Потужність і коефіцієнт корисної дії.

Роботу, що виконує насос за один оберт приводу можна описати наступним рівнянням:

де p – тиск на поршень, Па;

F – площа поршня, м²;

l – хід поршня, м.

При n обертів в хвилину теоретична повна внутрішня гідравлічна потужність поршневого насосу будь-якого типу становить:

Нижче буде показано, що для насосу простої дії , де G_m – теоретична об’ємна продуктивність насосу виражена в м³/с. Тоді:

Але через недосконалість роботи клапанів – запізнення їх закривання та відкривання, частина рідни, якій передана енергія, не попадає в напірний трубопровід. Ще одним вагомим фактором, що знижує ефективність перекачки рідни поршневими насосами є гази (переважно повітря) розчинені в рідині і які виділяється з неї в об’єм циліндра насосу при всмоктуванні. Виділення газу приводить до неповного заповнення рідиною циліндра та зменшення подачі. Правильне проектування насосу та його монтаж запобігає створенню газ не нагромаджується в об’ємі насосу. Але якщо були допущенні помилки, або повітря попадає через нещільності в патрубку всмоктування, то в насосі можливе утворення повітряних «мішків». Тоді суттєво зменшується продуктивність насосу.

Тому реальна продуктивність завжди менша від теоретичної:

де η_о – об’ємний коефіцієнт корисної дії, (дальше к.к.д.).

В наслідок гідравлічних втрат в самому насосі за рахунок тертя, ударів, опору клапанів реальний тиск в напірній лінії завжди менший від тиску рідини на поршень. Тому слід враховувати гідравлічний к.к.д.:

Крім того, через відбувається втрата енергії через тертя в сальниках, підшипниках і т.д.. Ці втрати враховуються в завдяки механічному коефіцієнту корисної дії:

Загальний коефіцієнт корисної дії можна виразити як добуток всіх к.к.д.:

Для поршневих насосів повний к.к.д. знаходиться в межах від 0,72 до 0,93. В значній мірі к.к.д залежить від продуктивності при якій експлуатується насос. В значній мірі к.к.д. залежить від продуктивності і напору, який він розвиває. Виробники насосів цю залежність приводять в паспорті насосу.

Таким чином, дійсна потужність на валу насоса (з врахуванням всіх втрат) буде рівна:

При визначенні потужності електродвигуна, який урухомлює насос слід врахувати ще к.к.д. передачі:

Крім того, при виборі електродвигуна його потужність слід вибирати з запасом порівняно з величиною визначеною за формулою через можливі перевантаження електродвигуна при пуску а також в ході експлуатації. При розрахунковій потужності двигуна 1,5÷4 квт слід збільшувати потужність на 20%, при 4÷40 квт – на 15%, дальше є достатнім запас 10%.

Типи та конструктивніі особливості поршневих насосів.

Я к показано на діаграмі засобів для переміщення рідин до поршневих насосів належать поршневі, плунжерні та мембранні насоси. Всіх їх об’єднує те що робочий об’єм камери змінюється за рахунок зворотно-поступального руху робочого елементу – поршня, плунжера (скалки) або мембрани (рис.4/2.4). Принцип дії об’ємних насосів в передньому розділі розглядався на прикладі горизонтального плунжерного насосу простої дії (рис.4/2.1 та 4/2.4.а), так як на цьому типі пояснення є найбільш очевидними і простими. Але виведені закономірності (напір, висота всмоктування, потужність), з врахуванням особливостей конструкції , дійсні як для поршневих так і для ротаційних об’ємних насосів. Серед поршневих насосів власне поршневі (рис.4/2.4.б) та плунжерні (рис.4/2.4.а) виконуються в конструктивно аналогічних рішеннях, тому їх доцільно розглядати разом.

О сновну різниця між поршневим та плунжерним насосом полягає в конструкції робочого тіла. В поршневому насосі використовується дисковий поршень, який герметично переміщається по циліндру та витискає перед собою всю рідину з циліндра (рис. 4/2.4б). В плунжерному насосі в якості робочого тіла використовується скалка – поршень занурення. По принципу дії він не витискає всієї рідни перед собою, а зміна об’єму відбувається за рахунок його занурення в рідину, що знаходиться в герметичному циліндрі (рис.4/2.4а). Чому, при такій подібності двох цих насосів, вони рівноправно співіснують? Відповідь на це питання може дати коротка порівняльна характеристика. Поршневі насоси мають порівняно простішу конструкцію і є надійнішими в експлуатації. Це пояснюється тим, що плунжер, з точки зору механіки є консоллю, яка з достатньо високою частою здійснює зворотно-поступальні рухи. Через це виконання насосу повинно бути більш прецензійним і конструкція повинна забезпечувати погашення вібрацій плунжера. Для прикладу, для реалізації зворотно-поступального руху в плунжерних насосах використовується крейцкопф (8 на рис.4/2.5) або куліса, які є більш складними механізмами ніж криво-шатунний механізм, яким можна обійтись в поршневих насосах. Зате, надійніша герметизація осі плунжера в порівнянні з герметизацією поршня в циліндрі дозволяє плунжерним насосам розвивати значно більші тиски. Тому насоси для високих тисків (400÷1000 атм і більше) переважно є плунжерними. Перевагою поршневого насосу, в порівнянні з плунжерним насосом, є те що вони можуть перекачувати рідни з достатньо високим вмістом абразивних матеріалів. Плунжерні насоси, в преважній більшості, використовуються для перекачування освітлених рідин.