§ 6 Индикаторная диаграмма поршневого насоса

Индикаторная
диаграмма представляет собой запись
давления в цилиндре насоса в зависимости
от угла поворота приводного механизма
или от времени.

Индикаторная
диаграмма совершенного насоса
(отсутствуют утечки жидкости, клапаны
не запаздывают): всасывание по линии
cd,
нагнетание по линии ba.

При
отсутствии утечек и практически
несжимаемой жидкости, кривые повышения
и снижения давления db
и ac
располагаются вертикально.

При
всасывании, жидкость под действием
разности давлений
будет следовать за поршнем. Поршень
при этом совершает работу по поднятию
столба жидкости на высотуи на преодоление сопротивления, включая
сопротивление всасывающих клапанов и
силы инерции жидкости.

При
нагнетании поршень совершает работу
по поднятию жидкости на высоту
и
на преодоление сопротивления
нагнетательного трубопровода.

Диаграмма,
отражающая запаздывание открытия и
закрытия клапанов.

Линии
повышения и снижения давления db
и ac
– наклонены, ибо на процессы повышения
и понижения давления в цилиндре
затрачивается некоторое время,
соответствующее отрезкам пути
.

Всплески
давления, имеющие место в начале хода
всасывания (точка C)
и начале хода нагнетания (точка B)
вызваны открытием и закрытием клапанов,
а также инертностью жидкости.

Площадь
индикаторной диаграммы выражает работу,
сообщаемую жидкости поршнем за один
оборот вала.
Поделив площадь на ход поршня
,
получим среднее индикаторное давление,
определяемое выражением:

,

, (2.37)

где
и- соответственно средние по индикаторной
диаграмме значения разряжения (вакуума)
в цилиндре насоса и давления нагнетания.

Значение
соответствует без учёта инерционных
потерь и гидравлического сопротивления
трубопровода всасывания, высоте
всасывания:

.

Мощность,
передаваемая жидкостью от приводного
вала через поршень, называемая
индикаторной
мощностью,
определяется

,
(2.38)

где
— рабочая площадь поршня,

— односторонний ход поршня,

— индикаторное давление,

— обороты вала в сек.

,
(2.39) — индикаторный К.П.Д. насоса,

где

—
мощность, подведенная к валу насоса
(приводная мощность).

Глава 3 Роторные радиально – поршневые гидромашины.

§ 1 Общие сведения. Типовая схема.

В
современных гидросистемах, особенно
в гидросистемах высоких давлений (свыше
10-15 МПа) применяют преимущественно
роторно-поршневые гидромашины (насосы
и гидромоторы).

Роторно-поршневой
насос или гидромотор
представляет собой гидромашину с
подвижными элементами в виде ротора,
совершающего вращательные движения,
и поршней или плунжеров, вращающихся
вместе с ротором и имеющих
возвратно-поступательное движение в
цилиндрах машины. В общем случае,
роторная машина определяется, как
объёмная машина с вращательным или
вращательным и возвратно-поступательным
движением рабочих органов, не зависимо
от характера движения ведущего звена.

Основные
свойства роторных машин:

1. Обратимость
   – способность работать и в качестве
   насосов и гидромоторов.

2. Большая
   быстроходность, до 2000-5000 об/мин.

3. Способность
   работать только на чистых, неагрессивных
   и смазывающих жидкостях.

4. Малые
   удельная масса и объём на единицу
   мощности.

Отсутствие
всасывающих и нагнетательных клапанов
в роторных насосах является основным
конструктивной особенностью, которая
отличает их от поршневых насосов.

Роторная
радиально-поршневая гидромашина
представляет собой гидромашину (насос
или мотор), у которой оси поршней или
плунжеров перпендикулярны оси вращения
ротора или составляет с ним угол более.

Кинематической
основой такого насоса является
рассмотрений ранее кривошипно-шатунный
механизм, преобразованный так, что
неподвижным звеном является кривошип
1 (рис. 3.1.), цилиндр же 3 вращается с
постоянной угловой скоростью вокруг
оси
,
а шатун 2 вращается с переменной скоростью
вокруг оси.
Расстояниемежду этими осями (соответствует размерукривошипа) называетсяэксцентриситетом.

Рис.
3.1. Кинематическая схема радиально-поршневого
насоса.

1. кривошип,

2. шатун,

3. цилиндр,

4. поршень.

