6.4.1. Производительность (подача) поршневых насосов

В поршневых насосах различают среднюю и мгновенную подачи.

Теоретическая средняя подача поршневого насоса определяется исходя из рабочего объема цилиндра и кратности машины.

Рабочий объем цилиндра равен:

(6.51)

где S – площадь поршня.

Если число двойных ходов поршня в секунду равно n, то средняя теоретическая производительность насоса простого действия определяется как:

(6.52)

двойного действия:

или (6.53)

где – площадь поперечного сечения штока.

Для машин с кратностью действия, равной i, можно записать:

(6.54)

Действительная средняя подача будет меньше теоретической из-за объемных потерь:

(6.55)

где – объемный КПД насоса. Для поршневых насосов обычно  = 0,92–0,98. На величину оказывают влияние:

– утечки жидкости через неплотности в системе;

– запаздывание закрытия всасывающего и нагнетательного клапанов в конце всасывания и нагнетания;

– наличие в жидкости пузырьков воздуха (газа), ранее растворенного и выделившегося в области низкого давления перед поступлением жидкости в цилиндр.

Рассмотрим мгновенную подачу поршневого насоса. Если жидкость непрерывно следует за поршнем, не отрываясь от него, тогда мгновенная теоретическая подача будет определяться по формуле:

(6.56)

где – скорость движения поршня.

Определим скорость движения поршня (рис. 6.26). Если длина шатуна l гораздо больше радиуса кривошипа r, , тогда . Следовательно, можно записать:

,

dx/dt = w_п = rsin·d/dt = rsin.

Рис. 6.26. Схема поршневого насоса простого действия с кривошипно-шатунным механизмом

Для мгновенной теоретической подачи получим:

. (6.57)

Рассмотрим диаграммы подачи поршневых насосов с различной кратностью действия (рис. 6.27).

На рис. 6.27, а представлен график подачи поршневого насоса простого действия. До  =  идет процесс нагнетания, далее от  до 2 – всасывание. Максимальная подача устанавливается при  = /2:

(6.58)

а) б)

в) г)

Рис. 6.27. Диаграммы подачи поршневого насоса: а – простого действия;

б – двойного действия; в – тройного действия; г – четверного действия

Для насоса простого действия характерна прерывистая подача жидкости, связанная с чередованием процессов всасывания и нагнетания. Степень неравномерности подачи m может быть охарактеризована отношением максимальной мгновенной подачи к средней. Для насоса простого действия:

(6.59)

двойного действия:

(6.60)

тройного действия:

(6.61)

Для насосов четверного действия определяется как удвоенная ордината одного насоса при  = /4: Итак, имеем:

(6.62)

Как видно из формул (6.59)–(6.62) наибольшей равномерностью подачи отличается насос тройного действия, наибольшей неравномерностью – насос простого действия. Для выравнивания подачи могут быть использованы воздушные колпаки.

Регулирование производительности поршневых насосов согласно формулам (6.54) и (6.55) возможно путем изменения L, n и :

– изменение хода поршня путем изменения радиуса кривошипа применяется для малых насосов;

– варьирование скорости вращения кривошипа путем установки редуктора с разными передаточными числами применяется на больших насосах;

– переброска части жидкости из нагнетательного трубопровода во всасывающий по обратной линии снижает и, следовательно, подачу насоса . Однако этот способ регулирования подачи экономически невыгоден.