Устройство, принцип действия и классификация

   

  Рассмотрим устройство поршневого насоса с помощью рисунка 65. На схеме показан поршневой насос, подающий жидкость из питательного резервуара 6 в нагнетательную линию 7.    Насос  

 

 

 

Рис. 65. Устройство поршневого насоса

состоит из цилиндра 1 (внутри которого возвратно-поступательно движется поршень 2), всасывающего 3 и нагнетательного 4 клапанов, штока 8, кривошипно-шатунного механизма (ползуна 9, шатуна 10, кривошипа 11). Снизу к цилиндру присоединены: всасывающая линия 5 и питательный  резервуар 6, а сверху  -  нагнетательная  линия 7.

При движении поршня влево в цилиндре создаётся разрежение, вследствие чего поднимается всасывающий клапан 3 и жидкость из резервуара 6 по трубе 5 движется, заполняя пространство под поршнем 2. При обратном ходе поршня клапан 3 закрывается под действием пружины и нарастающего давления, и давление в цилиндре быстро растёт. Как только давление в цилиндре превысит давление в нагнетательной линии, открывается клапан 4 и жидкость из цилиндра выталкивается в нагнетательную линию 7. Насос подаёт жидкость порциями (обладает пульсирующей подачей).  Поршень должен плотно прилегать к внутренней поверхности цилиндра, что достигается тщательной обработкой этой поверхности и применением специальных уплотняющих устройств (эластичных манжет, поршневых колец). При давлениях более 6 МПа поршень обычно заменяют плунжером 2`, чья длина, в отличие от поршня, существенно больше диаметра (рис. 66), и который движется в цилиндре, не касаясь его стенок. Он уплотняется с помощью сальника 12 в месте выхода из цилиндра.   Длина пути поршня между его крайними положениями в цилиндре называется ходом поршня ℓ. За один полный оборот кривошипа (φ = 2π) поршень совершает два хода (цикл всасывания и цикл нагнетания). Такой насос называется насосом простого  (одинарного) действия.

Для  лучшего использования рабочего

объёма цилиндра его снабжают крышкой

Рис. 66. Устройство            с сальником для прохода штока и  по

поршневого насоса                 левую сторону поршня располагают ещё                      

повышенного давления          пару клапанов. В этом случае поршень

                                             работает обеими своими сторонами.

    За полный оборот кривошипа такой насос дважды всасывает и дважды нагнетает, подавая примерно двойное количество жидкости, почему он и называется насосом двойного действия (рис. 67).

Насос тройного действия представляет собой агрегат, состоящий из трёх насосов простого действия с общими линиями всасывания и нагнетания, а также с общим коленчатым валом, причём кривошипы трёх насосов смещены на 120^о один относительно другого.

Рис. 67.   Насос с дисковым  поршнем двойного действия:

1 – дисковый поршень, 2 – напорный трубопровод,

3 – воздушный колпак (раздел 2.21)

 

  Насос четверного действия состоит из двух насосов двойного действия с общими линиями всасывания и нагнетания, а также с общим коленчатым валом, причём кривошипы насосов двойного действия смещены относительно друг друга на 90^о (когда поршень одного насоса находится в крайнем положении, поршень второго находится посередине хода).

    Кроме кратности действия и конструкции поршня, насосы классифицируют по следующим признакам:

1. По положению рабочего цилиндра:      

                          - горизонтальные;

                          - вертикальные

2. По скорости вращения вала:

- тихоходные (40 ÷ 60 об/мин);

- нормальные (60 ÷ 120 об/мин);

- быстроходные (более 120 об/мин)

3. По производительности:  

- малые (до 15 м³/ ч);

- средние (15 ÷ 60 м³/ч);

- большие (более 60 м³/ч).

4. По развиваемому давлению:

- низкого (до 1 МПа);

- среднего (1 ÷ 2 МПа);

- высокого давления (свыше 2 МПа).

    Насосы чаще всего приводятся в действие электродвигателями через редукторы или вариаторы, а также паровой машиной, поршень которой расположен на общем штоке с поршнем насоса.

2.20. Средняя производительность и  закон подачи

 насоса с кривошипно-шатунным механизмом

    Если длина хода поршня ℓ, а его площадь S, то объём жидкости, всасываемой насосом простого действия за половину оборота кривошипа и нагнетаемой за вторую половину оборота, равен S ∙ ℓ. При числе оборотов в минуту n, секундная теоретическая производительность насоса простого действия составит:

 

                                        

Для насоса двойного действия:

                           

 

    Подача этого насоса несколько ниже удвоенной для насоса простого действия за счёт того, что рабочий объём штоковой полости цилиндра уменьшается на величину объёма штока, однако обычно этим пренебрегают (площадь сечения штока s во много раз меньше площади сечения поршня S).

Для насоса тройного действия:

                                    

 

    Действительная осреднённая подача насоса будет несколько меньше из-за объёмных потерь, что учитывается введением объёмного  КПД:                  

                                               Q _д = Q _т ∙ η_о

Для поршневых насосов  η_о = 0,9 ÷0,95.

    Жидкость в поршневом насосе движется за поршнем, скорость которого переменна. При этом мгновенное значение подачи:

 

                                               Q = υ _{в с} ∙ S _вс = υ _п ∙ S

где Q = υ _вс ∙ S _вс – производительность во всасывающей линии (по уравнению расхода). При этом согласно уравнению неразрывности:

 

υ _вс ∙ S _вс  = υ _п ∙ S,

где υ _п - скорость движения поршня, причем

        

                     

где dx – путь, пройденный поршнем за время dt.

       Согласно схеме насоса, путь поршня х может быть определён из выражения:                       

                                             x = r – r ∙ cosφ

 

где φ – текущий угловой путь, пройденный кривошипом,

ω = d φ  / dt - угловая скорость вращения.

Таким образом, пульсирующая подача насоса запишется следующим образом:

 

                -    Закон подачи поршневого насоса.

Графики подачи. Подача поршневого насоса при равномерном перемещении кривошипа изменяется по синусоидальному закону, в соответствии с которым Q_max = S∙ω∙r при φ = π/2. С учетом этого график подачи насоса простого действия выглядит следующим образом (рис. 68):

 

Q^I

                             Q _max = S ^. Ω ^. r

 

Нагнетание  всасывание нагнетание  всасывание

 

0                     π        3/2 π 2 π                                                       φ

Рис. 68. График подачи поршневого насоса простого действия  

 

  Видно, что подача очень неравномерна, наблюдаются «провалы» во  время  всасывания (в интервале  значений φ  = π ÷ 2π, и т.д.).

У насоса двойного действия подача становится более равномерной (рис. 69), без больших провалов, хотя по-прежнему колеблется от 0 до Q _max.

 

Q^II

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               

                                                                                       Q_max = S ∙ ω ∙ r

 

0           π     π   2 π                                                              φ

Рис. 69. График подачи поршневого насоса двойного действия