Принцип работы гидравлической системы

Работа гидравлической системы определяется соотношением параметров устройств, создающих напор, и характеристиками трубопроводной системы, в которой этот напор уменьшается вследствие диссипативных процессов. Подробное изучение режимов работы трубопроводных систем составляет содержание специальных курсов. Однако общее представление об их работе, полезное для понимания цели гидравлических расчетов, уместно дать здесь.

Рис. 9.2. Участок трубопровода между насосными станциями

Рассмотрим для примера участок трубопровода АВ, находящийся между двумя последовательно расположенными насосными станциями А и В магистрального трубопровода, рис. 9.2. Разность напоров между его сечениями и определяется формулой

, (9.1)

в которой — потери напора на участке АВ трубопровода.

Как известно, величина зависит от расхода жидкости и характеристик трубопровода на участке АВ, т. е. . Функция определяется для каждого конкретного вида трубопровода согласно методам, которые излагаются ниже, и которые составляют основное содержание гидравлической части расчета трубопровода. Очевидна следующая закономерность, чем больше расход жидкости, тем больше потери напора в трубопроводе. Иными словами функция есть монотонно возрастающая функция своего аргумента (рис.9.3).

Пусть каждая из рассматриваемых насосных станций оборудована центробежными насосами, которые захватывают жидкость лопатками своих рабочих колес и перемещают ее из области низкого давления в область высокого давления. Эти насосы характеризуются определенной связью между создаваемым напором (называемым дифференциальным напором) и расходом Q (подачей) прокачиваемой жидкости. Если пренебречь разностью высотных отметок выходного и входного патрубков насоса и считать, что площади их сечений одинаковы, то , поэтому

(9.2)

Связь отражает так называемую характеристику насоса. Очевидна следующая закономерность: чем больше перепад давлений между выходным и входным патрубками насоса (т. е. чем больший перепад давлений необходимо преодолеть насосу), тем меньше подача насоса (т.е. тем меньший расход они могут обеспечить). Иными словами, функция есть монотонно убывающая функция своего аргумента. Обыно насосная станция оборудована не одним, а несколькими насосами, соединенными последовательно. При таком соединении дифференциальные напоры отдельных насосов складываются, а расход остается общим для всех насосов, поэтому суммарная характеристика насосной станции целиком может быть представлена функцией . Поскольку монотонно убывает, то монотонно убывает и функция , рис. 9.3.

Рис. 9.3. Совмещенные гидравлические характеристики

насоса и трубопровода

Из формулы (9.2) следует, что пьезометрический напор в начальном сечении участка трубопровода представляется формулой

(9.3)

т.е. напор в линии нагнетания насосной станции равен напору в ее линии всасывания (называемому подпором), сложенному с дифференциальным напором станции.

Для удобства примем предположение, что пьезометрические напоры на входе в каждую насосную станцию А и В равны между собой, т. е. , и что скорости и также равны, это выполняется, если расход жидкости и площадь сечения трубопровода на участке АВ не изменяются. Тогда равенство (9.1) дает:

Таким образом:

. (9.4)

Полученное уравнение, называемое уравнением баланса напоров, имеет простое толкование: напор, создаваемый насосной станцией , должен равняться потерям напора на участке трубопровода, сложенным с разностью высотных отметок станций В и А.

Графическое решение уравнения (9.4) изображено на рис. 9.3. Точка пересечения кривых и определяет так называемую рабочую точку системы. Ее координаты дают значение расхода , который устанавливается в системе, и значение напора , который должна обеспечить насосная станция. Увеличение потерь напора на участке трубопровода АВ приводит к более крутому росту функции и смещению рабочей точки системы вверх по кривой . При этом расход жидкости уменьшается, а необходимый для перекачки напор увеличивается.

Таким образом, расчет работы гидравлической системы тесно связан с определением тех потерь, которые возникают в трубопроводе при данном расходе жидкости.