Возвратно-поступательные (поршневые) насосы

 

В возвратно-поступательных насосах силовое взаимодействие рабочего органа с жидкостью происходит в неподвижных рабочих камерах, которые попеременно сообщаются с полостями всасывания и нагнетания за счет впускного и выпускного клапанов.

В качестве рабочего органа (вытеснителя) в возвратно-поступательных насосах используется поршень, плунжер или гибкая диафрагма (мембрана). В связи с этим они подразделяются на поршневые, плунжерные и диафрагменные.

Всю группу возвратно-поступательных насосов иногда называют поршневыми насосами.

Возвратно-поступательные насосы также делятся по способу привода вытеснителя на прямодействующие и вальные. Привод прямодействующего насоса осуществляется за счет возвратно-поступательного воздействия непосредственно на вытеснитель. Примером такого насоса может служить простейший садовый насос. Привод вального насоса осуществляется за счет вращения ведущего вала с преобразованием вращательного движения в возвратно-поступательное движение при помощи кулачкового или кривошипно-шатунного механизма.

Рассмотрим устройство и принцип работы такого насоса с вальным приводом. На рис. 3.1 приведена конструктивная схема поршневого насоса с кривошипно-шатунным механизмом. Приводной вал через кривошип 6 радиусом r и шатун 5 приводит в движение поршень 2 площадью S _п, который движется возвратно-поступательно в корпусе (цилиндре). Насос также имеет два подпружиненных клапана: впускной и выпускной. Рабочей камерой 1 насоса является пространство слева от поршня, ограниченное корпусом, поршнем 2, а также клапанами. При движении поршня 2 вправо жидкость через впускной клапан заполняет рабочую камеру, т.е. обеспечивается всасывание. При движении поршня 2 влево жидкость нагнетается в напорный трубопровод через клапан.

Насосы с поршнем в качестве вытеснителя являются наиболее распространенными из возвратно-поступательных насосов. Они могут создавать значительные давления (до 30…40 МПа). Однако выпускаются также насосы, рассчитанные на значительно меньшие давления (до 1…5 МПа).

Насосы с подпружиненными клапанами допускают до 100…300 рабочих циклов в минуту. Насосы с клапанами специальной конструкции позволяют увеличивать этот параметр до 300…500 циклов в минуту.

Объемный КПД η_о большинства поршневых насосов составляет 0,85…0,98. Причем, большие значения КПД соответствуют насосам большого размера, а маленькие значения – малым. Гидравлический КПД η_г учитывает гидравлические потери в клапанах, и его значения лежат для этих насосов в пределах 0,8…0,9. Механический КПД η_м – 0,94…0,96.

Полный КПД η для большинства поршневых насосов составляет 0,85…0,92.

 

Рисунок 3.1 - Схема поршневого насоса

 

Значительно реже применяются насосы с плунжером в качестве вытеснителя. У этих насосов существенно больше поверхность контакта между корпусом и вытеснителем, что позволяет значительно лучше уплотнить рабочую камеру. Плунжерные насосы обычно изготавливаются с высокой точностью. Поэтому они являются весьма дорогими, но позволяют получать очень высокие давления до 150…200 МПа.

Диафрагменные насосы, в отличие от рассмотренных ранее насосов, достаточно просты в изготовлении и дешевы, но не могут создавать высокие давления, так как это ограничивается прочностью диафрагмы. Максимальные давления, создаваемые этими насосами, в большинстве случаев не превышают 0,1…0,3 МПа.

Существенным недостатком возвратно-поступательных насосов с вытеснителем любой конструкции является крайняя неравномерность подачи Q по времени t. Это вызвано чередованием тактов всасывания и нагнетания за время рабочего цикла. Так, при движении влево поршень нагнетает жидкость в напорный трубопровод. При движении в обратном направлении (вправо) происходит всасывание жидкости. График подачи наглядно демонстрирует эту неравномерность подачи. Её снижение достигают двумя способами.

Первым из этих способов является применение многокамерных насосов. В этом случае нагнетание осуществляется несколькими вытеснителями по очереди или одновременно.

Известны поршневые насосы двухстороннего действия, дифференциальные насосы, а также насосы с несколькими рабочими камерами, смонтированными в одном корпусе.

Снизить неравномерность подачи можно, используя гидравлические аккумуляторы, которые устанавливаются на выходе насосов.