Поскольку
поршень (ползун) 4 этого кривошипно-шатунного
механизма связан с шатуном 2, вращающимася
вокруг той же оси
,
он будет при вращении цилиндра 3 совершать
в нём возвратно-поступательные
перемещения с ходом Камеры цилиндров
будут последовательно (через каждыеповорота) увеличиваться и уменьшаться
(всасывая или вытесняя жидкость).

Вокруг
осей
иможно разместить несколько цилиндров
с поршнями. Поскольку цилиндры 3 вращаются
вокруг неподвижной оси,
эту ось можно использовать в качестве
распределительной цапфы (золотника),
в которой для этого выполняются каналы
всасывания «а»
и нагнетания «в»
(рис.3.2.)

Цилиндры
3 насажены своими основаниями на
распределительную цапфу и отверстиями
в своих донышках соединяются с осевыми
сверлениями «а»
и «в»
— подвод и отвод жидкости.

6

7

Рис. 3.2. Принципиальная
схема радиально-поршневого насоса.

1 – ротор (цилиндровый
блок),

2 – статор (статорное
кольцо),

3 – цилиндр,

4 – поршень
(плунжер),

5 – цапфа
распределительная,

6 – пружина,

7 – перевальная
перемычка

Кинематика
механизма здесь сохраняется, если
ведение поршней осуществлено с помощью
статора (кольца) 2, радиус которого равен
радиусу
шатуна. Для этого поршни связаны со
статорным кольцом с помощью пружин,
давлением жидкости подкачивающих
насосов и т.д.

Таким образом,
кинематические зависимости, полученные
для поршневого насоса, справедливы и
для насосов данной схемы:

—
Перемещение поршня:
,

—
Скорость поршня:
,

—
Ускорение поршня:
.

На
практике насос имеет свободно посаженный
на цапфу 5 цилиндровый блок 3 с
звездообразным расположением нескольких
(от 5 до 13) цилиндров, смещенных один
относительно другого на угол
,
где-
число цилиндров.

Поршни
4 прижимаются к статорному кольцу 2 под
действием центробежных сил и усилий
пружин 6. Оси цилиндров пересекаются в
центре
вращения блока, ход поршня.
При переходе цилиндров через нейтральное
положение (горизонтальную ось), они
перекрываются уплотнительной частью
(перевальной перемычкой) распределительной
цапфы, ширинакоторой больше размера отверстия в
донышках цилиндров().

Радиально-поршневые
насосы и гидромоторы изготавливаются
мощностью до 3000 кВт с расходом до 8000
л/мин. (0,13
).
Эти насосы выпускаются преимущественно
в регулируемом варианте. Цилиндры
обычно располагаются в несколько рядов
(до 6), благодаря чему получается высокая
подача или большой крутящий момент на
валу гидромотора. Давления до 100 МПа
(1000).

— Объёмный К.П.Д.:
от 0,96 до 0,98,

— Механический
К.П.Д.: от 0,8 до 0,95,

— Полный К.П.Д.: от
0,77 до 0,93.

—
Ресурс работы: от 20 000 до 40 000 часов.

§ 26. Индикаторная диаграмма поршневого насоса

Индикаторная
диаграмма поршневого насоса показывает
значе­ние давления в цилиндре для
любого положения поршня. Диаграм­ма
дает возможность определить среднее
индикаторное давление, мощность насоса
и работу, затрачиваемую на перемещение
жидко­сти за один оборот вала. По
индикаторной диаграмме можно су­дить
о степение исправности насоса.

Индикаторные
диаграммы строят в прямоугольных
координа­тах: давление— объем (р—V)
или давление — ход поршня (р—s)

На
горизонтальной оси в принятом масштабе
откладывают ход поршня или описываемый
им объем, а на вертикальной —
соответ­ствующие значения давления
в рабочей камере также в определен­ном
масштабе.

Теоретическая
индикаторная диаграмма поршневого
насоса представляет собой прямоугольник
1—2—3—4
(рис.
31). В ней не учтены изменения давления
в процессах всасывания и нагнетания, а
также утечки жидкости из-за несвоевременного
открытия и за­крытия клапанов. Во
вре­мя движения поршня впра­во
происходит процесс вса­сывания при
постоянном давлении р₁
—
линия 1—2.
В
начале движения поршня из крайнего
положения вле­во давление в цилиндре
должно повыситься мгно­венно до р₂
—
линия 2—3.
Нагнетание
жидкости при постоянном давлении р₂
из­ображается
линией 3—4.
При
мгновенном подъеме всасывающего клапана
дав­ление падает до p₁
—
линия 4—1.

