1.9. Мощность и кпд поршневого насоса. Определение мощности привода

Для определения мощности приводного двигателя необходимо учесть КПД насоса, равный η = N_Г/N. КПД насоса определяется произведением механического КПД на гидравлический.

Гидравлический КПД определяется по формуле:

,

где h_м, - манометрический напор;

h_i - индикаторный напор.

Механический КПД может быть представлен в виде:

η_м= η₁ η₂ η₃ η₄,

где η₁ - КПД подшипников валов (0,98.. .0,99);

η₂ - КПД зубчатой передачи (0,98...0,99);

η₃ - КПД кривошипно-шатунного механизма (0,95);

η₄ - КПД поршней и сальников (0,92).

Таким образом, мощность, необходимая для приведения насоса в действие, будет определяться по формуле:

,

где Q - фактическая подача насоса;

Н - полная высота подъема жидкости.

Двигатель насоса необходимо выбирать с учетом возможных перегрузок, а также КПД передачи η_п :

(1-13)

где φ - коэффициент запаса (для больших насосов φ изменяется в пределах 1...1,15, для малых насосов φ изменяется в пределах 1,2... 1,5);

η_п -- КПД передачи между двигателем и насосом (для клиноременной передачи он равен 0,92, для цепной - 0,98).

1.10. Определение усилий на основные детали поршневых насосов

Гидравлическую часть насоса рассчитывают на прочность по давлению опрессовки, а механическую - по усилиям, действующим в его элементах при наибольшем крутящем моменте, развиваемом приводным двигателем.

Давление опрессовки принимают вдвое большим, чем максимальное, развиваемое насосом. Гидравлическая часть насоса должна быть рассчитана таким образом, чтобы при закупорке напорной линии и несрабатывании предохранительного клапана произошла остановка двигателя, а не поломка насоса.

Клапанные коробки и цилиндры рассчитывают на прочность по формуле:

(1.14)

где р - давление опрессовки;

[σ] - допустимые напряжения растяжения.

Шпильки, крепящие крышки цилиндров, рассчитывают с учетом предварительной затяжки, обеспечивающей герметичность стыка. Шток рассчитывается на растяжение - сжатие. Кроме этого, шток проверяется на устойчивость. Для определения критического усилия Р_кр, на шток используют формулу Эйлера:

(1.15)

где μ - коэффициент приведенной длинны, принимается равным

0,5 в предположении, что оба конца стержня защемлены;

l - действительная длина стержня;

Е - модуль упругости первого рода;

I - момент инерции сечения.

Рис. 1.7. Расчетная схема поршневого насоса

Детали кривошипно-шатунной группы рассчитывают общепринятыми методами на полную долговечность насоса. Силы, действующие в кривошипно-шатунной группе (рис. 1.7.), определяют следующим образом.

Сила, действующая вдоль шатуна, рассчитывается по формуле:

,

где Р - усилие, действующее на шток;

G - масса ползуна и 1/3 шатуна;

f- коэффициент трения ползуна о направляющие.

Сила S достигает максимального значения при максимальном угле β. Так как у большинства насосов r/l=0,2, соответственно cos β = 0,98, то для упрощения расчета можно принять

S = P+Gf.

Силу S можно разложить на тангенциальную силу Т, направленную по касательной к окружности, и нормальную силу N, направленную вдоль кривошипа.

Пренебрегая углом β ввиду его малости, получим

Т = S sinα,

т.е. тангенциальная составляющая изменяется по синусоидальной зависимости. Полученную формулу применяют для расчета одноцилиндровых насосов.

Для многоцилиндровых насосов тангенциальная сила может быть найдена сложением графиков, характеризующих изменения тангенциальных сил, полученных для каждого цилиндра с учетом их сдвига по фазе.