Порядок работы объемных насосов

Работа объемных насосов выполняется путем всасывания и вытеснения жидких или газовых сред твердыми телами – поршнями, пластинами или зубцами, движущимися в рабочих полостях – цилиндрах или корпусах специальных форм.

В объемных насосах энергия передается рабочей среде в рабочих камерах, периодически изменяющих объем и попеременно сообщающихся с входом и выходом насоса. Для этого класса типичным является поршневой насос.

Среди объемных насосов наиболее распространены поршневые и роторные.

5.1. Работа поршневого насоса.

Рассмотрим устройство и действие простейшей объемной машины – поршневого насоса одностороннего действия.

Цилиндр плотно соединен с клапанной коробкой, в гнездах которой расположены перемещающиеся всасывающий и напорный клапаны. Поршень двигается в цилиндре возвратно-поступательно и производит всасывание среды по трубе на ходу вправо и подачу по трубе на ходу влево. При этом открытие и закрытие всасывающего и напорного клапанов происходят автоматически.

Подача поршневого насоса определяется:

,

где - коэффициент подачи;

F – площадь поршня;

S – длина хода поршня;

n – частота вращения привода.

Рассмотрим устройство и работу двухкамерного поршневого насоса

Он состоит из двух клапанных коробок одинакового объема, соединенных друг с другом цилиндром, в котором размещается плунжер (поршень). Плунжер может совершать поступательное возвратное движение, придаваемое вращающимся колесом привода.

Объем, вытесняемый плунжером за один оборот в камерах 1 и 2:

,

где F – диаметр плунжера;

S – величина хода плунжера. Еще эту величину называют диаметром хода кривошипа привода.

Паразитный объем второй камеры за счет нахождения в ней штока изменяется:

,

где f – диаметр штока;

S – величина хода штока.

Таким образом, полный объем, вытесняемый плунжером за один оборот, составляет:

.

Расчетная подача насоса определяется:

,

где n – частота вращения привода насоса.

В самом деле действительная подача насоса намного меньше, за счет потерь и паразитных объемов, поэтому качественным показателем производительности насосов является коэффициент подачи насоса, определяемый как:

.

Периодичность движения поршня обусловливает неравномерность подачи и всасывания и возникновение инерционных сил. Эти факторы проявляются тем существеннее, чем значительнее изменение скорости на полном ходу поршня. Поэтому привод таких машин высокооборотными двигателями недопустим. Эти обстоятельства вызвали появление объемных насосов вращательного типа, называемых роторными. Широко используемыми представителями этой группы насосов являются шестереночные и пластинчатые.

5.2. Работа пластинчатого роторного насоса.

Рассмотрим схему пластинчатого роторного насоса.

Массивный ротор с радиальными прорезями постоянной ширины помещается эксцентрично в корпусе. Вал ротора через уплотнение выведен из корпуса для соединения с валом двигателя. В прорезях ротора вставлены прямоугольные пластинки, отжимаемые от центра к периферии собственными центробежными силами. При вращении ротора жидкость всасывается через патрубок в полость и вытесняется из полости в напорный патрубок. Насос реверсивен: при изменении направления вращения его вала насос будет всасывать через патрубок и подавать через патрубок. Частота вращения такого насоса значительна, его вал может соединяться с валом двигателя непосредственно.

5.3. Работа шестеренчатого роторного насоса.

Главными рабочими деталями шестеренного насоса являются две одинаковые шестерни, находящиеся в зацеплении, помещенные в плотно охватывающий их корпус. Ведущая шестерня получает вращение от двигателя.

Производительность шестеренчатого насоса определяется:

,

где - коэффициент подачи;

f – площадь сечения зуба, ограниченная внешней окружностью соседней шестерни;

b – ширина зуба;

z – число зубьев в шестерне;

n – число оборотов в минуту.

Обращаю внимание, что производительность исчисляется в куб. м. в час, а частота вращения – об. в мин., поэтому в знаменателе число 60.

5.4. Подача и напор объемных и динамических машин.

Подача и напор машин для перемещения жидкости или газа определяются в основном конструкцией машин и ско­ростью движения ее рабочих органов, но зависят также и от гидравлических свойств си­стем, в которые машины вклю­чены.

Поршневые и роторные ма­шины конструктивно приспо­соблены для создания высоких напоров; подача их, определяе­мая размерами их рабочих ор­ганов, может быть очень ма­лой. Это машины малых по­дач и высоких напоров. Лопастные центробежные машины, как будет показан ниже, перекрывают область значительных подач при широ­ком диапазоне развиваемых напоров. Машинами, развивающими малые напоры и наиболь­шие подачи, являются осевые.