Действительная
индика­торная диаграмма поршне­вого
насоса существенно отличается от
теоретической. Линия по­вышения
давления 2—6
при
ходе поршня влево несколько откло­нена
от линии 2—3
вследствие
того, что в цилиндре может быть воздух
или пары перекачиваемой жидкости, при
сжатии которых уменьшается объем, а
также в результате того, что из-за
запазды­вания посадки всасывающего
клапана часть жидкости уходит во
всасывающий трубопровод.

Точка
6
соответствует
наибольшему давлению, создаваемому
поршнем в цилиндре в момент подъема
нагнетательного клапана и преодоления
поршнем инерционных сил жидкости. Далее
давление несколько понижается в период
нагнетания — линия 6—4.

В
левом крайнем положении поршня давление
падает не по ли­нии 4—1,
а с некоторым замедлением по линии 4—5.
Это
объясня­ется тем, что посадка
нагнетательного клапана запаздывает
и часть жидкости поступает из
нагнетательного трубопровода в ци­линдр.
Всасывание начинается только при
понижении давления до значения,
соответствующего точке 5.
Падение
давления в начале всасывания вызвано
необходимостью преодолеть инерцию
жидко­сти и сопротивление всасывающего
клапана. Далее в процессе вса­сывания
давление повышается — линия 5—2.

Для
получения индикаторной диаграммы
используют поршне­вой индикатор,
который соединяют с цилиндром или
рабочей каме­рой насоса. В последнее
время для снятия диаграмм начали
приме­нять электронные приборы и
устройства.

Записывающее
устройство индикатора чертит на бумаге
диаг­рамму, ординаты которой в некотором
масштабе показывают дав­ление, абсциссы
— перемещение поршня насоса.

Более
совершенный способ снятия индикаторных
диаграмм — использование тензометрических
первичных преобразователей и вторичной
электронной аппаратуры с записью
мгновенных давлений на осциллографе.
Этот способ более надежен, удобен в
испытани­ях и почти полностью вытеснил
прежние механические индика­торы.

При
испытании нового насоса на заводе-изготовителе
опреде­ляют его параметры и снимают
индикаторную диаграмму. Ее на­зывают
нормальной диаграммой.

В
процессе работы насоса появляются
неисправности, часть ко­торых можно
определить по снятой индикаторной
диаграмме, на­зываемой эксплуатационной.
Сравнение эксплуатационной и нор­мальной
диаграмм позволяет судить о характере
неполадок в ра­боте клапанов рабочей
камеры, цилиндра и колпаков.

На
рис. 32 приведены искаженные индикаторные
диаграммы работающих насосов.

Диаграмма
1 показывает, что с большим запозданием
закры­вается всасывающий клапан
(линия АА),
из-за
чего на части хода поршня s
пропускается жидкость из цилиндра во
всасывающий трубопровод. Следует усилить
нагрузку

ходящихся
рядом с ним — для выпуска отработанного
пара из ци­линдра и один средний —
для пропуска отработанного пара из-под
золотника в отводную трубу.

Свежий
пар подводится к золотниковой коробке,
распределяет­ся золотником поочередно
в ту или другую часть цилиндра, совер­шает
там работу, затем выталкивается из
цилиндра, как отрабо­танный, и выводится
наружу. Для прямодействующих насосов
ха­рактерно то, что поршень, не доходя
до крайнего положения, пере­крывает
выпускной канал. В цилиндре за поршнем
остается не­большой объем пара, который
сжимается поршнем при дальней­шем
его движении, а это создает упругий
буфер, обеспечивающий плавную остановку
поршня.

Промышленность
выпускает различные модели паровых
прямо-действующих насосов.

ИДЕАЛЬНАЯ ПОКАЗАТЕЛЬНАЯ СХЕМА ПОРШНЕВОГО НАСОСА

Мы обсуждали основы поршневого насоса.
насос, главный
компоненты поршневого насоса и принцип работы поршневого насоса в наших последних постах.

Сегодня мы начнем с идеального индикатора
схема поршневого насоса, и мы также узнаем здесь важность идеального
Индикаторная диаграмма поршневого насоса для определения работы, совершаемой
поршневой насос с помощью этого поста.

Идеал
индикаторная диаграмма поршневого насоса

Идеальная индикаторная диаграмма поршневого насоса в основном
график зависимости абсолютного напора в цилиндре от пройденного пути
поршнем из ВМТ за один полный оборот кривошипа.

