2.Объемные насосы

2.1. Поршневые, плунжерные и диафрагмовые насосы

В поршневых насосах (рис.1) за один полный оборот кривошипа в цилиндр сначала всасывается объемW=F·l(при ходе поршня вправо, при этом поднимается всасывающий клапан), затем этот объем выталкивается через напорный клапан (при ходе поршня влево). Ход поршняl= 2r; площадь поршняF=D²/4.

Подача насоса, м³/с,

Q = nFl,

где n – число оборотов кривошипа в секунду.

Подача поршневого насоса неравномерная (рис.2),

она изменяется по синусоидальному закону

Q = Q_макс·sinα, где - угол поворота кривошипа. Примем угловую скорость  = 1 1/с, тогда за один полный оборот кривошипа объем поданной воды

.

Выразим этот объем через среднее значение подачи: W = Q_ср·2. Отсюда Q_ср·2 = 2Q_макс и Q_макс/Q_ср = 3,14.

Для выравнивания подачи устанавливают поршневой насос двойного действия, одна из конструкций которого показана на рис. 3.

Утакого насоса выталкивание жидкости происходит дважды в течение одного оборота и подача выравнивается (рис.4),т.к.Q_макс/Q_ср = π/2=1,57.

Напор, создаваемый поршневым насосом, определяется из формулы

где N – мощность двигателя, Вт; η – коэффициент полезного действия, η = 0,65…0,8.

В плунжерных насосах (рис.5) подача выталкиваемой в напорный патрубок жидкости определяется диаметром плунжера D_п, радиусом r и числом оборотов кривошипа n:

Q= (D²/4)2rn.

Рис. 5. Плунжерный насос: 1 - цилиндр; 2-всасывающий патрубок; 3 - всасывающий клапан; 4 -напорный клапан; 5 - напорный патрубок; 6 - плунжер; 7 - шток; 8 - шатун; 9 - кривошип; 10 - уплотнение; 11 - байпас

Плунжерные насосы широко используются в технологии обработки воды в качестве насосов – дозаторов растворов реагентов.

В диафрагмовых насосах (рис.6) рабочий объем насоса изменяется за счет прогиба гибкой диафрагмы 1, объем выталкиваемой жидкости определяется объемом двойного конуса, получающегося при прогибе диафрагмы от крайнего левого до крайнего правого положения:

.

Диафрагмовые насосы применяют для откачки загрязненных вод из колодцев, котлованов, при проведении строительных и ремонтных работ на водопроводных и водоотводящих сетях.

Регулирование подачи поршневых и плунжерных насосов достигается :

- изменением числа оборотов кривошипа;

- изменением радиуса r за счет изменения точки крепления шатуна к кривошипу;

- пропусканием части расхода жидкости из напорного патрубка во всасывающий через байпасную линию 11 (рис.5).

Регулирование подачи путем закрытия задвижки на напорном патрубке недопустимо.

Выравнивание подачи может быть достигнуто применением воздушного колпака (рис.7).

Расчет воздушного колпака сводится к определению диаметра диафрагмы d и объема колпака V, м³:

(1)

где F, l – площадь и ход поршня соответственно.

Исходными данными служат: давление на выходе (после диафрагмы) Р₁; средняя подача насоса Q_ср, давление, создаваемое насосом Р₂.

Диаметр диафрагмы

где μ = 0,62 – коэффициент расхода.

Задаемся неравномерностью подачи δ и определяем значения максимального и минимального расходов:

.

Значения максимального и минимального давлений перед диафрагмой:

;.

Давление и объемы при изотермическом сжатии связаны соотношением

.

Отсюда с учетом формулы (1) полный объем колпака

.

Пример 1. Дано: Р₁ = 1 МПа, Р₂ = 1,2 МПа, F = 0,01м², l = 0,1м, n = 2 об/с, δ = 0,1.

Определить диаметр диафрагмы d и объем колпака V.

Решение: Q_ср = 0,01·0,1·2 = 0,002 м³/с;

м;

Па;

Па; м³.