6. . Схемы устройства и принцип действия объемных насосов

ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ С ВОЗВРАТНО- ПОСТУПАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ РАБОЧЕГО ОРГАНА

Поршневой насос одностороннего действия

Схема поршневого насоса одностороннего действия представлена на рисунке:

Рис. Поршневой насос одностороннего действия 1 – всасывающий трубопровод; 2 – клапаны; 3 – корпус; 4 – напорный трубопровод; 5 – рабочая камера; 6 – поршень; 7 – шток; 8 – ползун; 9 – шатун; 10 – кривошип

Насос состоит из корпуса, внутри которого расположены рабочая камера с всасывающим и напорным клапанами и цилиндр с поршнем, совершающим возвратно-поступательное движение.

Вращательное движение вала приводного двигателя преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня с помощью кривошипно-шатунного механизма.

При ходе поршня вправо в цилиндр всасывается объем жидкости равный:

,

где F – площадь поршня;

S – ход поршня.

При ходе поршня влево этот же объем вытесняется в напорный трубопровод. Таким образом, насос одностороннего действия за один оборот кривошипа совершает один цикл всасывания и один цикл нагнетания (рабочий).

Теоретическая подача насоса в этом случае составляет:

,

где n – частота вращения кривошипа, мин^-1.

Действительная подача Q меньше теоретической подачи вследствие:

• запаздывания закрывания напорного и всасывающего клапанов;

• утечек через клапаны;

• утечек через сальниковые и поршневые уплотнения;

• за счет выделения воздуха или газов из перекачиваемой жидкости.

Действительная подача равна:

,

где - объемный КПД насоса или коэффициент наполнения, зависящий от размеров насоса и составляющий 0,9 – 0,99.

Теоретически поршневой насос может развивать любой напор. Однако, практически напор ограничивается:

• прочностью отдельных деталей;

• мощностью двигателя, приводящего насос в действие.

За один рабочий ход поршня поршневого насоса одностороннего действия в напорный трубопровод подается объем жидкости равный:

.

Мгновенный расход жидкости, подаваемой насосом равен:

,

где - площадь поршня;

- скорость движения поршня.

Скорость поршня меняется от нуля в мертвых положениях кривошипа до максимума в среднем положении. Аналогичным образом меняется во время рабочего хода поршня и подача насоса.

Таким образом, основными недостатками поршневых насосов одностороннего действия являются:

• прерывистость подачи;

• неравномерность подачи.

Степень неравномерности подачи определяется отношением максимальной подачи к средней подаче.

Изменение подачи поршневого насоса можно изобразить графически.

Согласно теории кривошипно-шатунных механизмов можно считать, что изменение мгновенной скорости движения поршня во времени с достаточной степенью приближения следует синусоидальному закону:

,

где - радиус кривошипа;

- угловая скорость;

- угол поворота кривошипа, представляющий функцию времени.

Соответственно мгновенная подача насоса равна:

.

Изменение мгновенной подачи поршневого насоса одностороннего действия за время одного оборота кривошипа показано на рисунке:

Рис График подачи поршневого насоса одностороннего действия

Площадь, ограниченная синусоидой и осью абсцисс графика и площадь равновеликого прямоугольника, построенного на отрезке прямой длиной , выражают объем жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод за один оборот кривошипа.

Отношение максимальной подачи к средней подаче (степень неравномерности подачи) будет равно:

.

Площадь прямоугольника, согласно построению, равна: , откуда:

или ,

т. е. у поршневого насоса одностороннего действия максимальная подача превосходит среднюю подачу в 3,14 раза.

Применение поршневых насосов двухстороннего действия способствует уменьшению неравномерности подачи.

Схема поршневого насоса двухстороннего действия представлена на рисунке:

В данных насосах камеры с клапанами располагаются по обе стороны цилиндра. Движение поршня в любую сторону является рабочим. Циклу всасывания в левой камере соответствует цикл нагнетания в правой камере, и наоборот.

Подача поршневого насоса двухстороннего действия почти вдвое больше подачи насоса одностороннего действия тех же геометрических размеров и может быть подсчитана по формуле:

,

где f - площадь сечения штока.

В этом случае:

,

откуда: .

Следовательно: ,

т. е. максимальная подача превышает среднюю подачу в 1,57 раза.

График подачи поршневого насоса двухстороннего действия показан на рисунке:

Применение многопоршневых насосов с параллельным включением цилиндров позволяет еще в большей степени снизить неравномерность подачи. Здесь поршни приводятся в движение от общего коленчатого вала.

На рисунке представлена диаграмма подачи трехпоршневого насоса, состоящего из трех насосов одностороннего действия, кривошипы которых расположены по отношению друг к другу под углом 120^о.

В этом случае имеем:

,

откуда .

Степень неравномерности подачи равна:

График подачи трехпоршневого насоса показан на рисунке:

Подача серийно выпускаемых поршневых насосов меняется от 1 до 150 м³/ч при напорах до 2000 м.

Плунжерные насосы

Схема плунжерного насоса представлена на рисунке:

Рис. Насос дозировочный плунжерный НД 1 – шток; 2 – плунжер; 3 – кгидроцилиндр; 4 - коробка регулирующего механизма; 5 – коробка привода; 6 – электродвигатель

Рис Плунжерный насос 1 - шатун; 2 – эксцентрик; 3 – вал; 4 – червячное колесо; 5 – червяк; 6 – упругая муфта; 7 – корпус редуктора; 8 – кронштейн; 9 – ползун; 10 – плунжер; 11 – корпус гидроцилиндра; 12 - проставок

Плунжерные насосы отличаются от поршневых насосов конструкцией рабочего органа. Вместо поршня они имеют плунжер.

Плунжер - полый цилиндр, движущийся в уплотняющем сальнике не касаясь внутренних стенок рабочей камеры.

По гидравлическим параметрам поршневые и плунжерные насосы одинаковы.

В эксплуатации плунжерные насосы несколько проще, так как у них меньше изнашиваемых деталей (отсутствуют поршневые кольца, манжеты и пр.).