Поскольку максимальное расстояние, пройденное поршнем,
быть равным длине хода и, следовательно, мы также можем сказать, что идеальный индикатор
Диаграмма поршневого насоса будет в основном графиком между абсолютным
напор в цилиндре и длину хода поршня за один полный
революция.

Как известно, объем воды, подаваемый за один
оборот будет произведением площади поперечного сечения поршня или
цилиндр и длина хода, т. е. V = A x L 

Где площадь поперечного сечения поршня или цилиндра
будет постоянным и, следовательно, объем воды, подаваемый за один оборот, будет
быть прямо пропорциональна длине хода, т. е. V α L. 

Следовательно, идеальная индикаторная диаграмма возвратно-поступательного движения
насос можно также рассматривать как график между абсолютным напором и
объем за один полный оборот кривошипа.

Пусть
нарисуем здесь сначала идеальную индикаторную диаграмму поршневого насоса, а затем
мы будем понимать эту диаграмму в деталях.

Следующий рисунок, показанный здесь, указывает
поршневой насос.

Где,

H _атм = напор при атмосферном давлении

L = длина хода

ч _с = высота всасывания или
оси цилиндра от поверхности воды в отстойнике

h _d = напор или вертикальная высота
точка подачи от оси цилиндра

Как мы недавно обсуждали, график между
абсолютного напора в цилиндре и длины хода поршня за один
полный оборот будет идеальной индикаторной диаграммой поршневого насоса.

Следовательно, абсолютный напор будет принят за
ордината и длина штриха будут приняты за абсциссу, как показано здесь в
следующий рисунок.

На следующем рисунке показана идеальная схема индикатора
поршневого насоса, где линия EF показывает атмосферный напор.

В идеальном случае, если пренебречь скоростью и
ускорение жидкости в поршне цилиндра и всасывающей трубе, давление всасывания
должно быть достаточно, чтобы поднять жидкость, т. е. воду, на высоту по вертикали h _s .

Следовательно, напор на всасывании будет равен
глубина по вертикали h _s . В идеальном случае напор внутри
цилиндр будет постоянным в течение всего хода всасывания, где поршень
движется к внешней мертвой точке.

Таким образом, линия AB будет указывать здесь всасывание.
ход, и он будет ниже, чем EF напора атмосферного давления, как показано
на рисунке выше.

В конце такта всасывания поршень толкает
жидкость, то есть вода. Если считать жидкость полностью несжимаемой, то
быть мгновенным повышением давления жидкости, как только поршень надавит на
жидкость.

Потому что, если мы вспомним свойство полностью
несжимаемая жидкость, жидкость будет находиться под давлением мгновенно без изменения
объем. Линия BC показывает мгновенное повышение давления жидкости до подачи
напор, когда поршень выталкивает жидкость в конце такта всасывания.

CD показывает ход подачи на рисунке выше. В течение
такта нагнетания, напор в цилиндре будет постоянным и будет
равен напору h _d и будет выше атмосферного
напор на высоте h _d , как показано на рисунке выше.

Суммарная статическая подъемная сила насоса составит h _s + h _d .

Аналогично, в конце рабочего хода, когда поршень
придет к внутренней мертвой точке, произойдет мгновенное падение давления, когда поршень
начать движение к внешней мертвой точке. Это мгновенное падение давления, когда поршень
начать движение к внешней мертвой точке, показано DA на приведенной выше схеме возвратно-поступательного движения.
насос.

Следовательно, за один полный оборот кривошипа давление
головка в цилиндре будет обозначена диаграммой A-B-C-D-A. Эта диаграмма
называется идеальной индикаторной диаграммой поршневого насоса.

Как мы уже видели в предыдущем посте, это
работа, совершаемая поршневым насосом в секунду, будет равна
уравнение, как указано ниже.

Работа поршневого насоса = ρg A L N x (ч _с
+ h _d ) / 60  

Работа поршневого насоса = K x L x (h _s + h _d )

Потому что, ρ g
A N / 60 = Константа = K

Следовательно, мы можем сказать
что

Работа поршневого насоса = K x AB x BC

Работа
поршневым насосом = K
x Площадь индикаторной диаграммы

Потому что,

Длина хода L = AB

Полная статическая подъемная сила насоса будет h _s + h _d = BC

Таким образом, мы видели здесь идеальный индикатор
схему поршневого насоса, а также сделали вывод, что работа, совершаемая
поршневого насоса будет прямо пропорциональна площади индикаторной диаграммы.

