Простой поршневой насос

Поршневым называется насос, работающий по принципу «вытеснения» жидкости. Давление в рабочей камере поршневого насоса создаётся при помощи поршня или плунжера, совершающего возвратно-поступательное движение внутри цилиндра.

Рассмотрим схему простого поршневого приводного насоса (рис.4.4)

Предположим, что поршень 1 занимает крайнее левое положение и насос не работает. Для работы насоса всасывающая труба 6 и рабочая камера 8 должны быть заполнены жидкостью, с этой целью в схеме насоса установлены обратные клапаны 7 и 10.

Рис. 4.4

1-поршень; 2-шток; 3- цилиндр; 4-шатун; 5-кривошип; 6-всасывающая труба; 7-всасывающий клапан; 8-рабочая камера; 9-нагнетательная труба; 10-нагнетательный клапан; 11-фильтр.

При включении двигателя, т.е. при вращении кривошипа поршень начнёт перемещаться право. При этом в рабочей камере начнётся понижение давления по сравнению с атмосферным.

Под действием атмосферного давления жидкость придёт в движение во всасывающей трубке, поднимет всасывающий клапан и начнёт заполнять рабочую камеру. Эта часть рабочего цикла называется процессом всасывания жидкости. Всасывание будет происходить до тех пор, пока поршень не займёт своего крайнего положения. При этом он совершит путь S = 2r, называемый ходом поршня. Здесь r-радиус кривошипа.

При дальнейшем движении кривошипа поршень начнёт перемещаться влево и вызовет повышение давления в рабочей камере. Произойдёт закрытие всасывающего клапана 7 и откроется нагнетательный клапан 10. Жидкость начнёт вытесняться из рабочей камеры в нагнетательную трубу.

Эта часть процесса называется процессом нагнетания жидкости. После достижения поршнем крайнего левого положения цикл работы насоса повторяется.

Недостатком поршневого насоса простого действия является то, что подача жидкости в нагнетательную линию будет неравномерной.

Для устранения этого недостатка используют насосы с большим числом рабочих камер, например: двойного, тройного, четверного действия и дифференциальные насосы.

Насос двойного действия имеет две рабочие камеры, соединённые между собой цилиндром. Каждая камера в отдельности работает как насос простого действия. В силу асинхронности действия камер обеспечивается достаточно равномерная подача жидкости.

Насос тройного действия представляет собой агрегат, состоящий из 3-х насосов простого действия, кривошипы которых смещены на угол относительно друг друга.

Насос четверного действия состоит из двух насосов двойного действия, кривошипы которых смещены на угол .

Дифференциальный насос имеет две камеры, соединённых между собой цилиндрами, в которых ходит дифференциальный плунжер (рис.4.5)

Рис.4.5

Дифференциальный насос, имея только два клапана (в чём заключается его преимущество), обеспечивает подачу жидкости при обоих ходах плунжера с

равномерностью, соответствующей насосам двойного действия.

Одной из основных характеристик насоса является его производительность или подача. Если через обозначить площадь цилиндра, S – ход его поршня, тогда теоретическая подача будет равна

, (4.1)

где n – число оборотов кривошипа в минуту.

Производительность насоса двойного действия определяется следующим образом: обозначим – площадь поршня; – площадь штока, тогда за один оборот кривошипа теоретический объём жидкости составит

. (4.2)

Теоретическая производительность

(4.3)

Итак, теоретическая подача:

насоса простого действия ;

насоса двойного действия ;

насоса тройного действия ; (4.4)

насоса четверного действия ; (4.5)

дифференциального насоса . (4.6)

Для определения фактической производительности каждое из уравнений (4.2) – (4.3) умножается на , где – объёмный КПД насоса. Его значения колеблются в следующих пределах:

1) для малых насосов

2) для средних

3) для крупных

Если рассмотреть схему действия кривошипного механизма насоса, то увидим, что подача насоса изменяется по синусоиде, имея максимум при (здесь – угловая скорость вращения кривошипа, – угол поворота кривошипа), т.е. подача осуществляется неравномерно.

Рис.4.6

Для оценки степени неравномерности подачи служит отношение максимальной подачи к её среднему значению .

. (4.7)

Для простого поршневого насоса для поршневого двух- стороннего действия – 1.57, трёхпоршневого – 1.047, двухпоршневого трёх- стороннего действия – 1.11;

При работе поршневых насосов в них возникают большие инерционные силы движения жидкости. Во избежание этих сил насосы снабжают воздушными колпаками, которые устанавливаются на всасывающий и нагнетающий коллекторы. Во время работы насоса объём воздуха должен составлять 2/3 полного объёма колпака.