книги / Паровые насосы
..pdfНа практике удобно пользоваться отношением
где U = 30/л — продолжительность одного хода поршня, вклю чая паузу.
Значение т обычно лежит в пределах от 0,2 до 0,4. Исследования показывают, что наибольшая продолжитель
ность паузы поршня должна быть меньше половины времени t0> затрачиваемого на один ход поршня, т. е. /пmax < t0/2 или т < 0,5.
Для определения предельного зазора А. П. Герман дал фор мулу
ônp = 53. ш— (2е + а0+ Д),
где Д — величина открытия окна, необходимая для страгивания поршня с мертвой точки.
Из условия полного открытия окна на впуск выше мы полу чили равенство
5з. ш= 2я0 + 2е + ô.
Значение зазора, определяемое из этой формулы,
Ô= 53. ш— (2а0+ 2е),
получается меньше предельного, так как Д < а0. Парораспределение у одиночных насосов трудно поддается
аналитическому расчету. Что касается расчета паровой подуш ки, то его можно выполнять методом, изложенным в п. 11. При конструировании главных и вспомогательных золотников у оди ночных насосов следует обратить внимание на совпадение в нужный момент отверстий, подающих пар для переброски зо лотников на обратный ход. Это лучше всего сделать на моделях проектируемых золотников.
23. Д И А ГР А М М А П А РО РАС П РЕД ЕЛ ЕН И Я СДВОЕННЫ Х НАСОСОВ
Диаграмма парораспределения позволяет находить переме щение золотника данного цилиндра в зависимости от перемеще ния поршня того же цилиндра. Ниже излагается методика по строения такой диаграммы, предложенная инж. Пеханом.
Пусть В'А'о (рис. 46) будет среднее положение рычага вто рого рода, передающего движение от поршня одного цилиндра к золотнику другого цилиндра. При повороте рычага на угол а от среднего его положения точка Ло, связанная серьгой с порш невым штоком, переместится в точку А\ а точка Со, связанная серьгой с золотниковым штоком, — в точку С' Пренебрегая кос венным влиянием серег, получим, что перемещение поршня равно горизонтальному отрезку О'Е' = аА\ а соответствующее перемещение золотникового штока отрезку СС'. При крайнем
положении рычага перемещение поршня будет измеряться от резком АоЕ[ = а\Аи а соответствующее перемещение золотнико вого штока — отрезком CiCî.
Если по-прежнему через Х0 обозначить отношение плеч у ры чага, то из подобия треугольников можно написать
аА'/СС' = В'А'/С'В' — Л0.
От точки Е \ являющейся проекцией точки А' на горизонталь, отложим по вертикали отрезок E'F' = СС', соединим точки F' и О' прямой и продолжим эту прямую до пересечения с верти
калью, |
проходящей |
через |
точку Е[. |
Тогда |
ординаты |
пря |
||||||
мой O'D' определят |
перемещения золотникового штока, а абс |
|||||||||||
В' |
|
циссы — перемещения |
|
связанного с |
||||||||
|
ним |
поршневого |
штока. |
Очевидно, |
||||||||
|
|
что zïgD'O'Ex = Я0. |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Отложим |
О'О = |
ctg D'O'E'i — ^ |
|||||||
|
|
и |
проведем |
через точку |
О |
прямую |
||||||
|
|
OD параллельно |
O'D' |
|
Тогда |
ордина |
||||||
|
|
ты прямой OD будут определять пе |
||||||||||
|
|
ремещения золотника. |
|
принцип, |
по |
|||||||
|
|
|
Используя |
данный |
||||||||
|
|
строим полную |
диаграмму |
парорас |
||||||||
|
|
пределения |
сдвоенного |
насоса. Вели |
||||||||
|
|
чину |
перекрытия |
паровпускного |
окна |
|||||||
|
|
у данного |
цилиндра |
в |
момент |
оста |
||||||
|
|
новки его поршня обозначим через у. |
||||||||||
|
|
Согласно формуле (39) при крайнем |
||||||||||
|
|
положении |
золотника |
у = |
g = |
aQ+ |
Рис. 46. Схема |
парораспре |
+ 2е. |
|
|
делительного |
рычага |
вто |
Пусть ордината АВ (рис. 47) соот |
|
рого рода |
|
ветствует среднему |
положению порш |
|
го штока цилиндра |
|
ня цилиндра II и гайки золотниково |
||
I. Проведем ось абсцисс |
O'Oî, на которой |
будем откладывать пути, проходимые поршнем. Выше оси абс цисс на расстоянии, равном паровпускному перекрышу е, про ведем ей параллельно прямую CCi и ниже оси абсцисс такую
же прямую |
С'С{. |
О'О = A,oô/2 |
От точки |
О' на оси абсцисс отложим отрезок |
|
и через точку О проведем прямую OD под углом |
р = arc ctg Хо |
к оси абсцисс до пересечения в точке D с прямой ААи прове денной параллельно оси абсцисс на расстоянии е + а0 от нее (здесь а0— длина паровпускного окна). Тогда ординаты пря мой OD будут измерять перемещения золотника.
