13. Объемные насосы

Поршневые насосы (рис.14.1) работают на принципе изменения объема. Они бывают двух- и трехцилиндровыми. Если насос вытесняет жидкость при ходе поршня только в одном направлении, то он называется насосом прямого действия. Если жидкость вытесняется при каждом ходе поршня в обоих направлениях, то он называется насосом двойного действия.

Рисунок 14.1 – Поршневой насос.

При движении поршня вверх рабочая полость цилиндра увеличивается, что вызывает падение давления, и атмосферное давление снизу соединится с цилиндром. В результате этого жидкость станет подниматься по всасывающей трубе до тех пор, пока давление атмосферного воздуха Р не будет уравновешено весом столба жидкости, поднявшейся во всасывающем трубопроводе. Когда поршень 1 достигнет своего крайнего положения и начнет двигателя вниз, всасывающий клапан закроется под действием давления воды и пружины. При дальнейшем движении поршня жидкость откроет клапан 3, и будет выталкивать воду в приемный трубопровод.

Теоретическая производительность насоса

л/мин,

где V_нас – суммарный рабочий объем цилиндров, см³,

n – скорость вращения, об/мин.

V_{насмакс} = zSl_н,

где S = πr² – площадь поршня, см².

Z – число поршней;

l_н – наибольший ход поршня, см;

r – радиус поршня, см.

Т.к. часть жидкости просачивается, то фактическая производительность будет

Q_факт = Q_тη_об = л/мин,

где η_об = объемный коэффициент.

η_об меняется от 0,97 до 0,89, достигая 0,6 при двойном давлении.

Полная гидравлическая мощность насоса

Р_г = .

Если заранее выбран насос с давлением нагнетания Р_нас в кг/см², то

Р_г = кВт.

С учетом механического КПД – η_мех

Р_эл.дв. = кВт.

Для малых насосов η_мех = 0,5 ÷0,6.

Для средних η_мех = 0,65 ÷ 0,75.

Для больших η_мех = 0,75 ÷ 0,85.

Момент на валу электродвигателя из формулы:

,

кГсм

Рисунок 14.2 – Характеристики поршневого насоса: а) при n = const, б) при n =Var.

Как видно из кривых (рис.14.2) при постоянной скорости производительность насоса почти не меняется с изменением сопротивления нагнетания. Наклон характеристики Q=f(p) вызван увеличением утечки жидкости через неплотности при повышении напора.

Изменение производительности пропорционально изменению скорости.

Т.к. производительность насоса при возрастании сопротивления не меняется, повышение напора приводит к перегрузке не только трубопровода, но и двигателя. Поэтому, если нагнетательный трубопровод случайно резко закрывается. Возникает опасность повреждения насоса и двигателя.

14 Поршневые насосы переменной производительности

Их конструкция позволяет изменить ход поршня от нулевого (нейтрального) положения до максимума, причем соответственно меняется производительность насоса. С изменением направления хода поршня меняется направление потока жидкости, в результате чего всасывающая сторона насоса превращается в подающую. Изготавливаемые в настоящее время насосы переменной производительности бывают в зависимости от расположения поршней двух типов:

а) с горизонтальным расположением, при котором управление осуществляется изменением угла между осью и направляющей чашей, определяющей ход поршня;

б ) с радиальным расположением, при котором управление осуществляется изменение эксцентриситета.

Отличительной особенностью поршневых насосов является независимость создаваемого ими напора от угловой скорости.

В тоже время изменением угловой скорости можно производить регулирование подачи Q.

Изменение сопротивления магистрали приводит к изменению напора насоса, в то время как подача почти не изменяется.

При регулировании оборотов поршневого насоса, работающего на магистраль с квадратичным сопротивлением будут:

; ; ;

Если насос работает на магистрали с большим противодавлением, то можно пренебречь потерями напора в магистрали и приближенно считать Н1 = Н2 и в этом случае:

; ; ;

Основными особенностями поршневого насоса являются:

• мощность изменяется прямо пропорционально изменению угловой скорости при данном напоре, а момент на валу остается неизменным;

• относительная простота конструкции;

• возможность применения при высоких напорах;

• высокий КПД;

• возможность запуска без заливки.

К недостаткам относятся:

• большое количество трущихся частей;

• необходимость работы с жидкостью без механических примесей;

• опасность механических повреждений при перекрывании вентилей, что вызывает необходимость в предохранительных клапанах;

• необходимость в ряде случаев в специальном редукторе для соединения с электродвигателем.

Поршневые насосы применяются для подачи жидкости с большой высоты всасывания, а также для обеспечения высокого напора.

Они применяются в качестве трюмных, пожарных, питательных и для рулевого устройства.