Характеристики. Регулирование подачи

Регулирование подачи. Общеевыражение для подачи поршневого насоса (согласно § 7.1 и § 7.4) имеет вид

,

где k – постоянный коэффициент.

Отсюда следует, что подача поршневого насоса находится в зависимости от четырёх факторов: D, S, n и η ₀. Изменения подачи теоретически можно достигнуть изменением одного или нескольких из них. Практически же изменение D с целью регулирования подачи насоса требует изменения геометрических размеров гидравлической части подобно тому, как это реализовано в буровых насосных агрегатах (путём замены поршней и цилиндровых втулок при сохранении посадочных размеров в корпусе гидравлической части насоса). В насосах с заданными и фиксированными геометрическими размерами цилиндро-поршневой группы изменение D невозможно.

Можно регулировать подачу насоса изменением η _0. Для этого нужно выполнить всасывающий или напорный клапан управляемым и задерживать посадку его на седло во время соответствующего хода подачи или всасывания. Этот способ регулирования применяют редко, так как он связан с понижением общего КПД насоса и, следовательно, энергетически неэффективен.

Регулирование изменением длины хода поршня применяют в малых поршневых насосах с кривошипно-шатуннным приводом; в таких насосах палец кривошипа можно переставлять в прорези щеки кривошипа. При остановке насоса можно переставлять палец на определённое расстояние R от центра и иметь S = 2 R, необходимое для получения требуемой подачи.

В прямодействующих паровых (или газовых) насосах поршни гидравлической части приводятся в движение непосредственно от штоков приводной части; в этом случае получают изменение хода перестановкой распределительных органов приводного механизма.

Основным способом регулирования подачи поршневого насоса с электрическим приводом является изменение частоты вращения вала приводного двигателя или перемена отношения передаточных устройств, включённых между двигателем и насосом. Этот способ регулирования оправдывается энергетически.

Дросселирование как способ регулирования поршневых насосов недопустимо, ибо оно почти не влияет на подачу, но существенно увеличивает потребляемую мощность.

Характеристики. Основной характеристикой поршнево­го насоса является зависимость между его подачей и напором (давлением). Форма этой зависимости легко выясня­ется из выражения для подачи поршневого насоса. Действительно, для насоса с за­данными геометрическими размерами подача теоретически не зависит от давления. Это значит, что при заданной час­тоте вращения подача постоянна и одинакова при всех на­порах. Поэтому в системе координат Q - Н характеристи­ка H = f(Q) (или Q – p)изобразится (при n = n₁) прямой линией, па­раллельной оси ординат (рис. 7.3, а и б).

Рис. 7.3, а. Теоретические и действительные Рис. 7.3, б. График совместной работы

характеристики напора при n = var поршневого насоса и трубопровода

Если насос получит новую частоту вращения n₂ > n_{1 ,} то его подача увеличится пропорционально частоте вращения и характеристика займет новое положение, соответствую­щее п₂. Аналогично получаются характеристики для частот вращения п₃ > n₂, n₄ > n₃...

Теоретические характеристики поршневого насоса при переменной частоте вращения представляются семейством прямых линий, параллельных оси ординат. Действительные же характеристики отклоняются от теоретических, как это показано штриховыми линиями на рис. 7.3, а, б.

Указанное отклонение объясняется тем, что при повы­шении напора объемный КПД насоса уменьшается вслед­ствие увеличения утечек.

Характеристики H = f(Q) показывают, что при заданной частоте вращения поршневой насос может создавать раз­личные напоры. При этом он будет потреблять разные мощ­ности.

Так как давление, создаваемое насосом любого типа, определяется условиями совместной работы насоса и тру­бопроводной сети, то вопрос о мощности на валу поршне­вых насосов может быть рассмотрен только применитель­но к условиям заданной сети.

Совместная работа поршневого насоса и трубопровода. Задача по определению напора (давления), создавае­мого поршневым насосом, и полезной мощности его реша­ется графически совместным построением характеристики насоса и трубопровода. Это выполнено на рис. 7.3, б для час­тот вращения n₁, n₂, n3 и n₄ при условии n₁ < л₂ < n₃ < n₄.

Создаваемые насосом напоры и подачи соответственно равны Н₁, Н₂, Н₃, H₄ и Q₁, Q₂, Q₃, Q₄.

Полезные мощности насоса для каждой подачи

.

На рис. 7.3, б нанесены ординаты кривой Nn = f(Q). Эта кривая дает представление об изменении полезной мощно­сти в зависимости от подачи (и частоты вращения) порш­невого насоса; это характеристика полезной мощности. Форма ее зависит от гидравлических свойств трубопрово­да, присоединенного к насосу.

Если трубопровод обладает малым гидравлическим со­противлением и насос преодолевает в основном статический напор, то характеристика полезной мощности получается почти прямой линией. При отсутствии статического напора в сети характеристика полезной мощности является куби­ческой параболой вида Nn = an³.

Мощность на валу поршневого насоса изменяется при изменении частоты вращения вала, потому что изменяются полезная мощность и КПД насоса. Полный КПД насоса имеет наибольшее значение при оптимальной частоте вра­щения. Отклонение частоты вращения от оптимальной вы­зывает уменьшение КПД.

Изменение КПД при регулировании поршневого насоса может быть установлено только при испытании его.

Когда значения КПД в пределах допустимых для дан­ного насоса изменений частоты вращения известны, то по значениям полезной мощности могут быть определены со­ответствующие мощности на валу. Штриховая кривая, по­казанная на рис. 7.3, б и построенная в пределах подачи от Q₁ до Q₃, дает представление о характере изменения мощ­ности насоса. Это характеристика мощности насоса