Если через точку О' провести прямую O'D' параллельно OD, то ординаты прямой O'D' будут определять перемещение золот никового штока. Точка D соответствует крайнему положению золотника цилиндра I, а следовательно, и крайнему положению
поршня цилиндра II. Пусть точка К будет проекцией точки D
на ось |
абсцисс. |
Тогда, очевидно, О'К = S/2, |
где S — ход |
поршня. |
Поршень |
цилиндра I начнет двигаться |
тогда, когда |
открытие паровпускного окна у него будет равно и, а переме щение золотника от среднего его положения е -f- v.
От точки О отложим на оси абсцисс отрезок OG = Ко(е + и) и через точку G проведем ординату GM. Тогда отрезок MN бу дет равен и, и тогда G будет определять начало движения поршня цилиндра I.
Рис. 47. Диаграмма парораспределения сдвоенного насоса при у < Ç
Абсцисса O'G, очевидно, равна
O'G = K0 ( 4 + e + ü ) = 5,.
В момент начала движения поршня цилиндра I поршень ци линдра II прошел уже от своего крайнего левого положения
путь S /2 |
Sj. При перемещении поршня цилиндра I на участке |
GK = S 2 |
происходит постепенное увеличение открытия паро |
впускного окна левой полости, и в точке К оно будет открыто полностью. В этот момент поршень цилиндра II останавливается в крайнем правом своем положении, причем его золотник, пе ремещаемый поршнем цилиндра I, перекрывает паровпускное окно правой полости на величину у. Дальнейшее движение поршня цилиндра I будет происходить при неподвижном его золотнике. Золотник цилиндра I будет находиться в покое за все время стоянки поршня цилиндра II и некоторое время после начала движения этого поршня, пока не будет выбран зазор у гайки золотникового штока.
Путь, пройденный поршнем цилиндра I в этот период, бу
дет равен
KL = S3= X0(y + v + t>).
Проведем через точку L вертикаль LE до пересечения с пря мой АА\ в точке Е. При дальнейшем движении поршня
цилиндра I (путь 5 4 ) золотник его начинает двигаться обратно, и расстояние этого золотника от его среднего положения будет
определяться ординатами прямой EF, проведенной |
через точ |
|||
ку Е под углом РЕ F = |
(} к прямой ААХ. |
|
|
|
Отложим на оси абсцисс отрезок GH = |
S. Тогда точка |
Н |
||
будет соответствовать |
моменту остановки |
поршня |
цилиндра |
I |
в крайнем правом его положении и ордината HF будет опреде лять расстояние золотника цилиндра I от его среднего положе ния в этот момент. Величина перекрытия правого паровпускного окна у цилиндра I в момент его остановки равна
у = FH + е = FJ.
Вычерченная диаграмма соответствует случаю, когда у < £, так как FJ < PJ. Поршень цилиндра I будет стоять в крайнем пра вом своем положении до тех пор, пока его правое паровпускное окно не будет открыто на величину v. На ординате, проходящей через точку Н, отложим отрезок JR — v и через точку R прове дем прямую RW под углом RWBi = р к прямой ВВ\, проходя щей ниже оси абсцисс, параллельно ей на расстоянии а0 + е. Тогда ординаты прямой RW определят перемещения золотника цилиндра I влево от среднего его положения после начала об ратного движения (влево) поршня цилиндра I. Перемещение FR золотника цилиндра I происходит при неподвижном поршне этого цилиндра.
