18. Неравномерность давления и его компенсация.

Для уменьшения колебания давления, обусловленного неравномерностью подачи насоса, применяют воздушные колпаки, устанавливая их на всасывающем и нагнетательном трубопроводах. Принцип действия воздушных колпаков заключается в заполнении его перекачиваемой жидкостью при увеличении мгновенной производительности выше средней и опорожнении при уменьшении ее ниже средней. В результате в напорном и всасывающем трубопроводах поддерживается постоянной скорость движения жидкости, и влияние сил инерции ее движения сводится к минимуму. Установка воздушных колпаков позволяет резко улучшить параметры насосов, повысить их производительность и надежность. Эффект от применения воздушных колпаков тем выше, чем больше неравномерность подачи насоса — в особенности у одноцилиндровых насосов одинарного и двойного действия.

Воздушный колпак представляет собой цилиндрический сосуд, частично наполненный газом. При увеличении давления в трубопроводе жидкость, наполняя колпак, сжимает газ, а при уменьшении давления вытесняется из него сжатым газом.

Рассмотрим работу колпака достаточно большого объема, установленного на нагнетательном трубопроводе одноцилиндрового насоса двойного действия.

В статическом состоянии при неподвижной жидкости в трубопроводе газ, заполняющий верхнюю часть колпака, находится под тем же давлением, что и жидкость: где р_н — давление в конце напорного патрубка; р — плотность жидкости; g — ускорение свободного падения; h,_A — геодезическая высота нагнетания.

В начале вытеснения поршнем жидкости из цилиндра (рис. 4, фаза 1) расход ее минимален и пока он не достигнет среднего значения, объем жид-ти, поступающей в напорный трубопровод, будет:, где Q_H — мгновенная подача насоса, Q_K — расход жидкости из колпака. По мере увеличения мгновенной подачи насоса расход жидкости из колпака будет уменьшаться, а при будет =0. При увеличении мгновенной подачи насоса выше средней (фаза 2) колпак начнет наполняться и расход жидкости в напорном трубопроводе будет равен . При уменьшении мгновенной производительности насоса ниже средней (фаза 3) колпак начнет опорожняться, при этом Таким образом, объем воздуха в компенсаторе все время будет изменяться от минимального V_mlu До максимального V_шах, и в процессе работы колпак будет аккумулировать объем жидкости, равный Изменению объема воздуха будет соответствовать увеличение или уменьшение давления от р_тin до р_шах.

Газ, находящийся в колпаке, соприкасается с жидкостью и корпусом, имеющим постоянную температуру, поэтому, предполагая процесс сжатия изотермическим, можно записать

На практике при расчете колпаков величину δ для нагнетельной линии принимают равной 0,02, а для всасывающей 0,04 -г 0,05.

Воздушным колпакам придают цилиндрическую форму и для гарантированного заполнения нижней части жидкостью их объем увеличивают в полтора раза против V_ср:

В ысоту колпака определяют, задаваясь внутренним его диаметром, по формуле:

Необходимо учитывать, что применение воздуха в качестве рабочего агента колпака требует увеличения его объема и р_Ср/р_а раз (где р_а — атмосферное давление), так как заполнение колпака осуществляется воздухом из атмосферы. При этом отпадает необходимость в источнике сжатого газа и упрощается обслуживание колпака.

Если же размеры колпака и, следовательно, его масса имеют определяющее значение, для заполнения колпака используют сжатый газ (обычно азот) от специального источника. При этом увеличение объема колпака сверх V_K не требуется.

В результате контактирования газа с жидкостью он постоянно растворяется в ней и тем интенсивнее, чем больше давление нагнетания. Для предотвращения растворения газа в жидкости применяют колпаки с разделительной резиновой диафрагмой. Для повышения срока службы диафрагмы ее размеры (площадь) назначаются таким образом, чтобы при работе она перемещалась без растяжения.