II. Схема устройства, принцип действия поршневого насоса.

2.1. Схема устройства и принцип действия.

Поршневой насос – это возвратно-поступательный насос, у которого рабочие органы выполнены в виде поршней. Поршневые насосы предназначены для работы в тех системах, в которых требуется создавать большие напоры при небольших подачах.   

 

                                                                                            

 

 

 Рис. 4. Простейший поршневой насос.

 

Простейший поршневой насос имеет цилиндр в котором помещается поршень со штоком для соединения с  цилиндром. Цилиндр сообщается с клапанной коробкой в которой находятся всасывающий и нагнетательный клапана. К клапанной коробке присоединяются приемный и напорный трубопроводы.

Пространство в цилиндре между поршнем и клапанами является рабочей камерой объем которой зависит от положения поршня. 

Процесс всасывания происходит при перемещении поршня от крайнего левого положения к правому положению. Увеличение объема рабочей камеры сопровождается падением давления в цилиндре ниже давления в приемном трубопроводе. При этом открывается всасывающий клапан и жидкость поступает в рабочую камеру.

Процесс нагнетания происходит при обратном перемещении поршня. Уменьшение объема  рабочей камеры сопровождается передачей энергии от поршня к жидкости и повышением давления в цилиндре насоса. При этом всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный открывается, и жидкость вытесняется поршнем в напорный трубопровод.

Процессы всасывания и нагнетания за один двойной ход поршня составляют рабочий цикл поршневого насоса. 

Плунжерный насос аналогичен поршневому и отличается тем, что в нем вместо поршня применяется утолщенный шток. Это вызвано тем, что поршень не держит высокое давления в цилиндре из-за не плотности поршневых уплотнительных колец. Применение утолщенного плунжера позволяет иметь давление в напорном трубопроводе до 200 кгс/см²

 

 

                                           Рис.5. Простейший плунжерный насос.

 

Состав поршневого насоса АЭС: (рис.6)

1. приводной двигатель;
2. механическая часть – предназначена для преобразования вращательного движения быстроходного электродвигателя в приемлемое возвратно-поступательное движение поршня.
3. гидравлическая часть;

 

Состав механической части:                       Состав гидравлической части:

        1.редуктор:                                                1. цилиндр;

· червяк;                                      2. поршень (плунжер);

· червячное колесо;                   3. клапан всасывающий;

2. коленчатый вал;                                  4. клапан нагнетательный;

3. шатун;                                                    5. клапан предохранительный.

4. ползун;

5. шток.                

1

2

3

 

 

рис.6 Поршневой насос

Классификация

По расположению цилиндров в пространстве насосы делятся на вертикальные и горизонтальные.

Насосы могут быть однопоршневые, двухпоршневые, трехпоршневые и многопоршневые с числом поршней больше трех.

По числу рабочих камер в цилиндре различают насосы одностороннего и двухстороннего  действия. Насос двустороннего действия имеет две рабочие камеры, расположенные по обеим сторонам поршня.

По кратности действия различают однократного, двухкратного и многократного действия. Кратность действия i определяется числом рабочих камер насоса.

 

2.2. Основы теории поршневого насоса.

Подача насоса – количество жидкости, подаваемой насосом в единицу времени через напорный патрубок.

Мгновенная подача – Q_t = F r ω sinφ

F – площадь поршня (м²);

С – скорость жидкости в цилиндре, (м/с).

    ω = - угловая скорость 

Подача поршневого насоса неравномерна, Закономерность изменения подачи имеет синусоидальный характер (Q_t = 0 при φ = 0 и φ = 180^о; Q_{t max} = F r ω при φ = 90^о ).

   Q

 

 

                                                                          Q φ φ                                φ        φ

 

 

 

           Рис. 7                                             

 

При повороте кривошипа на угол от 180^о до 360^о осуществляется процес всасывания.

Площадь под синусоидой ОАВ графика подачи представляет объем жидкости, подаваемой насосом в процессе нагнетания при повороте кривошипа на угол от 0 до π.

Объем V_t определяет количество жидкости, подаваемой насосом однократного действия за один двойной ход поршня (за один оборот вала кривошипа). Площадь OABO можно представить равновеликой площадью прямоугольника ОДЕМО, высота которого будет определять среднюю теоретическую подачу насоса:

 

Q_{t ср} =

 

Учитывая, что n = , получим

 

Q_{t ср} =

 

Средняя подача не зависит от угла φ и является постоянной величиной при n = const.

Отношение максимальной мгновенной подачи Q_{t max} к средней подаче Q_{t ср} называется степенью неравномерности  насоса ε:

 

ε =

Для насоса однократного действия степень неравномерности подачи

 

ε_{1 =  =} π.

Степень неравномерности подачи уменьшается с увеличением кратности действия насоса.

В насосе двухкратного действия за один оборот кривошипа осуществляется два процесса – всасывания и нагнетания. Графиком подачи насоса двухкратного действия являются синусоиды ОАВ и ВКМ. Максимальная мгновенная подача Q_{t max =} Frω обеспечивается  при

 φ = 90^о и φ = 270^о.

 

 

                          

Q_ср =               

 

Степень неравномерности подачи уменьшается в два раза:

 

 

Применяемые поршневые насосы трех- и четырехкратного действия имеют степень неравномерности подачи   и

Неравномерность подачи отрицательно влияет на работу поршневого насоса, При неравномерной подаче неустановившееся движение  жидкости приводит к возникновению инерционных сил, которые создают дополнительную нагрузку на кривошипно-шатунный механизм и оказывает влияние на изменение давления под поршнем в период всасывания и нагнетания.