3.8 Втрати енергії. Коефіцієнт корисної дії і характеристика зворотно-поступальних насосів

Потужність насоса більша від індикаторної на величину механічних втрат

, (3.38)

де  механічні втрати енергії (в гідравлічній частині: ущільнення поршня, штока; в приводній частині: крейцкопф, зубчаста передача, підшипники валів).

Механічний ККД

. (3.39)

За механічним ККД оцінюють ефективність насоса як механізму.

Об’ємні втрати енергії обумовлюються перетоками рідини (в клапанах, ущільненнях поршня, штока).

Об’ємний ККД

, (3.40)

де  дійсна подача насоса;

 теоретична подача насоса.

За допомогою об’ємного ККД оцінюють досконалість насоса з точки зору його герметичності.

Гідравлічні втрати енергії на проміжку між вакуумметром і манометром (головним чином в клапанах), оцінюються гідравлічним ККД

, (3.41)

де  тиск у вихідному патрубку насоса;

 середній індикаторний тиск в робочій камері насоса.

Індикаторний ККД насоса

. (3.42)

Загальний ККД ЗПН

(3.43)

Для ЗПН всі ККД визначаються експериментально.

При розрахунковому навантаженні величина загального ККД залежить від конструкції, стану, якості виготовлення вузлів і деталей та розмірів насоса. В середньому для вальних ЗПН .

Залежність подачі, потужності і ККД від тиску називається характеристикою об’ємного насоса (рис.3.11). Зниження подачі , пояснюється збільшенням втрат через нещільності робочих камер з ростом тиску. Потужність насоса при цьому зростає, а загальний ККД майже постійний в широкому діапазоні зміни тиску (він суттєво знижується лише при низьких і високих тисках). У першому випадку в результаті того, що з наближенням до холостого ходу будь-який механізм працює не економічно, а в другому – внаслідок збільшення втрат).

Рисунок 3.11 – Характеристика об’ємного насоса

3.9 Класифікація клапанів об’ємних насосів

Клапани відносяться до основних вузлів гідравлічної частини об’ємних насосів. Основні вимоги до клапанів наступні:

– забезпечення повної герметичності, підвищеної зносостійкості та безвідмовної роботи;

– невеликий гідравлічний опір;

– безударна посадка тарілки на сідло;

– доступність огляду та швидкої заміни зношених деталей.

Клапани сучасних ЗПН виключно самодіючі. Вони відкриваються і закриваються під дією тиску перекачуваної рідини. За кінематикою клапани поділяються на:

– кулькові з шістьма степенями вільності (завдяки обертанню кульки і можливості відхилення від осі сідла);

– підйомні з двома степенями свободи (переміщення вздовж і обертання навколо осі клапана).

Кулькові клапани (рис.3.12, а) використовують у тихохідних насосах. Їх переваги – простота і компактність конструкції (найчастіше застосовуються в свердловинних насосах). В потужних швидкохідних насосах кулькові клапани не використовуються, тому що кульки будуть мати велику масу (виникатимуть значні інерційні сили, що призведе до збільшення запізнення відкриття і закриття).

а) кульковий; б) кільцевий; в) тарілчастий; г) тарілчастий пружинний

Рисунок 3.12 – Схема клапанів зворотно-поступальних насосів

У великих насосах найбільш поширені підйомні клапани, які можуть бути ваговими (рис.3.12, б і в) або пружинними (рис.3.12, г). Вагові клапани застосовують тільки тоді, коли висока температура чи корозійність перекачуваної рідини виключають тривалу роботу пружини. У всіх інших випадках ставлять пружину. При переході поршнем (плунжером) крайніх положень тарілка завжди запізнюється з посадкою на сідло клапана (при цьому частина рідини перетікає через клапан у зворотному напрямку і умови посадки тарілки на сідло погіршуються). Пружина служить для зменшення цього запізнення. За будовою підйомні клапани поділяються на тарілчасті (рис.3.12, в) та кільцеві (рис.3.12, б). Тарілчасті клапани можуть бути з плоскими чи конічними сідлами; з верхнім, нижнім чи двома направляючими (для точної посадки тарілки на сідло); з притиранням тарілки до сідла (для чистих рідин) або з гумовим чи поліуретановим ущільненням (розміщених на тарілці або на сідлі). В кільцевому клапані (рис.3.12, б) рідина протікає по зовнішніх і внутрішніх стінках кільця (він забезпечує більшу витрату), але із-за складної конфігурації використовується рідко.

Вхідні і вихідні клапани використовуються однаковими і взаємозамінними.