Поршневые насосы — устройство и принцип действия
Поршневые насосы — устройство и принцип действия
Поршневой насос представляет собой объемную машину с возвратно-поступательным движением рабочих органов, выполненных в виде поршней. На рис. 4.1 изображена принципиальная схема гидравлической части поршневого насоса.
Основными деталями гидравлической части являются: цилиндр 6, поршень 7, клапанные коробки 4, 9 с клапанами 5, 8. Жидкость к насосу подводится по приемному трубопроводу 3, на конце которого находится сетка 1, предохраняющая от попадания в насос посторонних предметов. Отводится жидкость от насоса по напорному трубопроводу 10. Уплотнение полостей цилиндра достигается за счет поршневых колец. В месте выхода штока из цилиндра имеется уплотнительный сальник.
Рассмотрим действие поршневого насоса. Обозначим: Уо — объем воздуха в приемном трубопроводе, м3; Ап — площадь поршня, м; ра — давление жидкости над уровнем в резервуаре откуда забирается жидкость, Па; s — ход поршня, м; у — удельный вес жидкости, Н/м3.
При движении поршня из крайнего нижнего положения вверх последний освобождает за собой объем, давление за ним понижается. Как только давление упадет, то под действием разности давлений между ра и давлением в трубопроводе откроется всасывающий клапан 5 и воздух, расширяясь (следуя за поршнем), заполняет цилиндр.
В момент прихода поршня в крайнее верхнее положение воздух будет занимать объем Уо + Ans.
Считая процесс расширения воздуха в цилиндре изотермическим, его давление (в момент прихода поршня вверх) будет
Под действием разности давлений ра — р жидкость в приемном трубопроводе поднимется на высоту п = —
При последующем движении поршня вниз воздух под ним сожмется, всасывающий клапан закроется, а нагнетательный откроется, через который воздух будет вытеснен в напорный трубопровод. С каждым последующим ходом поршня вверх жидкость будет постепенно подниматься на высоту h. Если соблюдаются необходимые условия всасывания, наступит момент, когда жидкость полностью заполнит приемный трубопровод, цилиндр и при следующем ходе поршня вниз вытеснится в напорный трубопровод. Все последующие ходы поршня вверх и вниз будут сопровождаться всасыванием жидкости в цилиндр и нагнетанием ее в напорный трубопровод. Таким образом, поршневой насос осуществляет перенос жидкости из одной области в другую. Повышение давления жидкости происходит лишь при движении поршня вниз, т. е. в момент открытия нагнетательного клапана.
Величина создаваемого давления поршневым насосом определяется сопротивлением сети, на которую он работает, и ограничивается подводимой к насосу мощностью и прочностью его деталей. Именно благодаря этому поршневые насосы находят широкое применение в технике высоких и сверхвысоких давлений.
Поршневые (плунжерные) насосы могут быть одно-, двух-, трехпоршневыми и многопоршневыми. По кратности действия их разделяют на: а) насосы одностороннего действия, у которых жидкость вытесняется из цилиндра при движении рабочего органа в одну сторону (рис. 4.1), б) насосы двустороннего действия, у которых жидкость вытесняется из цилиндра при движении рабочего органа в обе стороны (рис. 4.2).
Согласно рис. 4.2 при ходе поршня вверх открываются клапаны 8 и 4, происходит всасывание на нижней стороне и нагнетание на верхней. При ходе поршня вниз открываются всасывающий клапан 3 и нагнетательный 7. Подача жидкости в напорный трубопровод осуществляется во время обоих ходов поршня.
Конструкция многопоршневых насосов многократного действия позволяет увеличить подачу насоса, сделать ее более равномерной в течение хода рабочего органа (см. параграф 4.2).
Одной из разновидностей поршневого насоса является плунжерный насос, у которого рабочие органы выполнены в виде плунжеров {цилиндрических скалок) (рис. 4.3).
Так как в плунжерных насосах уплотнение достигается за счет наружного сальника, то износ стенок цилиндра исключен. Наружное уплотнение позволяет более точно его изготовить, упрощает уход за ним. Плунжерные насосы рассчитаны на большие давления, чем поршневые.
Второй разновидностью является дифференциальный насос (рис. 4.4). В нем жидкость заполняет цилиндр при движении рабочего органа в обе стороны, а вытесняется из него при движении рабочего органа в одну сторону. Рабочий орган такого насоса имеет переменное сечение.
По типу привода поршневые (плунжерные) насосы бывают: кривошипными, когда движение от привода к возвратно-поступательному движению рабочего органа передается с помощью шатунно-кривошипного механизма (рис. 4.5), кулачковыми, когда преобразование вращательного движения привода в возвратно-поступательное движение рабочего органа насоса осуществляется при помощи кулачкового механизма (аксиально-кулачковые и радиально-кулачковые), прямо-
действующими, когда привод (ведущее звено) имеет возвратно-поступательное движение. У кривошипных насосов в качестве привода чаще всего применяются электродвигатели, у прямодействующих — двигатели внутреннего сгорания или паровая машина.