Дифференциальные насосы

В насосах этого типа всасывание жидкости происходит за один ход, а нагнетание - за два хода плунжера или поршня.

Дифференциальные насосы также изготовляют горизонтальные и вертикальные.

В насосе горизонтального типа (рис. 5) при движении плунжера вправо жидкость всасывается в левую часть цилиндра и выталкивается из правой. При обратном ходе плунжера (влево) всасывающий клапан 1 закрывается и жидкость через открывшийся нагнетательный клапан 2 выталкивается из левой части цилиндра в правую.

1 – всасывающий клапан; 2 – нагнетательный клапан

Рисунок 5 – Схема дифференциального насоса

Так как объем правой части цилиндра меньше, чем левой на величину объема, занимаемого штоком плунжера, то часть жидкости выталкивается в нагнетательный трубопровод. Можно так подобрать сечения плунжера и штока, что подача жидкости при прямом и обратном ходах плунжера будет, как и в насосах двойного действия, одинаковой. От последних дифференциальный насос выгодно отличается меньшим числом клапанов.

Производительность

Производительность насоса определяется объ­емом жидкости, подаваемой им в напорный трубопровод, и выражается обычно в м³/час.

Обозначим:

- площадь поршня в м² (D - диаметр поршня в м);

- площадь штока поршня в м² (d - диаметр штока поршня в м):

S - ход поршня в м;

n - число оборотов вала или число двойных ходов поршня в минуту.

Тогда объем жидкости, нагнетаемой насосом простого действия за один оборот вала, будет fS, м². Следовательно, теоретическая производительность насоса простого действия:

(1.1)

При работе любого насоса всегда происходит утечка жидкости, т.е. часть жидкости, которой сообщается энергия, не попадает в напорный трубопровод. Вследствие этого действительная подача или производительность насоса Q_e меньше теоретической Q. Отношение фактически подаваемого насосом объема жидкости к теоретическому называют объемным к. п. д. или коэффициентом наполнения и обозначается h₀.

Таким образом, действительная производительность насоса простого действия:

(1.2)

или

(1.3)

В насосе двойного действия (см. рис. 4) при ходе плунжера вправо всасывается количество жидкости, равное fS, м³, а правой части цилиндра выталкивается (f - f_ш)S, м³. При обратном ходе плунжер нагнетает fS, м³ из левой части цилиндра и одновременно всасывает в правую (f - f_ш)S, м³. Следовательно, за один оборот насоса в нагнетательный трубопровод будет подано жидкости:

(1.4)

Если насос делает n об/мин, то теоретическая его производительность равна:

(1.5)

Действительная производительность насоса:

(1.6)

В дифференциальном насосе при ходе плунжера (см. рис. 5) в левую часть цилиндра засасывается fS, м³ жидкости, а из правой одновременно выталкивается (f - f_ш)S, м³. При обратном ходе плунжера из левой части цилиндра через нагнетательный клапан выталкивается fS, м³ жидкости, но вместе с этим в правой части освобождается пространство, равное (f - f_ш)S, м³, заполняемое выталкиваемой из левой части цилиндра жидкостью, вследствие чего нагнетательный трубопровод выталкивается жидкости только:

(1.7)

Таким образом, за время одного полного (прямого и обратного) хода плунжера будет подано жидкости:

(1.8)

Если принять, что площадь штока плунжера равна половине площади плунжера, т.е. f_ш=f/2, то количество жидкости, подаваемой дифференциальным насосом, будет одинаковым при ходе плунжера вправо и влево, т.е. подача и расход энергии будут одинаковыми при обоих ходах плунжера.

Величина объемного к. п. д. h₀ зависит от следующих причин. В насосах всегда происходит запаздывание открытия и закрытия клапанов, вследствие чего возникает утечка жидкости через незакрытые клапаны. Утечка жидкости происходит также через неплотности в сальниках и соединительных частях насоса.

Наиболее существенной причиной уменьшения подачи жидкости насосом является наличие воздуха во всасываемой жидкости. Это происходит вследствие выделения из жидкости при давлении ниже атмосферного растворенного в ней воздуха, а также вследствие проникновения воздуха через неплотности во всасывающем трубопроводе.

При правильном устройстве насоса воздух не скапливается в верхней части цилиндра, а уходит вместе с жидкостью через клапаны в напорный трубопровод. При неправильной конструкции насоса в нем могут образоваться воздушные «мешки». Вследствие расширения находящегося в «мешках» воздуха и сжатия его при нагнетании уменьшается подача жидкости насосом.

Влияние воздушных «мешков» тем значительнее, чем больше разрежение и последующее сжатие, т. е. чем больше высота всасывания и нагнетания.

В больших насосах хорошей конструкции объемный к. п. д. обычно доходит до h₀=0,97-0,99; для насосов средней производительности (Q=20-300 м³/час) h₀ лежит в пределах 0,9-0,95, а для насосов малой производительности (Q < 20 м³/час) h₀=0,85-0,9.

При перекачке густых и вязких жидкостей приведенные значения h₀ уменьшаются на 5-10%. Для изношенных насосов h₀ = 0,4 и менее.