Лекция 13 Поршневые насосы

Классификация насосов

Поршневые насосы – насосы, в которых сообщение энергии жидкости производится с помощью поршня, который совершает возвратно-поступа-тельное движение. Для классификации используются два признака: кратность действия – отношение теоретической подачи насоса за один двойной ход поршня к объему, описанному поршнем за один ход:

.

В соответствии с величиной, поршневые насосы делятся на насосы простого и многократного действия. Двух-, трех-, четырехкратного действия.

Насос простого действия – одна рабочая полость:

.

Насос двукратного действия – один цилиндр, две рабочие полости:

(без учета объема штока).

Тройного действия – три цилиндра простого действия и коленчатый вал:

.

Четырехкратного действия – два цилиндра двукратного действия:

.

В качестве привода поршневого насоса используется электродвигатель и прямодействующие поршневые паровые машины. Достоинства поршневых насосов – высокая самовсасывающая способность, возможность использования для перекачивания смазывающих и не смазывающих жидкостей.

Недостатки – сложное устройство, большая масса и габариты. У поршневых насосов прямого и двукратного действия – большая степень напора и подачи.

Рассмотрим на примере приводного насоса простого действия:

1. – клапанная коробка (3 полости)

   1. всасывающая (нижняя)

   2. промежуточная (сообщена с рабочей полостью)

   3. верхняя (нагнетательная)

2. – нагнетательный клапан

3. – шток клапанов

4. – КШМ

5. – цилиндр

6. – поршень

7. – рабочая полость цилиндра.

8. – всасывающий клапан

Во время действия насоса, поршень совершает возвратно-поступатель-ное движения. При движении вверх давление в цилиндре понижается, открывается всасывающий клапан. Жидкость из всасывающего трубопровода поступает в цилиндр за счет разности давлений в расходной цистерне. При нагнетании, поршень движется вниз, давление увеличивается, клапан закрывается, нагнетатель открывается. Жидкость поступает в нагнетательный трубопровод через промежуточную полость. Поршневые насосы обладают высокой самовсасывающей способностью. Для пояснения рассмотрим случай, когда насос заполнен воздухом. При движении поршня вверх, объем в цилиндре увеличивается, содержащийся воздух расширяется, а давление понижается, что можно показать уравнениями состояния воздуха:

– начало всасывания,

,

где

– площадь поршня,

– ход поршня.

Температура изменяется мало, допускаем, что .

Получаем:

,

,

.

За счет разности давлений жидкость поднимается во всасывающий трубопровод с каждым ходом поршня выше, заполняет цилиндр, и насос начинает нормальную подачу.

Подача поршневого насоса

Подача поршневого насоса зависит от площади поршня и от величины его перемещения во время нагнетания.

,

где – радиус кривошипа;

– угол поворота кривошипа;

– текущее значение хода поршня.

Если поршень переместиться на величину , то:

,

,

где – скорость поршня.

,

,

,

.

Подача насоса за один оборот (поршня) коленчатого вала равна объёму цилиндра:

Подача при непрерывном вращении:

.

С учётом кратности действия:

.

Для насосов двух- и четырёхкратного действия учитывается объём, занятый штоком.

Действительная подача:

,

– рабочий объём цилиндра насоса простого действия,

– насоса многократного действия.

Выше показано, что подача поршневого насоса является величиной переменной, т.к. поршень движется с переменной скоростью, а жидкость при нормальных условиях действия неотрывно следует за поршнем. Это можно показать, построив график подачи. Площадка под кривой (0-6’) равна элементарной подаче насосов, следовательно, вся площадь под кривой (0-6’) равна подаче насоса за один ход поршня.

Вывод: подача насоса простого действия – величина переменная, равна Ø в начале и конце хода нагнетания и имеет максимум в средней части хода нагнетания, когда . Подача насоса простого действия отличается неравномерностью.

Неравномерность оценивается величиной отношения:

,

где:

– максимальная секундная подача насоса,

– средняя подача.

Степень неравномерности подачи зависит от кратности действия.