохраняются и предельные значения инерционных пульсаций давления.

При трех поршнях циклы вытеснения перекрывают один другой так, что жидкость в трубах никогда не останавливается. В этом случае величина σ резко сни­жается до 0,14.

Уменьшаются и предельные значения инерционных пульсаций давления вследствие уменьшения максимальных ускорений по­тока. Выравненность подачи и связанное с этим улучшение качества рабочего процесса увеличиваются с применением нечетных чисел поршней больше трех. Для насосов с разными числами поршней, можно показать, что у насосов с нечет­ным числом поршней равномерность подачи большая, чем у насосов с четным числом (следующим за данным нечетным) поршней. Поэтому числа поршней как правило выбирают нечетными.

Истинная неравномерность подачи в установках с объемными насосами может значительно превышать идеальную неравномер­ность из-за запаздывания клапанов и сжимаемости жидкости.

Вторым способом выравнивания подачи является применение гидропневматических аккумуляторов (воздушных колпаков).

Воздушные колпаки

Воздушный колпак представляет собой буферный промежуточный сосуд, в котором примерно 50% объема занимает воздух.

Воз­душные колпаки устанавливают на подводя­щей и отводящей линиях непосредственно перед и после рабочей камеры, так, чтобы путь от нее до колпаков был минимален. При­меняют колпаки, как правило, с одно- и двухцилиндровыми насо­сами.

Воздушные колпаки:

а - на всасывающей линии;

б - на нагнетательной линии.

Работа колпаков основана на стремлении длинных столбов жид­кости в трубах сохранять

из-за инерции среднюю скорость, соот­ветствующую средней подаче насоса Q= Qи. При цикле вытесне­ния избыток подачи сверх Qи задер­живается в колпаке, сжимает газовую подушку. Давление газа становится больше среднего значения. Когда подача насоса меньше Qи газ в колпаке расширяется и колпак отдает накопленный избыточный объем в отводящую линию. При разрядке давление в колпаке падает ниже среднего значения. Таким образом, в трубах поддерживается непрерывное движение жидкости и величина инерционных пульса­ций давления снижается до пренебрежимо малых величин, обусловленных малой длиной патрубков от ци­линдра до колпака. Из-за растворения газа в жидкости объем газовой подушки в напорном колпаке уменьшается во времени тем быстрее, чем больше среднее давление. По­этому колпаки необходимо пополнять газом или разделять жидкостную и газовую поло­сти поршнем или мембраной.

При ускорении движения поршня, т е когда в воздушный колпак поступает наибольшее количество жидкости, воздух, находящийся в последнем, сжимается Избыток жидкости поступает в колпак и удаляется из него, когда подача становится ниже средней При этом давление воздуха, находящегося в колпаке, изменяется незначительно (поскольку его объем гораздо больше объема поступающей жидкости) и движение жидкости в нагнетательном (или всасывающем) трубопроводе становится близким к равномерному.

Вопрос

Структура и основные особенности пневмопривода

Область и масштабы применения пневматического привода обусловлены его достоинствами и недостатками, вытекающими из особенностей свойств воз-

духа. В отличие от жидкостей, применяемых в гидроприводах, воздух, обладает высокой сжимаемостью и малой плотностью в исходном атмосферном

состоянии (около 1,25 кг/м 3), значительно меньшей вязкостью и большей текучестью.

Основные достоинства пневмопривода:

1. Простота конструкции и технического обслуживания

2. Пожаро- и взрывобезопасность

3. Надежность работы в широком диапазоне температур

4. Значительно больший срок службы, чем гидро- и электропривода

5. Высокое быстродействие

6. Возможность передачи пневмоэнергии на относительно большие расстояния

7. Отсутствие необходимости в защитных устройствах от перегрузки давлением у потребителей

8. Безопасность для обслуживающего персонала

9. Нечувствительность к радиационному и электромагнитному излучению

Недостатки:

1. Высокая стоимость пневмоэнергии

2. Относительно большой вес и габариты пневмомашин

3. Трудность обеспечения стабильной скорости движения

4. Высокий уровень шума

5. Малая скорость передачи сигнала (управляющего импульса)

Перечисленные недостатки могут быть устранены применением комбинированных пневмоэлектрических или пневмогидравлических приводов.

Многие характеристики пневмопривода обусловлены принципом его действия и устройством основных элементов. Общая схема пневмопривода приведена на рис. 65.

Компрессор 1, приводимый в действие электродвигателем3, засасывает из атмосферы воздух через фильтр2 и нагнетает его в пневмосистему при определенном давлении. Сжатый воздух накапливается в сборнике4, который сглаживает пульсацию давления от компрессора и уменьшает влияние потребителей5 сжатого воздуха при их работе. По трубе10 воздух подается через распределитель6 к исполнительному устройству 7, например, пневмоцилиндру. Поршень цилиндра начинает двигаться и перемещать полуформу8 кокильной машины. Включение и выключение распределителя6 осуществляется системой управления9.

Пневмопривод имеет несколько преобразователей энергии. Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую, которая в компрессоре переходит в энергию сжатого воздуха.

В пневмоцилиндре энергия сжатого воздуха преобразуется в механическую энергию. Вследствие многократного преобразования энергии, неизбежно сопровождающегося потерями ее в каждом преобразователе, пневмопривод менее экономичен, чем, например, электропривод.

