Поршневі насоси. Експлуатаційні характеристики, конструкція, класифікація, нерівномірність подачі і способи її зменшення.

ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Поршневые насосы относятся к объемным или насосам вытесне­ния. Оба эти названия определяют их принцип действия.

При ходе поршня 2 (рис. 6, а) вверх создается разрежение и жид­кость через всасывающий клапан 4 поступает в цилиндр 1; происходит процесс всасывания. При ходе вниз поршень давит на жидкость, вса­сывающий клапан 4 закрывается и открывается нагнетательный кла­пан 3; происходит процесс нагнетания. Таким образом, цикл работы поршневого насоса осуществляется за двойной ход поршня.

Поршневые насосы можно классифицировать по следующим основ­ным признакам.

По числу рабочих полостей цилиндра: насос одностороннего дей­ствия (рис. 6, а, в), в котором жидкость всасывается и нагнетается в полости с одной стороны поршня; насос двустороннего действия (рис. 6, б), в котором жидкость всасывается и нагнетается в полостях с обеих сторон поршня.

По кратности действия, т. е. по числу объемов цилиндра, подавае­мых за один двойной ход поршня, насосы подразделяются на насо­сы простого, двойного и многократного действия (в последнем слу­чае насос представляет собой блок из нескольких цилиндров, име­ющих общие всасывающий и нагнетательный трубопроводы).

По способу соединения с двигателем различают насосы с кривошипно-шатунным механизмом — приводные (см. рис. 6, а) и прямодействующие (см. рис. 6, в), а по конструкции поршней — с дисковым порш­нем и плунжерные в насосах, создающих давление до нескольких де­сятков мегапаскалей (МПа)].

Рис. 6. Типы поршневых насосов: а – приводной; б, в – прямодействующие.

Подача поршневого насоса, м³/с, с кривошипно-шатунным меха­низмом

Q = Fsnkŋ _{п n},

где F — площадь поршня, м²; s — ход поршня, м;

п — частота вращения вала насоса, с^-1;

k — кратность действия насоса;

ŋ_п — объемный к. п. д., учитывающий утечку жидкости из насоса через кла­паны и другие неплотности.

В насосах двустороннего действия рабочий объем полости цилинд­ра, в которой находится шток, необходимо уменьшить на объем, за­нимаемый штоком.

Особенностью работы поршневых насосов с приводом от кривошипно-шатунного механизма является неравномерность их подачи по ходу поршня, что объясняется неравномерным движением поршня в цилиндре.

Действительно, в общем случае в любой момент времени подача на­соса, м³/с,

Q=cF,

_где с — мгновенная скорость поршня, м/с; F — площадь поршня, к².

В свою очередь, мгновенная скорость поршня

c = rωsinφ,

где r — радиус кривошипа;

ω ― угловая скорость вращения;

φ ― угол поворота кривошипа.

Из формулы видно, что при равномерном вращении коленча­того вала скорость поршня изменяется по синусоиде (в.крайних поло­жениях скорость поршня равна нулю, а в средней части хода — наибольшая). Поэтому подача на­соса также изменяется по сину­соиде.

Отношение наибольшей мгно­венной подачи q_maх к средней по­даче q_ср или отношение наиболь­шей скорости поршня с_тах к сред­ней с_ср называется степенью не­равномерности подачи δ, т. е.

δ = q_max /q_cp =c_max /c_cp

Для насосов простого действия δ = 3,14, а для насосов двойного действия δ = 1,57. Таким образом, наибольшая подача больше средней подачи у насосов простого действия в 3,14 раза, двойного действия

— в 1,57-раза. У прямодействующих насосов скорость поршня в течение хода изменяется незначительно поэтому δ≈1, т. е. насос по­дает жидкость почти без пульсаций давления.

Для уменьшения неравномерности подачи и обеспечения более плавного и равномерного течения жидкости во всасывающем и нагне­тательном трубопроводах насоса применяют воздушные колпаки (рис. 7). Верхняя часть колпаков заполнена воздухом, а нижняя — перекачиваемой жидкостью. При движении поршня насоса с макси­мальной скоростью вниз подача жидкости превышает среднюю подачу и избыток жидкости поступает в колпак 2. Уровень жидкости в кол­паке при этом повышается, и она сжимает воздух. При уменьшении подачи (снижается скорость поршня) или прекращении совсем (всасы­вающий ход) жидкость под давлением воздуха в колпаке продолжа­ет поступать в нагнетательный трубопровод.

Таким образом, под действием колеблющегося в небольших пре­делах давления в колпаке жидкость в нагнетательном трубопроводе движется равномернее. Аналогичным образом обеспечивается более равномерное течение жидкости во всасывающем трубопроводе с по­мощью воздушного колпака 1.

С течением времени количество воздуха во всасывающем колпаке увеличивается (воздух выделяется из жидкости при пониженном дав­лении всасывания), а в нагнетательном уменьшается (при давлении нагнетания воздух растворяется в жидкости). Для добавления возду­ха в нагнетательный колпак и удаления его из всасывающего устанав­ливают специальные клапаны.

КОНСТРУКЦИЯ ПОРШНЕВЫХ НАСОСОВ

Поршневой насос марки ЭНП (рис. 8) используют на морских су­дах для перекачки воды и нефтепродуктов. Насос двухцилиндровый, каждый цилиндр двойного действия приводится электродвигателем через зубчатый редуктор и кривошипно-шатунный механизм.

Насос расположен на составной раме, верхняя 6 и нижняя 1 части ее соединены болтами. Цилиндры 2 со сменными втулками 3 образуют блок. Четыре всасывающих клапана 12 и четыре нагнетательных 11 (по паре для каждой рабочей полости цилиндра) размещены в коробке, являющейся частью блока цилиндров. На чертеже показана пара кла­панов верхней полости цилиндра. У насосов для перекачивания нефте­продуктов применяют чугунные поршни 13 с текстолитовыми уплотнительными кольцами, а для перекачивания воды — латунные порш­ни с эбонитовыми кольцами. Шатун 8 шарнирно соединен с ползуном 9, который движется по параллели 7, и крепится клином 10 со штоком 4. На чертеже видны воздушный колпак 5 всасывающего трубопрово­да и уплотнение штока.

Подача насосов типа ЭНП составляет Q = 30÷50 м³/ч при напоре нагнетания Н = 50 м.

Прямодействующие паровые насосы используют в системах нефте­наливных судов и других. Их подача и размеры различны. Выполня­ются горизонтальными и вертикальными.