2. Робота насоса з газовим ковпаком
Для покращення роботи насоса в мережі, ліквідації пульсацій тиску в трубах, на лініях всмоктування і подачі установлюють газові (повітряні) ковпаки – герметичні замкнені судини, нижня частина яких заповнена рідиною, що перекачується, а верхня – газом, який з цією рідиною не реагує, а також мало в ній розчиняється.
Вхідний газовий ковпак установлюється близь насоса. Знизу до ковпака приєднується забірний трубопровід, а зверху в нього на певну висоту h опускається впускний патрубок насоса, з’єднаний з клапанною коробкою. Висота патрубка і діаметр ковпака якраз і визначають об’єм газу в ньому, тому що нижче патрубка у ковпаку знаходиться рідина. Аналогічно установлюється газовий ковпак і на стороні подачі. Для контролю розрідження і тиску у ковпаках установлюють манометри і вакуумметри, а також рівнеміри. Для регулювання рівнів рідини і газу - установлюють крани.
а) б)
Рис.3. Схема насоса без ковпаків (а) і з ковпаками (б): 1 – впускний клапан; 2 – змінний об'єм газу в ковпаку; 3 – зворотній клапан; 4 – забірний фільтр; 5 – циліндр; 6, 7 - ковпаки.
При всмоктуванні рідини в насос її рівень у ковпаку падає, а тиск газу в ковпаку зменшується і рідина із прийомного резервуару поступає в ковпак. У різні моменти часу по причині нерівномірності руху поршня кількість рідини і газу в ковпаку змінюються, але при достатньо великому об’єму ковпака коливання рівня рідини будуть дуже незначними, а приток рідини із забірного резервуару - майже рівномірним. У вихідній лінії газовий ковпак, а точніше - газ, який в ньому знаходиться, поглинає надлишок рідини в момент найбільшої подачі насосу і віддає її в інші періоди роботи і навіть у момент всмоктування, тобто незалежно від ходу поршня. Ковпаки являються акумуляторами рідини завдяки енергії газу і приближають рух рідини в трубопроводах до рівномірного.
Роботу газового ковпака характеризують ступінню нерівномірності тиску в ньому, яка визначається коливаннями тиску при зміні рівня рідини і наступного розширення чи стиснення газу
∆ = (рмах – рмін)/рср ~ (Vмах – Vмін)/Vср = V0/Vср (5)
де рі і vі відповідно найбільше, найменше і середнє значення тиску і об’єму газу в ковпаку внаслідок нерівномірності ходу поршня, при чому Vмах – Vср = V0 – це та кількість рідини, яка поступає в трубопровід (або в циліндр) із ковпака за першу половину оберту вала, ця ж кількість рідини накопляється в ковпаку за другу половину його оберту.
Якщо v0 визначати таким чином, то можливо визначити середній об’єм газу в ковпаку при заданій степені нерівномірності подачі насоса
Vср = V0 /[∆] (6)
де [∆] – допустима степінь нерівномірності, [∆] ≤ 0,05 на вході і [∆] ≤ 0,025 на виході насоса.
За один оберт вала Vср = Qср = F. S = Vмах/ , а V0 = Vмах – Vср = F.S(1 - ∆і-1)
Таким чином для простого насоса змінний об'єм газу в ковпаку складає
V0I = Vмах – Vср = F.S(1 – 1/3,14) = 0,68F.S ,
а середній об’єм газу в ковпаку, наприклад при значенні [∆] = 0,025, складе
Vср = V0 / [∆] = 0,68F.S/ 0,025 = 27F.S
Для насоса подвійної дії
V0II = F.S(1 – 1/1,57) = 0,36F.S; vср = 0,36F.S/ 0,025 = 14F.S,
а для триплекс-насоса
V0III = F.S(1 – 1/1,05) = 0,05F.S; vср = 0,05F.S/ 0,025 = 2F.S
Рис.3. Схеми газових ковпаків: а) вхідного, б) вихідного
Повний об’єм газового ковпака з урахуванням рідини у ньому повинен складати
Vк = 1,5 Vср (7)
Рекомендовані розміри ковпака: Dк~0,6(VК)0,33, Hк = 1,5D.
Як видно, багато плунжерні насоси вимагають газових ковпаків малого об’єму і можуть забезпечити практично рівномірну подачу рідини в трубопроводи.
При відносно незначній довжині і роботі з підпором газові ковпаки можуть не установлюватися на лінії всмоктування, на напірних лініях ковпаки установлюють завжди і якомога ближче до насоса.