Приведенная на рис. 65 схема пневмопривода является его общей схемой. Компрессоры, воздухосборники и магистральные трубопроводы, как правило, не входят в пневмопривод литейных машин. Сжатый воздух подводится к ним от центральных компрессорных станций, расположенных даже вне цеха.

Пневмопривод литейной машины представляет собой совокупность следующих основных устройств: исполнительного, распределительного и управляющего.

Исполнительное устройство или пневмодвигатель преобразует энергию сжатого воздуха в механическую энергию движения рабочих органов машины, выполняющих заданную технологическую операцию.

Р
распределительные устройства соединяют рабочие полости пневматических исполнительных устройств с сетью, а полость выхлопа – с атмосферой.

Экзаменационный билет №9

1 Кавитация в лопастных насосах. Кавитационные характеристики
Кавитация (пустота) — образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация), существуют и другие причины возникновения эффекта. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырек захлопывается, излучая при этом ударную волну.
б) Кавитационной характеристикой центробежного насоса (рис.5.14) называется зависимость действительной производительности Q_д в зависимости от давления на его входе P_вх. Кавитационные явления чаще всего возникают на входе в насосы.

Кавитационные характеристики, определяются опытным путем и снимаются при постоянной частоте вращения крыльчатки насоса и постоянным перепадом давления на его выходе и входе ∆Р_нас=Рвых_.- Р_вх =const. Эти характеристики приводятся для конкретного топлива и эксплуатационной температуры.

2 Индикаторная диаграмма. КПД поршневых насосов.

Рабочий цикл поршневого насоса может быть графически описан на бумаге специальным прибором - индикатором. График изменения давления в цилиндре за один полный оборот кривошипа называетсяиндикаторной диаграммой. На рис. 7.6 показана такая диаграмма насоса простого действия.

Рис. 7.6. Индикаторная диаграмма

При движении поршня слева направо (см. рис. 7.3) (процесс всасывания) давление в цилиндре насоса резко падает до давления всасывания P_вс по линии аб. Из-за податливости стенок цилиндра и сжимаемости жидкости линия аб не вертикальна, а слегка наклонена и переходит затем в волнистую линию бв. Далее на всасывающей линии поддерживается постоянное давление и линия вг остается практически горизонтальной на протяжении всего хода всасывания. При обратном движении поршня (ход нагнетания) давление в цилиндре от P_вс поднимается до давления P_нагн по прямой гд, наклон которой влево от вертикали объясняется теми же самыми причинами, что и для линии аб. Начало сжатия жидкости сопровождается колебаниями давления в цилиндре (линия де). В дальнейшем давление P_нагн остается неизменным на протяжении всего хода нагнетания (линия еа). При повторном рабочем цикле этот график будет повторяться.

Неисправности, возникающие в гидравлической части поршневого насоса изменяют характер индикаторной диаграммы. Анализируя различные индикаторные диаграммы с теми или иными аномалиями, можно безошибочно сказать о неисправности насоса.

Рис. 7.3. Насос поршневой простого действия

Мощность, которая подводится к валу насоса называется подведенной. Она равна произведению крутящего момента на валу на его угловую скорость

N_П = M_КРω

Мощность, которую мы получаем от насоса в виде потока жидкости под давлением называется полезной мощностью насоса (в дальнейшем просто мощностью)

N_П = Q_HP_H

Отношение мощности насоса к подведенной мощности называется общим КПД насоса

а разность N_П - N_H = N_пот называется потерями мощности в насосе. Потери мощности в насосе делятся на объемные, механические и гидравлические.

Потери мощности на внутренние утечки и неполное заполнение камер насоса

N_об = (Q_ут + Q_неп)P_H

Объемный КПД насоса определится из соотношения

Для современных насосов объемный КПД находится в пределах 0,92…0,96. Значения КПД приведены в технических характеристиках насосов.

Механические КПД характеризует потери на терние в подвижных соединениях между деталями насоса. При относительном перемещении соприкасающихся поверхностей в зоне их контакта всегда возникает сила трения, которая направлена в сторону, противоположную движению. Эта сила расходуется на деформацию поверхностного слоя, пластическое оттеснение и на преодоление межмолекулярных связей соприкасающихся поверхностей.

Мощность, затраченная на преодоление сил трения, определяется

N_тр = M_трω,

где М_тр - момент трения в насосе;
ω - угловая скорость вала насоса.

Механический КПД определяется из соотношения

Для современных насосов механический КПД также находится в пределах 0,92…0,96.

Гидравлический КПД характеризует потери на деформацию потока рабочей жидкости в напорной камере и на трение жидкости о стенки сосуда. Эти потери примерно на порядок ниже механических потерь на трение и часто в инженерных расчетах не учитываются или объединяются с механическими потерями на трение. В этом случае объединенный КПД называется гидромеханическим.

Мощность, затраченная на гидравлические потери, определится

N_г = Q_H (P_K - P_H),

где P_К - давление в напорной камере насоса;
P_Н - давление в напорной гидролинии на выходе из насоса.

Гидравлический КПД определяется из соотношения

Общий КПД насоса равен произведению КПД объемного, гидравлического и механического

η = η_об + η_мех + η_г

Таким образом, баланс мощности насоса дает представление о потерях, возникающих в насосе, общем КПД и всех его составляющих.