Поршневые насосы

Поршневые насосы относятся к насосам объемного действия. В них создаются замкнутые объемы жидкости, на которые оказы­вает силовое воздействие рабочий орган — вытеснитель той или иной конструкции. В поршневых насосах таковым может быть пор­шень (тогда это собственно поршневой насос) или плунжер (плун­жерный насос).

При силовом воздействии поршня или плунжера на жидкость в ней создается давление. Поэтому в поршневых насосах, как и во

всех других насосах объемного действия, нет необходимости в преобразовании вида энергии. Несомненные достоинства объем­ных насосов состоят также в том, что их напор почти не зависит от подачи; насос может создать практически любой напор (давле­ние), если обеспечена соответствующая механическая прочность его деталей и к нему подведена определенная мощность.

При упомянутых достоинствах поршневые насосы имеют не­достатки, среди которых можно отметить большую массу и значи­тельные габариты. Это связано с его тихоходностью — малой ско­ростью вращения приводного вала, для движения которого необ­ходима громоздкая механическая передача. Кроме того, насосы имеют сложную конструкцию и требуют систематического обслу­живания, что связано, в частности, с наличием «капризных» де­талей — клапанов.

Существенным недостатком является также неравномерность подачи жидкости, что приводит к дополнительным затратам энер­гии: при переменной скорости движения жидкости в трубопрово­де возникают так называемые инерционные потери.

Поршневые насосы могут быть простого (одностороннего) и двойного (двустороннего) действия. Во втором случае обе сторо­ны поршня рабочие. По числу поршней (плунжеров) различают насосы одно-, двух-, трех- и многопоршневые.

Поршневой насос простого действия. На рис. 7.9 показана схема поршневого насоса одностороннего действия с приводом от кривошипно-шатунного механизма (возможен также привод от ку-

положениями. Такое движение обеспечивает кривошипно-шатунный механизм: при вращении вала 5 насоса и закрепленного на нем кривошипа 4 шатун 3 приводит в движение поршень. К цилиндру примыкает клапанная коробка 7со всасывающим 6 и напорным 8 клапанами.

При движении поршня слева направо (по рисунку) в цилинд­ре и клапанной коробке понижается давление. За счет разности давлений на поверхности жидкости в исходном сосуде и внутри насоса открывается всасывающий клапан, и жидкость по всасы­вающей трубе поступает в камеру насоса, безотрывно следуя за поршнем. Происходит процесс всасывания, который завершается по достижении поршнем крайнего правого положения. Цилиндр заполнен жидкостью.

При обратном движении поршня вследствие его воздействия на жидкость в цилиндре и клапанной коробке повышается давле­ние. Под действием давления всасывающий клапан закрывается а напорный клапан, наоборот, открывается, и жидкость вытесняет­ся из камеры насоса в напорный трубопровод (на данной схеме — через воздушный колпак 9 ). По достижении поршнем крайнего левого положения процесс вытеснения прекращается. Далее вновь следует процесс всасывания и т.д.

Неравномерность подачи жидкости, отмеченная выше как не­достаток поршневых насосов, возникает из-за переменной скоро­сти движения поршня. В случае приведения насоса в действие с помощью кривошипно-шатунного механизма скорость изменяет­ся по синусоиде. Она снижается до нулевого значения при край­них положениях поршня и имеет максимум в середине хода. В на­сосе простого действия подача жидкости из цилиндра в напорный патрубок происходит лишь за половину оборота кривошипа. В те­чение второй половины оборота жидкость только всасывается в цилиндр. Указанный недостаток можно устранить двумя способами;

Один из них «г установка воздушного колпака (см. рис. 7.9) на выходном (напорном) патрубке насоса. Воздушный колпак пред­ставляет собой герметичный сосуд, в верхней части которого со­держится газ (обычно воздух). Газ в отличие от жидкости может сжиматься. При подаче жидкости в большем количестве по срав­нению со средним значением лишь часть ее поступает в напорный трубопровод. Другая часть накапливается в воздушном колпаке. Газ при этом сжимается, и его давление возрастает. При уменьшен­ной подаче, в том числе при ее полном прекращении, жидкость, накопленная в воздушном колпаке, выдавливается в напорный трубопровод сжатым газом. Таким образом, движение в напорном трубопроводе не прекращается. При необходимости воздушный колпак может быть установлен и на всасывающей линии.

Поршневые насосы двойного действия. На рис. 7.10 приведена схема поршневого насоса двой­ ного действия. В этой конструкции насоса обе стороны поршня рабочие. В насосе предусмотрены две рабочие камеры: поршневая Аи штоковая Б, каждая со своей клапанной коробкой. При дви­жении поршня слева направо в камере А происходит процесс вса­сывания (как в насосе однократного действия). В это же время жидкость, накопленная ранее в камере Б, вытесняется в напор­ный трубопровод.

При обратном ходе поршня (справа налево) роль рабочих ка­мер меняется: в камере Б происходит всасывание, а из камеры А жидкость вытесняется в напорный трубопровод. Таким образом, в отличие от насоса простого действия подача жидкости в напор­ный трубопровод происходит в течение каждой половины оборо­та кривошипа. Однако и для этого насоса характерна полная оста­новка движения жидкости при смене направления движения пор­шня — в его крайних положениях.

Трехпоршневые насосы. Наиболее равномерную подачу обеспе­чивают трехпоршневые насосы. Они содержат три элемента «ци­линдр-поршень» одностороннего действия, каждый со своей клапанной коробкой. Подача жидкости из всех элементов проис­ходит в единый напорный трубопровод. Кривошипы элементов трехпоршневого насоса приводятся в движение от одного вала, со смещением кривошипов относительно друг друга на треть ок­ружности. В этих насосах в отдельные периоды вращения вала жидкость подается в трубопровод одновременно из двух цилинд­ров. В целом ее подача в напорный трубопровод не прекращается; колебания подачи незначительны настолько, что не требуется ус­тановки воздушного колпака.

Поршневые насосы выпускают для перемещения различных жидкостей, в том числе химически агрессивных. Возможности при­менения того или иного насоса можно предварительно оценить, исходя из его марки. Трехпоршневой насос марки Т-1/20 (с до­статочно равномерной подачей) имеет следующие параметры: по­дача 1, 0 м³/ч и развиваемое давление 20 МПа. Дополнительно в

справочнике указан род перекачиваемой жидкости — вода с тем­пературой до 35 °С.

Насосы типа ХТР — это химические (X) трехпоршневые (Т) регулируемые (Р) насосы, предназначенные для перемещения аг­рессивных жидкостей. В зависимости от типоразмера их максималь­ная подача изменяется в диапазоне 0, 8...30 м³/ч, а развиваемое давление — в пределах 2...33 МПа. В регулируемых насосах этого типа можно изменять рабочий объем, а следовательно, и подачу насоса, не меняя частоту вращения вала. Рабочий объем регулиру­ют посредством изменения хода поршня, точнее, радиуса криво­шипа.