Поршневые насосы

Принцип действия и типы насосов. В поршневом насосе (рис. 10) всасывание и нагнетание жидкости происходят при возвратно-поступательном движении поршня 1 в цилиндре 2 насоса. При движении поршня вправо в замкнутом пространстве между крышкой 3 цилиндра и поршнем создается разрежение под действием разности давлений в приемной емкости и цилиндре жидкость поднимается по всасывающему трубопроводу и поступает в цилиндр через открывающийся при этом всасывающий клапан 4. Нагнетательный клапан 5 при ходе поршня вправо закрыт, так как на него действует сила давления жидкости, находящейся в нагнетательном трубопроводе. При ходе поршня влево в цилиндре возникает давление, под действием которого закрывается клапан 4 и открывается клапан 5.

 

Рис. 10. Схема горизонтального поршневого насоса простого действия:

1 – поршень, 2 – цилиндр, 3 – крышка цилиндра, 4 – всасывающий клапан, 5 – нагнетательный клапан, 6 – кривошипно-шатунный механизм, 7 – уплотнительные кольца

 

Жидкость через нагнетательный клапан поступает в напорный трубопровод и далее в напорную емкость. Таким образом, всасывание и нагнетание жидкости поршневым насосом простого действия происходит неравномерно: всасывание – при движении поршня слева направо, нагнетание – при обратном направлении движения поршня. В данном случае за два хода поршня жидкость один раз всасывается и один раз нагнетается. Поршень насоса приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом 6, преобразующим вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение поршня.

По числу всасываний или нагнетаний, осуществляемых за один оборот кривошипа или за два хода поршня, поршневые насосы делятся на насосы простого и двойного действия. В зависимости от конструкции поршня различают собственно поршневые и плунжерные (скальчатые) насосы.

В поршневых насосах основным рабочим органом является поршень 1, снабженный уплотнительными кольцами 7 (рис. 10), пришлифованными к внутренней зеркальной поверхности цилиндра. Плунжер, или скалка, не имеет уплотнительных колец и отличается от поршня значительно большим отношением длины к диаметру.

По числу оборотов кривошипа (числу двойных ходов поршня) различают тихоходные (п = 45…60 мин^-1), нормальные (п = 60…120 мин^-1) и быстроходные (га = 120…180 мин^-1) поршневые насосы. У прямодействующих насосов число двойных ходов составляет 50—120 в минуту.

Производительность. В поршневых насосах жидкость при всасывании занимает в цилиндре объем, освобождаемый поршнем. В период нагнетания этот объем жидкости вытесняется поршнем в нагнетательный трубопровод. Следовательно, теоретически (без утечек жидкости) производительность поршневого насоса будет определяться объемом, описываемым поршнем в единицу времени.

В поршневом насосе простого действия объем, описываемый поршнем в единицу времени, будет равен произведению площади сечения F поршня, длины хода S поршня и числа оборотов п кривошипно-шатунного механизма.

Таким образом, теоретическая производительность (Q, м³/с) насоса простого действия

,

где п – число оборотов, с^-1.

В насосе двойного действия за два хода поршня или один оборот кривошипа происходит два раза всасывание и два раза нагнетание. При ходе поршня вправо с левой стороны засасывается объем жидкости, равный FS, а с правой — нагнетается объем (F – f) S, где – площадь поперечного сечения штока. При ходе поршня влево с левой стороны выталкивается в нагнетательный трубопровод объем FS, а с правой – засасывается из всасывающей линии (F – f) S м³ жидкости.

Следовательно, за п оборотов кривошипа или двойных ходов поршня, теоретическая производительность насоса двойного действия составит:

Из выражения (28) следует, что если пренебречь объемом жидкости, вытесняемым штоком (f < F), то производительность насоса двойного действия будет вдвое больше производительности насоса простого действия.

Действительная производительность поршневого насоса меньше теоретической вследствие утечки жидкости через неплотности в сальниках, клапанах и местах стыковки трубопроводов, а также выделения из жидкости при давлении ниже атмосферного растворенного в ней воздуха. При неправильной конструкции насоса его может привести к образованию в цилиндре воздушных «мешков», уменьшающих подачу жидкости насосом, Все эти потери учитываются коэффициентом подачи, или объемным КПД .

Действительная производительность насоса

.

Характеристика насосов. Зависимость между напором Н и производительностью Q поршневого насоса (рис. 14) изображается вертикальной прямой. Характеристика показывает, что производительность поршневого насоса есть величина постоянная, не зависящая от напора. Практически, вследствие увеличения утечек жидкости через неплотности, возрастающих с повышением давления» реальная характеристика (изображенная на рис. I4 пунктирной линией) не совпадает с теоретической. С увеличением давления действительная производительность поршневого насоса несколько уменьшается.