Обоснование целесообразности использования однопоршневого растворонасоса с комбинированным компенсатором повышенной эффективности

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

При строительстве домов и сооружений для равномерного нанесения на стены штукатурных растворов можно использовать однопоршневой растворонасос одинарного действия [1] (рис. 1), который имеет механический привод при наличии кривошипно-шатунного механизма и комбинированный компенсатор давления, обеспечивающий сниженную пульсацию подачи раствора в нагнетательный трубопровод.

Полтавским национальным техническим университетом имени Юрия Кондратюка в сотрудничестве с Харьковским национальным техническим университетом строительства и архитектуры разработана новая конструкция растворонасоса на базе однопоршневого растворонасоса РН-3,8 (ПолтНТУ), который имеет увеличенный объём компенсатора, положительно влияющий на степень пульсации при перекачивании растворов различной подвижности.

Растворонасос (рис. 1) содержит: электродвигатель 1, который через ременную передачу 2, одноступенчатый цилиндрический редуктор 3 передаёт крутящий момент на кривошипный вал 4, кривошипно-шатунного механизма 5, всасывающую камеру 6, в середине которой размещена специальная цилиндрическая вставка 7, со срезом сегментной формы и имеющей касательную хорду под углом 45°; нагнетательную рабочую камеру 8 с патрубками всасывающим 9 и нагнетательным 10; всасывающий свободно действующий 11 и нагнетательный подпружиненный 12 шаровые клапаны, рабочий цилиндр 13 с поршнем 14 и ползуном 15, штоковую полость 16, которая заполнена промывной жидкостью (мыльно-масляно-водной эмульсией).

Растворонасос имеет комбинированный воздушный компенсатор давления, который состоит из цилиндрической камеры 17, соединенной с нагнетательной камерой, замкнутой камеры 18, состоящей из эластичного резинотканевого шланга, который закреплен к штуцеру узла подкачки воздуха 19 и расположенный по диаметру свободной камеры на специальных ограничителях. В замкнутой камере установлен ниппель 20 для закачки воздуха под давлением 0,5…0,7 МПа с помощью компрессора. По центру цилиндрической камеры на направляющем стержне 21 предусмотрен поплавок-ограничитель 22, который обеспечивает минимальное удаление воздуха из этой камеры.

Рис. 1 - Однопоршневой растворонасос с комбинированным компенсатором увеличенного объёма

В штоковой полости установлены канальные патрубки 23, 24, которые обеспечивают интенсивное промывание, охлаждение поверхности плунжера и стекание дисперсного абразива в специальные карманы ее нижней части.

За счёт наличия двух пар колёс 25, 26 растворонасос может свободно передвигаться по строительной площадке.

Сравнительные аналитические исследования работы растворонасосов с одинаковыми законами движения рабочего органа [1] выполнены при условии, что в насосах поршень приводится в движение от кривошипно-шатунного механизма, в котором ось вала кривошипа смещена вниз относительно оси поршня на величину e (рис. 2).

Движение поршня (точка В, рис. 2) рассматривается в системе координат x,y в зависимости от угла поворота вала кривошипа ц (см. движение точка А, рис. 2).

В связи с тем, что шатун l при повороте кривошипа будет изменять угол своего наклона к горизонтали б, его горизонтальная проекция меньше длины шатуна l на величину:

Поэтому координата x положения поршня (точка В), измеряемая от левого крайнего положения точки В (ц=0), может быть представлена как:

где R - радиус кривошипа; l - длина шатуна; e - величина смещения оси кривошипа по высоте относительно оси поршня.

Рис. 2 - Расчётная схема кривошипно-шатунного механизма

Тогда ход поршня (точка В) на нагнетание раствора в течение полного цикла работы растворонасоса будет (при ц=0…2р):

то есть в такте нагнетания (р?ц?р) одна часть перекачиваемого раствора будет поступать в нагнетательный трубопровод, а вторая его часть будет заполнять камеру воздушного компенсатора, уменьшая объем этой камеры на величину ДV1.

Исходя из выше сказанного, для определения углов ”мертвых” точек, а также для определения точек, в которых скорость рабочего органа равна нулю, необходимо определить положение точек начала и конца такта нагнетания. С этой целью уравнение (3) движения поршня (точка В) продифференцировано по углу ц, что позволило получить зависимость скорости перемещения поршня от угла поворота кривошипа (рис. 3)

Рис. 3 - График зависимости перемещения поршня (точка В) а) и его скорости б) от угла поворота кривошипа

При подстановке уравнение (4) геометрических параметров сконструированного привода R=40 мм, l=200 мм, e=20 мм и равенстве xB=0, уравнение (4), или позволило впоследствии определить углы ц1=7,18° и ц2=175,22°.

В такте нагнетания осуществляются два процесса - увеличение объема раствора в компенсаторе и уменьшение этого объема за счет подачи части раствора в нагнетательный трубопровод.

