11.3.Поршневые насосы: принцип работы, графики подачи и регулирование подачи.

Поршневыми называются возвратно-поступательные насосы, у которых рабочие органы выполнены в виде поршня. Поршневые насосы классифицируются по ряду признаков: по числу поршней — на одно-, двух-, трех- и много­поршневые; по роду действия—на насосы одностороннего и двустороннего действия; по расположению рабочих органов -на односторонние, оппозитные, V-образные, звездообразные, однорядные, двухрядные, многорядные; по расположению оси цилиндра — на горизонтальные и вертикальные; по виду привода — на на­сосы с механическим приводом, прямодействующие (поршень насоса на одном штоке с поршнем паровой машины), с ручным приводом.

На рис. 4.1 изображена схема однопоршневого насоса одностороннего действия. Вращающийся кривошип 1 приводит в движение шатун 2, кото­рый преобразует вращательное движение кривошипа в возвратно-поступа­тельное движение ползуна 3. Шток 4 и поршень 5 перемещаются возвратно-поступательно.

Назовем крайнее левое положение поршня верхней мертвой точкой — ВМТ, крайнее правое - нижней мертвой точкой НМТ, расстояние между ними S-2R - ходом поршня; R — радиус кривошипа, L — длина шатуна.

При перемещении поршня в цилиндре 6 слева направо в рабочей каме­ре 7 создается разрежение, вследствие чего открывается всасывающий кла­пан 11 и жидкая среда по всасывающей трубе 10 поступает в камеру (под поршень). После НМТ поршень совершает обратный ход и выталкивает жидкую среду в напорный трубопровод 8. Нагнетательный клапан 9 откры­вается при движении поршня справа налево тогда, когда давление в рабо­чей камере станет больше, чем в напорном трубопроводе.

На основании изложенного следует, что в насосах одностороннего действия за один оборот кривошипа в напорный трубопровод выталкивает­ся один объем перекачиваемой среды V = FS, где F — площадь поршня, м .

В насосах двустороннего действия (рис. 4.2) две рабочие камеры -I и II, поэтому у них за один оборот кривошипа будет выталкиваться объем V = Vj + Vjj = FS + (F — f) S = (2F- f) S, где f — площадь поперечного сече­ния штока.

Рис. 4.1. Схема однопоршневого насоса одно­стороннего действия

Рис. 4.2. Схема однопоршневого насоса двустороннего действия

У многопоршневых насосов с общими всасывающей и напорной труба­ми за один оборот кривошипа будет вытесняться объем V = mFS, где m -число рабочих камер.

120

Подача и графики подачи поршневых насосов. Вследствие неравномерности движения поршня жидкая среда поступает в напорный трубопровод неравномерно, т.е. в течение хода поршня подача насоса изменяется. Поэтому поршневые насосы характеризуются средней подачей и подачей, соответствующей какому-то положению поршня или углу поворота кривошипа.

Если за один оборот кривошипа насос одностороннего действия подаст объем перекачиваемой среды V = FS, то за п оборотов в минуту V = FSn. Отсюда его секундная идеальная подача

Для насосов двустороннего действия

а для многопоршневых

где m — число рабочих камер.

Действительная средняя подача

где - объемный КПД, учитывающий утечки и перетекания перекачивае­мой среды, которые зависят от плотности прилегания клапанов, времени их открытия и закрытия, а также от уплотнения поршня и штока. В наиболее распространенных насосах = 0,90...0,95.

Рассмотрим графики подачи поршневых насосов.

На рис. 4.3 приведены графики подачи поршневых насосов. Они пред­ставляют собой синусоиды, построенные по радиус-вектору, величина ко­торого равна Q_max- Из рассмотрения графиков следует, что наиболее равно­мерной подачей обладают трехпоршневые насосы одностороннего дейст­вия. У этих насосов за счет относительного смещения кривошипов на 120° суммирование подач при различных углах α дает наиболее плавное измене-ние Qαсумм=f(x)

Рис. 4.3. Графики подачи поршневых насосов: а — однопоршневого одностороннего действия; б — однопоршневого двустороннего действия; в — трехпоршневого одностороннего действия; г — четырехпоршневого одностороннего действия

Регулирование подачи поршневых насосов. У поршневых насосов при постоянной частоте вращения кривошипа подача не зависит от напора и ха­рактеристика Н = f (Q) представляет собой прямую линию (рис. 4.5). В об­ласти больших напоров происходит повышенная утечка перекачиваемой среды через сальники, поэтому прямая после напора Н несколько от­клоняется в сторону уменьшения Q. При напорах больше расчетных воз­можна поломка деталей насоса или его привода. Регулировать подачу порш­невых насосов задвижкой невозможно, так как Q при этом не изменяется, а лишь изменяется сопротивление сети и, следовательно, давление под поршнем.

H=f(Q)

Рис. 4.5. Характеристика Q-H поршневого насоса

Регулирование подачи поршневых насосов осуществляется изменением хода поршня за счет изменения радиуса кривошипа (вручную, либо автома­тически), изменением частоты вращения кривошипа и перепуском части перекачиваемой среды из напорного трубопровода во всасывающий с по­мощью байпаса.

В случае возрастания давления выше расчетного в поршневых насосах для предохранения их от поломки устанавливаются предохранительные клапаны, которые автоматически открываются, если р достигает значения

Рмах.

Пуск поршневых насосов производится только с открытой задвижкой.

Если невозможно плавно увеличивать частоту вращения кривошипа при пуске, то перепускной клапан держат открытым.