Есть предложения? Пожалуйста, напишите в поле для комментариев, а также сбросьте
ваш адрес электронной почты в указанном почтовом ящике, указанном в правой части страницы
для дальнейшего и постоянного обновления от www.hkdivedi.com.

Ссылка:

Гидромеханика, Р. К. Бансал

Гидродинамика, профессор С. К. Сом

Изображение предоставлено Google

Читайте также  

Отто
цикл

Принцип работы центробежного насоса

Гидравлические турбины

Рабочие
принцип работы газовой турбины открытого цикла 

Закрытый
цикл газотурбинных двигателей

Ренкина
цикл на теплоэлектростанции

Разница
между циклом Ренкина и циклом Карно

Что такое Индикаторная диаграмма поршневого насоса?

Индикаторная диаграмма представляет собой график зависимости давления от длины хода в поршневых цилиндрах. Диаграмма индикатора поршневого насоса поможет нам понять взаимосвязь между напором в цилиндре и расстоянием, пройденным поршнем от внутренней мертвой точки за один полный оборот кривошипа. Давайте разберемся, как мы можем нарисовать индикаторную диаграмму для поршневых насосов.

Поршневой насос

Гидравлические машины, преобразующие гидравлическую энергию в механическую, называются турбинами, а гидравлические машины, преобразующие механическую энергию в гидравлическую, называются насосами. Гидравлическая энергия находится в форме энергии давления. Если механическая энергия преобразуется в энергию давления посредством центробежной силы, действующей на жидкость, гидравлическая машина называется центробежным насосом. Если механическая энергия преобразуется в гидравлическую энергию (или энергию давления) путем всасывания жидкости в цилиндр, в котором поршень совершает возвратно-поступательные движения (движется вперед и назад), что оказывает давление на жидкость и увеличивает ее гидравлическую энергию (энергию давления) , насос известен как поршневой насос.

Поршневой насос

Поршневой насос состоит из поршневого насоса одностороннего действия, состоящего из поршня, который перемещается вперед и назад в плотно прилегающем цилиндре. Движение поршня достигается за счет соединения штока поршня с кривошипом с помощью шатуна. Кривошип вращается с помощью электродвигателя.

Идеальная индикаторная схема поршневого насоса

Индикаторная схема поршневого насоса поможет нам понять взаимосвязь между напором в цилиндре и расстоянием, пройденным поршнем от внутренней мертвой точки за один полный оборот кривошипа. Поскольку максимальное расстояние, пройденное поршнем, равно длине хода, то индикаторная диаграмма представляет собой график между напором и длиной хода поршня за один полный оборот. За ординату принят напор, а за абсциссу длина хода.

График между напором в цилиндре и длиной хода поршня за один полный оборот кривошипа в идеальных условиях известен как идеальная индикаторная диаграмма. На следующем графике показана идеальная индикаторная диаграмма, на которой линия EF представляет собой атмосферный напор, равный 10,3 м водяного столба.

Индикаторная схема поршневого насоса

Let
H _атм = атмосферный напор = 10,3 м водяного столба
L = длина хода
ч _s = Высота всасывания
h _d = Высота нагнетания

• Во время такта всасывания высота напора в цилиндре постоянна и равна высоте всасывания (h _s ), которая ниже атмосферного давления напор (H _атм ) высотой h _s .
• Напор во время такта всасывания представлен горизонтальной линией AB, которая находится ниже линии EF на высоту h _s .
• Во время такта нагнетания напор в цилиндре постоянен и равен напору нагнетания (h _d ), что выше уровня атмосферы на высоту (h _d ).
• Таким образом, напор во время рабочего хода представлен горизонтальной линией CD, которая находится выше линии EF на высоту h _d .
• Таким образом, за один полный оборот кривошипа высота напора в цилиндре представлена ​​диаграммой A-B-C-D-A.

Эта диаграмма известна как идеальная индикаторная диаграмма.

Теперь из уравнения из предыдущей статьи мы знаем, что работа, совершаемая насосом в секунду, равна

Площадь индикаторной диаграммы можно записать как = AB × BC

= AB × (BF + FC)
= L × (h _s + h _d )

Подставив это значение в приведенное выше уравнение , получаем

Работа, совершаемая насосом ∝ Область индикаторной диаграммы.