1 Гидронасосы. Основные определения и классификация
Гидронасосаминазывают машины для создания напорного потока жидкой среды. Этот поток создается в результате силового воздействия на жидкость в проточной полости или рабочей камере насоса.
По характеру силового воздействия на жидкость различают динамические и объемные гидронасосы.
Динамическим называется гидронасос, в котором силовое воздействие на жидкость осуществляется в проточной камере, постоянно сообщающейся с входом и выходом насоса.
Объемными называются гидронасосы, у которых перемещение жидкости осуществляется путем вытеснения ее из рабочих камер вытеснителями различных типов.Одним из видов объемных гидронасосов является поршневой насос.
Поршневые насосы используются человечеством с глубокой древности. Известно их применение для целей водоснабжения со II века до нашей эры. В настоящее время поршневые насосы используются в системах водоснабжения, в пищевой и химической промышленности, в быту.
1.1 Принцип действия и типы поршневых гидронасосов
В поршневом насосе всасывание и нагнетание жидкости происходит при возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре насоса. При движении поршня 1 вправо в замкнутом пространстве между крышкой цилиндра и поршнем создаётся разрежение. Под действием разности давлений в приёмной ёмкости и цилиндре жидкость поднимается по всасывающему трубопроводу и поступает в цилиндр через открывающийся при этом всасывающий клапан 3. Нагнетательный клапан 4 при ходе поршня вправо закрыт, т.к. на него действует сила давления жидкости, находящейся в нагнетательном трубопроводе.
4
2
1
В
5
ω
О
А
С
3
Рисунок 1 – Поршневой гидронасос одностороннего действия
При ходе поршня влево в цилиндре возникает давление, под действием которого закрывается всасывающий клапан 3 и открывается нагнетательный клапан 4. Жидкость через нагнетательный клапан поступает в напорный трубопровод и далее в напорную ёмкость.
Таким образом, в поршневых насосах основным рабочим органом является поршень, снабжённый уплотнительными кольцами, пришлифованными к внутренней зеркальной поверхности цилиндра. Поршень насоса приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом, преобразующим вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение поршня.В свою очередь, кривошип насоса вращаетсялибо электродвигателем, либо двигателем внутреннего сгорания (у мотопомп) через редуктор, поскольку частота вращения кривошипа всегда много меньше частоты вращения вала двигателя.
Всасывание и нагнетание жидкости поршневым насосом происходит неравномерно: всасывание – при движении поршня слева направо, нагнетание – при обратном направлении движения поршня.Поэтому в напорном трубопроводе возникают пульсации жидкости, которые в некоторых случаях нежелательны.
В случае необходимости, для более равномерной подачииспользуют насосы двухстороннего действия (рисунок 2), у которых как поршневая, так и штоковая, полости имеют свою клапанную систему распределения. В этих насосах всасывание и нагнетание происходят при каждом ходе поршня, поэтому у них ниже коэффициент пульсаций, а коэффициент полезного действия выше, чем у насосов одностороннего действия.
47
1
В5
ω
О
А
С
3
6
Рисунок 2 – Поршневой гидронасос двустороннего действия
В самом деле, при движении поршня 1 вправо под действием разности давлений в приёмной ёмкости и цилиндре жидкость поднимается по всасывающему трубопроводу и поступает в поршневую полость цилиндра через открывающийся при этом всасывающий клапан 3. Нагнетательный клапан 4 при ходе поршня вправо закрыт, т.к. на него действует сила давления жидкости, находящейся в нагнетательном трубопроводе.
В штоковойполости цилиндра,наоборот, происходит выталкивание, ранее поступившей туда жидкости в напорный трубопровод 8, через открытый нагнетательный клапан 7, при закрытом, под действием возникающего при этом давлении, всасывающем клапане 6.
При обратном ходе поршня влево в поршневой полости цилиндра возникает давление, под действием которого закрывается всасывающий клапан 3, открывается нагнетательный клапан 4 и жидкость выталкивается в трубопровод.
Одновременно в штоковойполости закрывается напорный клапан 7, открывается всасывающий клапан 6 и происходит заполнение ее жидкостью.
По числу оборотов кривошипа,(числу двойных ходов поршня), различаютнасосы:
- тихоходные (n= 45-60мин-1);
-нормальные(n= 60-120мин-1);
- быстроходные(n= 120-180мин-1).
1.2 Производительность поршневых гидронасосов
Одной из основных
характеристик поршневого гидронасоса
является его производительность.
Производительность насоса
равна
количеству жидкости, перекачиваемой
им за единицу времени, и в системе СИ
измеряется вм3/с.
По производительности
поршневые гидронасосы подразделяются
на насосы:
- большой
производительности,
;
- средней
производительности,
;
- малой
производительности,
.
В поршневых насосах жидкость при всасывании занимает в цилиндре объём, освобождаемый поршнем и называемый рабочей камерой насоса. Следовательно, теоретическая производительность насоса одностороннего действия:
,
где:S – площадь сечения поршня, м2,
L–ход поршня, м,
n
– частота вращения кривошипа,
.
Действительная производительность данного насоса
,
где:
– коэффициент подачи или объёмный
коэффициент полезного действия,
учитывающий утечки жидкости через
неплотности в сальниках, клапанах,
местах стыковки трубопроводов, образование
в цилиндре воздушных «мешков».
Объёмный коэффициент полезного действия равен для насосов:
- большой
производительности,
;
- средней
производительности,
;
- малой
производительности,
.
Таким образом, производительность поршневого насоса зависит от объема рабочей камеры и частоты вращения кривошипа. Для конкретного насоса этопостоянная величина, независящая от напора поступающей жидкости.
1.3 Преимущества и недостатки поршневых насосов
Поршневые насосы применимы для перекачивания только чистых жидкостей, это объясняется наличием клапанов в конструкции поршневого насоса. Наличие примесей в перекачиваемой жидкости может привести к выходу из строя клапанов насоса.
При возвратно-поступательном движении возникают большие силы инерции, поэтому средняя скорость движения поршня насоса ограничивается значениями0,5-1 м/с.
Поршневые насосы, даже двухстороннего действия,производят прерывистую подачу жидкости, что в некоторых случаях требует применения различных демпферирующих устройств или гидроаккумуляторов.
Поршневые гидронасосы имеют большие габариты, по сравнению с центробежными, что объясняется сложностью их конструкции,однако, при этом только поршневые насосы способны обеспечивать большие напоры.
У поршневых насосов выше, чем у центробежных, коэффициент полезного действия.
Подача жидкости поршневыми насосами не зависит от внешнего напора, что позволяет применять их в качестве насосов-дозаторов.
К преимуществам поршневых насосов можно отнести:
- независимость объема подачи от величины внешнего напора;
- возможность точного регулирования объема подачи жидкости изменением частоты вращения кривошипа;
- высокий коэффициент полезного действия;
- тихоходность.
Недостатками поршневых насосов являются:
- высокая стоимость;
- сложность конструкции;
- сложность регулирования подачи;
- чувствительность к механическим примесям;
- прерывистая (пульсирующая) подача рабочей жидкости.