Если прямую WR продолжить до пересечения с осью абсцисс
в точке QÎ, |
то |
|
|
|
|
НО[ = OG = |
Si — Àoô/ 2 = |
Я0 (е-М ) = |
S5. |
Точка W соответствует полному |
открытию |
паровпускного |
||
окна правой полости у цилиндра I. |
|
|
||
Отложим |
на прямой |
ВВ\ отрезок |
WT s== DE == 5зНа этом |
участке поршень цилиндра I двигается при неподвижном его золотнике, который в это время будет стоять в крайнем левом своем положении.
Проведем через точку Т прямую T(J, параллельную EF. Тогда ординаты замкнутого контура MDBFRWTUM будут оп ределять перемещения золотника цилиндра 1> а участок GH оси абсцисс — ход поршня того же цилиндра. Таким образом, упо мянутый выше контур и является диаграммой парораспределе ния для сдвоенного насоса.
В момент остановки поршня цилиндра II поршень цилиндра I находится в точке К, пройдя от начала своего движения путь GK = S 2. Гайка золотника цилиндра II при этом прошла от правого ее крайнего положения влево путь S 2/%0 и переместила золотник цилиндра II на S 2До — Ô. Перекрытие правого паро впускного окна у цилиндра II в этот момент будет равно
l/ = | - ( 5 2A o -ô ).
Мы вычертили выше диаграмму парораспределения для слу
чая, когда у < |
т. е. S 2До > |
Ô. |
|
При 6 = S 2A 0 |
величина у — g и диаграмма принимает вид, |
||
изображенный |
на |
рис. 48. |
При дальнейшем увеличении ô вид |
У8
Рис. 48. Диаграмма парораспределения сдвоенного насоса при
У = 1
диаграммы меняться не будет, так как перекрытие не может быть более у = I.
У находящегося в работе насоса взаимосвязь в движении поршня и золотника одного и того же парового цилиндра может
быть |
установлена |
опытным |
х.мм |
||||
путем. На |
рис. 49 |
представ- |
|||||
лена запись движения лево |
|
||||||
го поршня и левого золот |
|
||||||
ника |
у |
парового |
прямодей |
|
|||
ствующего насоса ПНП-4 |
|
||||||
при |
п = 1 1 0 |
дв. |
|
ход/мин. |
|
||
По |
оси абсцисс |
отложено |
|
||||
время |
t, а |
по |
оси |
ординат |
|
||
пути |
ху проходимые порш |
|
|||||
нем |
и |
золотником. |
Приве |
Рис. 49. Запись движения поршня и зо |
|||
денные |
графики |
позволяют |
лотника у насоса ПНП-4: |
||||
проследить |
во |
времени за |
J—перемощенне поршня; 2 —перемещение зо |
||||
движением |
поршня |
и золот |
лотника |
||||
ника |
цилиндра. |
Такие за |
|
писи обычно производятся при испытании насосов с исследова тельскими целями.42
24. О П Р ЕД ЕЛ ЕН И Е РАСХОД А П АРА НА ПРЯМ ОД ЕЙСТВУЮ Щ ИЕ НАСОСЫ
Для построенных насосов прямого действия расход пара может быть определен с большой точностью при их испытании. Определение расхода пара для вновь проектируемых насосов может быть решено лишь в виде более пли менее вероятной цифры, не претендующей на большую точность.
Обычно каждый специализированный завод (проектная ор ганизация) определяет расход пара по-своему, исходя из лич ного опыта.
В прямодействующих насосах, работающих без расширения пара, свежий пар поступает в цилиндр на протяжёнии всего хода поршня. Объем пара, заполняющего цилиндр в момент остановки поршня в мертвой точке, составляет
|
У п . Ц + У в р . п = 0 + а п) У „ . ц . |
где |
Vп. ц — рабочий (полезный) объем парового цилиндра; |
VBP-п— объем вредного пространства парового цилиндра; а п = |
|
= |
VVn/Vn-ц — относительный объем вредного пространства па |
рового цилиндра.
