4. Нагнетатели объёмного принципа действия.

4.1. Поршневые насосы.

Устройство и основные свойства.

Поршневые насосы относятся к объемным нагнетателям с возвратно-поступательным движением рабочих органов.

Классифицируются по следующим признакам:

- по количеству поршней: одно-, двух-, трёх- и многопоршневые;

- по числу циклов нагнетания и всасывания за один двойной ход поршня: одностороннего (простые) и двухстороннего действия;

- по расположению вала: вертикального и горизонтального исполнения.

Достоинства:

- хорошая способность к сухому всасыванию (без заливки) Н_В=6÷8м;

- возможность создания больших давлений;

- возможность перекачивания разнородных жидкостей при различных температурах, в том числе многокомпонентных сред большой вязкости;

- высокое КПД и незначительное его изменение при регулировании подачи в широких пределах изменением частоты вращения.

Недостатки:

- неравномерность подачи и колебание давления;

- большие габариты и масса;

- тихоходность;

- чувствительность к механическим примесям.

Рассмотрим схему и работу одноцилиндрового поршневого насоса простого действия.

1. всасывающий патрубок; 6. цилиндр;

2. приемный клапан; 7. шток поршня;

3. нагнетательный клапан; 8. шатун;

4. напорный трубопровод; 9. кривошип;

5. поршень; 10. вал. 10

Поршень, перемещаясь в цилиндре с помощью штока и шатуна, совершает возвратно-поступательное движение. При движении вправо в цилиндре создаётся разряжение и жидкость поступает из всасывающего патрубка, поднимая приёмный клапан, в камеру. При движении влево приёмный клапан под действием собственного веса и жидкости закрывается, а нагнетательный клапан поднимается и жидкость проходит в напорный трубопровод.

В результате движения поршня за один оборот произойдёт перемещение жидкости из всасывающей в напорную магистраль в объёме описанном поршнем и равном, м³

где s – площадь поршня, м²;

d – диаметр поршня, м;

h=2r – ход поршня, м;

r – радиус кривошипа, м.

Если предположить, что поршень движется со средней постоянной скоростью, то средняя теоретическая подача будет, м³/с

,

где n – частота вращения вала, об/мин;

ω – угловая скорость кривошипа, рад/с.

В действительности, благодаря возвратно-поступательному движению скорость изменяется во времени.

При ω=const, окружная скорость шейки кривошипа V_k=const, а скорость поршня определится проекцией окружной скорости на ось абсцисс, т.е.

Тогда мгновенная теоретическая подача простого одноцилиндрового насоса:

Отношение максимальной подачи к средней называется степенью неравномерности подачи δ и для данного насоса:

Движение жидкости в магистрали этого насоса будет происходить не постоянно, а периодически. Неравномерность подачи вызывает колебания нагрузки электропривода, что соответственно вызывает колебание тока в цепи. Для устранения неравномерности подачи используют насосы двойного действия и с несколькими цилиндрами.

Теоретическая подача такого насоса определится выражением:

,м³/с

где z – число рабочих камер в насосе;

n_Hом – частота вращения вала насоса, об/мин.

Действительная средняя подача будет меньше средней теоретической подачи на значение объёмных потерь ΔQ, учитываемых объёмным КПД насоса:

Объёмные потери представляют собой протечки жидкости через зазоры и учитывают степень заполнения цилиндра перекачиваемой жидкостью.

Для уменьшения динамических нагрузок кривошипно-шатунного механизма часто ставят редуктор с передаточным числом ,где n – частота вращения электродвигателя, об/мин.

Отсюда

Кроме того, для уменьшения пульсаций потока и нагрузки электродвигателя применяют воздушные колпаки в магистралях и маховики на валу насоса.

Мощность электродвигателя поршневого насоса определяется по выражению:

,кВт

Общий КПД поршневого насоса η_нас=0,5÷0,95.

Рабочие характеристики – это зависимости между основными параметрами Q,H,N,η при неизменной угловой скорости насоса.

Отличительной особенностью поршневых насосов является независимость создаваемого ими напора от подачи и частоты вращения вала.

Мощность на валу поршневого насоса при постоянной частоте вращения ( n = const) пропорциональна напору.

Регулирование подачи можно производить только изменением угловой скорости, при этом изменение напора определяется только характеристикой системы.

Регулирование подачи дросселированием недопустимо. Перекрытие нагнетательной магистрали приводит к значительному росту напора, вызывает гидравлические удары, которые могут привести к аварии. Для защиты насосов объёмного принципа действия они снабжаются предохранительными (перепускными) клапанами, назначение которых перепустить жидкость из напорной магистрали во всасывающую при достижении давлением допустимого значения.

Исходя из выше сказанного, для этих насосов целесообразно применять двигатели постоянного тока смешанного возбуждения и асинхронные двигатели с повышенным пусковым моментом.

На судах поршневые насосы используются в качестве питательных насосов котлов, трюмных, осушительных и пожарных насосов.