Допускается, что подача раствора в течение цикла не изменяется. При этом, условия изменения объема сжатого воздуха в компенсаторе с учётом угла можно представить как:

где ДV1, ДV2 - изменения объёма раствора (или сжатого воздуха), что компенсируется в течении полуцикла всасывания и нагнетания; hn - полная величина хода поршня.

В соответствии с законом Бойля-Мариотта:

где Vц - текущий объем сжатого воздуха в компенсаторе при угле ц; Vкомп - приведенный к нормальным условиям (p=0,1 МПа) объем воздуха в компенсаторе; pц - давление сжатого воздуха (и раствора) при угле ц, МПа.

Изменение объема раствора сжатого воздуха в камерах комбинированного компенсатора в течение полного цикла работы растворонасоса представлено на рис. 4.

Рис. 4. Изменение объема раствора в компенсаторе: 1 - зависимость от перемещения поршня, 2 - зависимость от подачи в трубопровод, 3 - суммарное изменение объема

При этом, кривая 1 этого рисунка изображает подачу раствора в первую камеру компенсатора от поршня в такте нагнетания. Эта подача определяется выражением Fn·x1.

Из графиков на рис. 4 видно, что практически часть объёма раствора, выдаваемая поршнем в такте нагнетания на подачу раствора поступает в трубопровод, а другая его часть - в цилиндрическую камеру комбинированного компенсатора, тем самым уменьшая в ней объём сжатого воздуха и увеличивая величину давления (в соответствии с законом Бойля-Мариотта).

В таком случае степень пульсации давления может быть определена согласно формуле [2]:

где pmax, pmin, pcp -максимальное, минимальное и среднее давление, при котором осуществляется подача раствора в трубопровод.

Приведенный к атмосферным условиям объём воздуха в комбинированных компенсаторах может быть определён как:

где Vцк - объём свободного воздуха в цилиндрической камере компенсатора, дм3; Vзк - объём сжатого воздуха в замкнутой камере компенсатора, дм3; p - давление сжатого воздуха в замкнутой камере компенсатора, кг/см2.

Суммарный объём сжатого воздуха в обеих камерах в начале цикла работы растворонасоса определяется как:

Максимальное давление раствора (сжатого воздуха) за цикл определяется по формуле:

Согласно полученным зависимостям (7), (8), (9), (10) определяются численные значения степени пульсации, которые приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Численные значения степени пульсации при заданных параметрах работы компенсаторов

Данные табл. 1 свидетельствуют о максимальных отклонениях давления подачи раствора в трубопровод от его среднего уровня.

На рис. 5 представлены зависимости степени пульсации от давления подачи в трубопровод.

Графические зависимости, представленные на рис. 5, свидетельствует о явных преимуществах работы компенсатора растворонасоса с увеличенным объёмом по сравнению с компенсатором диафрагмовым.

Рис. 5. Зависимость степени пульсации давления в процентах от конструктивных особенностей компенсаторов в растворонасосах: а) с диафрагмовым комбинированным компенсатором; б) с комбинированным компенсатором увеличенного объёма: 1 - p1=0,5 МПа; 2 - p2=0,7 МПа; 3 - p3=1,0 МПа, 4 - пульсация только под действием незамкнутой цилиндрической камеры (рост давления от атмосферного к давлению приведения в действие замкнутой камеры)

растворонасос компенсатор кривошипный шатунный

Степень пульсации (рис. 5, б) компенсатора с увеличенным объёмом приблизительно в 2 раза меньше по отношению к степени пульсации компенсатора диафрагмового (рис. 5, а). Также тенденции роста степени пульсации при повышении давления подачи меньше.

Выводы:

1. Найдена зависимость для определения степени пульсации раствора в трубопроводе.

2. Экспериментальным путём при использовании результатов теоретических исследований, установлено, что наличие компенсатора увеличенного объёма позволяет в 2 раза снизить уровень пульсации по сравнению с работой растворонасоса с комбинированным диафрагменным компенсатором.

Литература

1. Шаповал М.В. Вплив параметрів роботи комбінованого компенсатора на рівень пульсації тиску // “СТРОИТЕЛЬСТВО. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. МАШИНОСТРОЕНИЕ. ИТЕНСИФИКАЦИЯ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ И ДОРОЖНЫХ МАШИН. СЕРИЯ: ПОДЪЁМНО-ТРАСПОРТНЫЕ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ И ДОРОЖНЫЕ МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ” Сб. научн. тр. № 66. Ответственный редактор д.т.н., профессор Л.А. ХМАРА - Днепропетровск: ГВУЗ “ПГАСА”, 2012. - С 204-211.

2. Чиняев И.А. Поршневые кривошипные насосы. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние. - 1983. - 156 с.

3. Емельянова И.А. Двухпоршневые растворобетононасосы для условий строительной площадки: Монография / И.А. Емельянова, А.А.Задорожный, С.А. Гузенко, Н.А. Меленцов / под ред. Емельяновой И.А. - Тимченко, 2011. - 196с.

Размещено на Allbest.ru