Вредное пространство включает в себя объем, образованный в паровом цилиндре при крайнем положении поршня вследствие зазора, и объем паровых каналов до золотникового зеркала. Это пространство является действительно вредным, так как должно заполняться при каждом ходе поршня свежим паром. Наличие поверхностей у вредного пространства вызывает увеличение рас хода пара на цилиндр вследствие теплообмена между паром и
этими поверхностями. |
заполняющего цилиндр, |
будет равно |
|||
Количество пара, |
|||||
|
(1 + |
ап) Кп.цРь |
|
|
|
где pi — плотность, свежего |
пара, впускаемого |
в |
цилиндр |
при |
|
давлении р\ и температуре t\. |
в цилиндре остается |
объем |
пара |
||
В момент начала |
сжатия |
(е с “Ь а п) Vu. Ц
массой
(ес + ап) V n. цр2,
где ес — степень сжатия отработавшего пара; р2 — плотность отработавшего пара при давлении выпуска р2.
Величину р2 определяем приближенно по диаграмме s — i, проводя на ней адиабату расширения от начального состояния пара до давления р2. Таким образом, теоретическое количество пара (кг), впускаемое в цилиндр насоса за один ход поршня, будет равно
[(1 + <*п) р! - (ес + оп) р2] Кп.ц.
Здесь Vw ц — в м3, pi и р2 — в кг/м3.
При п двойных ходов поршня в минуту теоретический часо
вой расход пара на насос |
(кг/ч) составит |
||
|
G0= |
120шп[(1 + ап) р, — (ес + ап) р2] Fn.u, |
|
где |
t'n — число |
паровых |
цилиндров (для одиночных насосов |
in = |
1 и для сдвоенных tn |
= 2 ). |
Для определения полезного объема парового цилиндра мож но пользоваться формулой
где S — ход поршня, м; Dn— диаметр парового цилиндра, м; dm — диаметр поршневого штока, м.
Относительный объем вредного пространства для спроекти рованного насоса определяется по чертежам. Ориентировочные значения а п для сдвоенных насосов можно найти, пользуясь рис. 50. Для насосов с одним паровым и одним жидкостным ци линдром получаемая из графика величина умножается на 0,9. Степень сжатия ес = ( г — h)JS (см. рис. 17) находится из рас чета паровой подушки.
Рис. 50. Относительный объем вредного пространства парового цилиндра в функции от хода поршня
Если насос работает на насыщенном паре, то полный расход пара на насос (кг/ч) с учетом потерь составит
G,, G0fe„,
где кн — коэффициент, учитывающий дополнительный расход пара на компенсацию потери от теплообмена и утечки.
Коэффициент К находится по графику на рис. 51, а. Для его определения необходимо знать среднюю скорость поршня иср — = Sft/30 (м/с) и параметр ро, который определяется по выра жению
p0 = 5600Dn/?i,
где Dп — в м и р\ — в МПа.
Для насосов типа «Вир», работающих с расширением пара, расход насыщенного пара (кг/ч) определяется по формуле
Он = 120n k H[(ев -|- ct„) Pi (бс -f- ct„) Р2] V ц,
где £в — степень впуска пара.
расход перегретого пара на прямодействующие насосы оп ределяется следующей зависимостью:
0„ = G„ku,
где кп— поправочный коэффициент, определяемый по графику (рис51,6) в зависимости от степени перегрева пара At.
Определив расход пара на насос (кг/ч), можно вычислить удельный расход пара.
Удельный расход насыщенного пара (кг/кВт*ч)
ёуд. н===: G J N n
и перегретого
ё у п . • п = G n/ N nJ
где Nп — полезная мощность насоса, кВт.
а) h
Иногда при определении расхода пара на прямодействующие насосы пользуются следующим способом.
Находитсятеоретическая работа 1 кг пара (ккал/кг) по формуле
г(P I - P2)104UI
Ьт ~ |
427 |
где р\ — абсолютное давление свежего пара в цилиндре, кгс/см2; Р2 — абсолютное давление отработавшего пара в цилиндре,
кгс/см2; v— удельный объем свежего пара при давлении р\ и температуре tu м3/кг.
Приняв на основании выполненных образцов прямодействую
щих насосов |
значение индикаторного- к. п. д. |
п |
паровых ци |
||
линдров, определяют расход пара в кг на 1 и. л. с*ч |
|
||||
|
|
g { = Q32/LrT]in. |
|
|
|
Далее находится индикаторная мощность паровых цилиндров |
|||||
(и. л. с.) по формуле |
|
|
|
|
|
|
\ г |
„ P i n ( 2 f п |
f u i ) S n i n |
|
|
|
'v 'n |
60-75 |
|
|
|
где pin — среднее индикаторное |
давление парового цилиндра; |
||||
Fn— площадь |
парового |
поршня; /ш— площадь |
поршневого |
штока.
