44. Возвратно-поступательные (поршневые) насосы.
В возвратно-поступательных насосах силовое взаимодействие рабочего органа с жидкостью происходит в неподвижных рабочих камерах, которые попеременно сообщаются с полостями всасывания и нагнетания за счет впускного и выпускного клапанов.
В качестве рабочего органа (вытеснителя) в возвратно-поступательных насосах используются поршень, плунжер или гибкая диафрагма. Поэтому такие насосы подразделяются на поршневые, плунжерные и диафрагменные.
Рисунок 1.13 - Насосы возвратно-поступательного движения:
а — поршневой; б — плунжерный;
1 — впускной клапан; 2 — выпускной клапан; 3 — поршень; 4 — корпус (цилиндр);
5 — шатун; 6— кривошип;7 — вал; 8— впускная проточка; 9 — плунжер; 10 — пружина;
11 — кулачок; 12 — диафрагма; 13 — шток
Возвратно-поступательные насосы также подразделяются по способу привода на прямодействующие и вальные. Привод прямодействующего насоса осуществляется за счет возвратно-поступательного воздействия непосредственно на вытеснитель. Примером такого насоса является простейший насос с ручным приводом. Вальный насос приводится за счет вращения ведущего вала, которое преобразуется в возвратно-поступательное движение при помощи кулачкового или кривошипно-шатунного механизма.
Рассмотрим
устройство и принцип работы поршневого
насоса с вальным приводом. На рисунке
1.13, а
приведена
конструктивная схема поршневого насоса
с кривошипно-шатунным механизмом.
Приводной вал 7
через кривошип 6
радиусом
r
и шатун 5
приводит в движение поршень 3
площадью
,
который
движется возвратно-поступательно в
корпусе (цилиндре) 4.
Насос
имеет два подпружиненных клапана:
впускной 1
и
выпускной 2.
Рабочей
камерой данного насоса является
пространство слева от поршня, ограниченное
корпусом 4
и
крайними положениями поршня 3;
оно
на рисунке затемнено. При движении
поршня 3
вправо
жидкость через впускной клапан 1
заполняет
рабочую камеру, т. е. обеспечивается
всасывание. При движении поршня 3
влево
жидкость нагнетается в напорный
трубопровод через клапан 2.
Рассматриваемый
насос имеет одну рабочую камеру (z
=
1),
и за один оборот вала поршень 3
совершает
один рабочий ход, т.е. это насос однократного
действия (k
=
1).
Из анализа рисунка 1.13, а
следует,
что рабочий ход поршня 3
равен
двум радиусам кривошипа 6.
Тогда
в соответствии с
рабочий
объем насоса равен объему рабочей камеры
и может быть вычислен по формуле
.
Насосы с поршнем в качестве вытеснителя являются самыми распространенными из возвратно-поступательных насосов. Они могут создавать значительные давления (до 30...40 МПа). Однако выпускаются также насосы, рассчитанные на значительно меньшие давления (до 1...5 МПа). Скоростные параметры этих насосов (число рабочих циклов в единицу времени) во многом определяются конструкцией клапанов, так как они являются наиболее инерционными элементами. Насосы с подпружиненными клапанами допускают до 100...300 рабочих циклов в минуту. Насосы с клапанами специальной конструкции позволяют получить до 300...500 циклов в минуту.
В поршневых насосах существуют все три вида потерь, т. е. объемные, гидравлические и механические потери. Объемные КПД ηo большинства поршневых насосов составляют 0,85...0,98. Гидравлические КПД ηг, определяемые потерями напора в клапанах, находятся в пределах 0,8...0,9, а механические КПД ηм — 0,94...0,96. Полный КПД ηн для большинства поршневых насосов составляет 0,75...0,92.
Значительно реже применяются насосы с плунжером в качестве вытеснителя. У этих насосов существенно больше поверхность контакта между корпусом и вытеснителем, что позволяет значительно лучше уплотнить рабочую камеру. Плунжерные насосы обычно изготовляются с высокой точностью, поэтому они являются весьма дорогими, но позволяют получать очень большие давления — до 150...200 МПа. Основной областью использования плунжерных насосов являются системы топливоподачи дизелей.
На рисунке 1.13, б приведена конструктивная схема такого насоса с кулачковым приводом. Ведущий вал приводит во вращение кулачок 11, который воздействует на плунжер 9, совершающий возвратно-поступательные движения в корпусе (цилиндре) 4, причем движение плунжера влево обеспечивается кулачком 11, а обратный ход — пружиной 10. Данный насос имеет только один клапан — выпускной 2. Отсутствие впускного клапана является особенностью насосов, используемых на дизелях. Их топливные системы обычно имеют вспомогательные насосы, и заполнение рабочей камеры плунжерного насоса обеспечивается через проточку 8 вспомогательным насосом.