Поршневые насосы

5.1 Принцип действия поршневых насосов

Рисунок 18 – Схема действия поршневого насоса

Простейший поршневой насос (рисунок 18) состоит из цилиндра, к которому подводятся две трубы: всасывающая 7, которая соединяет камеру 4 цилиндра с водоемом, и нагнета­тельная 3. При движении поршня вправо в камере 4 вследствие увеличения ее объема создается разряжение. Поэтому вода, под действием атмосферного давления поднимается по трубе, открывает всасывающий клапан и заполняет левую часть цилиндра. При этом нагнетательный клапан 2 остается закрытым. Цилиндр заполняется водой до тех пор, пока поршень не займет крайнего правого положения. При обратном ходе поршня (влево) в цилиндре создаётся давление и выталкивающий клапан 2 открывается, и вода выталкивается в нагнетательную трубу 3.

При многократном возвратно-поступательном движении поршня вода будет перемещаться по всасывающей трубе через цилиндр насоса в нагнетательную трубу и дальше к месту потребления. Отличительным признаком поршневых насосов является принудительное выталкивание жидкости поршнем в сторону нагнетания.

Поршень насоса приводится в движение от парового, электрического двигателя и двигателя внутреннего сгорания.

5.2 Классификация поршневых насосов

В зависимости от конструкции, назначения и условий работы, поршневые насосы могут быть классифицированы следующим образом.

I. По числу подач за один двойной ход поршня насоса (прямой и обратный ход):

а) насосы простого (одинарного) действия; при одном двойном ходе поршня насос один раз всасывает и один раз нагнетает (рисунок 18);

Рисунок 19 - Схема насоса двойного действия

б) насосы двойного действия; при ходе поршня влево с левой стороны поршня происходит нагнетание, а с правой всасывание; при ходе поршня вправо - наоборот; таким образом, эти насосы за один двойной ход поршня всасывают и нагнетают два раза (рисунок 19);   в) насосы тройного действия, или строенные насосы, которые представляют собой соединенные вместе три насоса простого действия, подающие жидкость в одну нагнетатель­ную трубу (рисунок 20);

 

а) б)

Рисунок 20 - Схема плунжерного вертикального насоса тройного действия:

а - вид спереди, б - вид сбоку

 

г) насосы четвертного действия, которые состоят из двух насосов двойного действия, имеющих общую всасывающую и общую нагнетательную трубы;

д) дифференциальные насосы (рисунок 21 а), которые работают на всасывающей стороне как насосы простого действия, а на нагнетательной стороне как насосы двойного действия.

II. По расположению цилиндров:

а) вертикальные насосы, у которых ось цилиндра расположена в вертикальном положении (рисунок 21 б);

б) горизонтальные насосы, у которых ось цилиндра расположена в горизонтальном положении (рисунок 21).

III. По конструкции поршня:

а) собственно поршневые насосы (рисунок 18), у которых поршень сделан в виде диска с уплотняющими кольцами или манжетами; дисковый поршень перемещается в расточенном цилиндре;

б) плунжерные (скальчатые) насосы (рисунок 21 а), у которых поршень выполнен в виде продолговатого пустотелого цилиндра;

Рисунок 21 - Схема насоса: а) дифференциального, б) насоса с проходным поршнем

5.3 Характеристика поршневого насоса

Характеристикой насоса называется зависимость между производительностью и напором при данном числе оборотов. Эта зависимость изображается графически.

Формулы производительности поршневых насосов показывают, что она мало зависит от развиваемого напора, а определяется при данных размерах насоса числом оборотов приводного вала. Следовательно, характеристика поршневого насоса изображается прямой, параллельной оси напоров. Как видно из рисунка 5.5, числу оборотов n₁ соответствует производительность Q₁, величина же напора при Q₁ может быть Н₁^I, Н₁^II, Н₁^III и т. д. в зависимости от противодавления в сети и мощности двигателя. Числу оборотов n₂ соответствует производительность Q₂, числу оборотов n₃ соответствует производительность Q₃ и т. д. Изменять производитель­ность поршневого насоса можно только регулированием числа оборотов двигателя насоса.

5.4 Достоинства и недостатки поршневых насосов

Поршневые насосы имеют ряд преимуществ и недостатков, которые следует учитывать при выборе насосов.

Достоинство поршневых насосов заключается в том, что они позволяют в случае необходимости подавать небольшие количества жидкости под большим давлением.

Величина напора в таких насосах не зависит от произво­дительности; при одной и той же производительности можно в принципе преодолеть любой напор, если поставить двига­тель соответствующей мощности. Однако высокие напоры требуют увеличения прочности деталей машины.

Поршневые насосы допускают пуск в ход без предвари­тельной заливки, что, однако, связано с нагреванием и изно­сом цилиндра насоса, излишним расходом мощности и с по­явлением в цилиндре насоса температурных напряжений.

Кроме того, плунжерные и дисковые насосы имеют целый ряд особенностей. Так, например, в плунжерных насосах уплотняющие сальники расположены снаружи, что позволяет следить за уплотнением плунжера и устранять течь при ее появлении подтягиванием сальников. В них достигается луч­шее уплотнение, чем в насосах с дисковым поршнем, уплот­няемым манжетами или пружинящими металлическими кольцами.

Плунжерные насосы ввиду лучшего уплотнения применя­ются преимущественно при большой высоте подъема жидко­сти, т. е. при большом напоре.

Недостатком плунжерных насосов являются большие габаритные размеры по сравнению с дисковыми (при равных величинах подачи воды). Достоинство дисковых насосов заключается в их относительно малых габарите и весе.

Недостаток дисковых насосов состоит в том, что сравнительно сложно обеспечить уплотнение поршня и штока, причем для замены уплотняющих колец или кожаных манжет необходимо разбирать насос.

Цилиндр дискового насоса по мере износа его внутренней поверхности необходимо растачивать, что является дорогостоящей операцией.

В дисковых поршневых насосах возможно просачивание жидкости с одной стороны поршня (нагнетающей) в другую (всасывающую). Поэтому они применяются при сравнительно малом потребном напоре.

Сравнивая насосы простого и двойного действия, следует отметить, что последние обеспечивают большую производительность при тех же габаритах по сравнению с насосами простого действия, однако имеют в два раза больше клапанов, что усложняет конструкцию насосов и эксплуатацию.

Все поршневые насосы имеют целый ряд существенных недостатков.

1. Большие размеры и вес, а также высокая стоимость.

2. В результате возвратно-поступательного движения поршня со штоком расшатывается крепление к фундаменту.

3. Большая площадь, занимаемая насосом и приводом.

4. Детали поршневых насосов (клапаны и др.) быстро изнашиваются.

5. Передача от двигателя усложняет конструкцию оборудования и его обслуживание.

6. Жидкость подается в нагнетательную трубу неравномерно.