Для прямодействующих насосов, работающих без расшире ния пара, среднее индикаторное давление р,-п приближенно можно считать равным
Рт = Р\ — Рг-
Расход пара на насос (ч) составит
G = Ningi.
Этим способом целесообразно пользоваться при наличии у про ектировщика достаточных опытных данных, позволяющих нахо дить наиболее вероятные значения г)/п для проектируемого на соса.
В работе [12] для определения расхода пара (кг/ч) на сдвоен ные прямодействующие насосы приводится следующая фор мула:
G = 4 5 4 - ^ - № 82,
UI и
где Vi — удельный объем свежего пара при давлении pi и тем пературе t\\ Пп — безразмерный критерий, определяемый по формуле
п |
_ |
F3ax ( 1 + а п ) |
ts . / |
pi —р 2 |
|
|
" ~~ |
DlSn |
t i ' S l |
P, |
’ |
где F3— площадь |
золотниковых |
окон; |
ах — критическая ско |
||
рость пара при начальных параметрах пара pi |
и t\\ ts — темпе |
||||
ратура парообразования при давлении |
рй ръ — давление отра |
ботавшего пара.
Прямодействующие насосы обычно работают с переменной нагрузкой, вследствие чего расходуемое ими количество пара может изменяться в довольно широких пределах.
Насосы многих насосных установок работают с высотой вса сывания. В некоторых случаях высота всасывания является ос новным критерием возможности использования данного насоса в конкретных условиях эксплуатации. Наибольший интерес представляет допустимая вакуумметрическая высота всасыва ния, при которой обеспечивается бескавитационная работа на соса.
Практика показывает, что допустимая вакуумметрическая высота всасывания у паровых насосов на расчетном режиме при работе на воде с температурой до 30 °С обычно составляет 6, а у отдельных насосов 5 м вод. ст. У насосов, перекачивающих вязкие жидкости (нефтепродукты), допустимая вакуумметриче ская высота всасывания меньше приведенных значений для воды.
При проектировании паровых насосов установить расчетным путем допустимую вакуумметрическую высоту всасывания за труднительно, поэтому приходится пользоваться результатами испытаний построенных насосов, близких по своим параметрам к проектируемому. Особенно трудно установить максимально возможную высоту всасывания для насоса, предназначаемого для перекачивания вязких жидкостей.
Т а б л и ц а |
6. |
Основные технические |
данные |
насосов |
|
|
|
ПНП-4, ПНП-11, ПНП-7 и ПНП-250 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Марка насоса |
|
|
|
Наименование |
|
ПНП-4 |
ПНП-11 |
ПНП-7 |
ПНП-250 |
|
|
|
|
|
||||
Подача при работе на воде с |
7 |
27 |
58 |
250 |
|||
температурой |
до 30°С, м3/ч |
0,44 |
0,5 |
0,9 |
|
||
Давление на выходе рвых, МПа |
1,0 |
||||||
Высота |
всасывания |
/ / Вак, м |
6 |
6 |
6 |
5 |
|
вод. ст. |
двойных ходов |
поршня |
110 |
60 |
54 |
38 |
|
Число |
|||||||
в минуту п, дв. ход/мин |
|
65 |
|
|
|
||
Диаметр |
парового |
цилиндра |
115 |
190 |
440 |
||
Dn, мм |
|
|
|
70 |
130 |
160 |
330 |
Диаметр жидкостного цилиндра |
|||||||
£>, мм |
|
|
|
75 |
|
|
|
Ход поршня 5, мм |
|
140 |
250 |
350 |
|||
Давление (абсолютное) свежего |
1,2 |
1,2 |
1,2 |
1,2 |
|||
пара перед золотниковой |
коробкой |
|
|
|
|
||
Pu МПа |
|
|
|
|
|
|
|
Температура свежего пара tu °С |
270 |
270 |
270 |
270 |
|||
Давление (абсолютное) отрабо |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
|||
тавшего пара |
/?2» МПа |
|
|
|
|
|
П р и м е ч а н и е . Насосы ПНП-4 и ПНП-7—сдвоенные горизонтальные, а насосы ПНП-250 н ПНП-11—сдвоенные вертикальные.