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 Н1I, Н1II, Н1III 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.