Устройство и принцип действия поршневых насосов

Поршневым насосом называется возвратно-поступательный насос, у которого рабочие органы выполнены в виде поршней. По количеству поршней эти насосы разделяются на однопоршневые, двухпоршневые, трехпоршневые и многопоршневые. По числу циклов нагнетания и всасывания за один двойной ход поршня различают насосы одностороннего действия, двустороннего действия и дифференциальные.

Схема однопоршневого насоса одностороннего действия представлена на

рис. 3.1.

При движении поршня вправо в левой полости цилиндра и в рабочей камере создается разрежение. За счет разрежения верхний нагнетательный клапан К_н прижимается к седлу, а нижний всасывающий клапан К_в приподнимается, и в создавшийся зазор по всасывающей трубе засасывается жидкость из источника в рабочую камеру. При движении поршня влево в рабочей камере создается повышенное давление, под действием которого всасывающий клапан К_в закрывается, а нагнетательный клапан К_н приподнимается, и жидкость вытесняется из цилиндра в напорный трубопровод.

При многократном возвратно-поступательном движении поршня вода перемещается по всасывающей трубе через цилиндр насоса в нагнетательную трубу и дальше к месту потребления. При этом подача жидкости в нагнетательную линию оказывается неравномерной, что является существенным недостатком насосов одностороннего действия. Для устранения этого недостатка применяются насосы двустороннего действия.

На рис. 3.2 представлена схема насоса двустороннего действия (с двумя рабочими камерами). Процесс всасывания в одной камере идет одновременно с процессом нагнетания в другой.

Для обеспечения равномерности подачи применяются дифференциальные насосы (поршневые и плунжерные). На рис. 3.3 показана схема дифференциального насоса с диаметрами поршней D₁ и D₂. На всасывающей стороне он работает как насос одностороннего действия, на нагнетательной стороне – как насос двустороннего действия. Его отличительной особенностью является то, что за один оборот вала кривошипа он производит всасывание за один ход поршня, а нагнетание жидкости – в течение обоих ходов поршня, вытесняя ее поочередно из камер А и Б в нагнетательный трубопровод.

По направлению оси движения рабочих органов поршневые (плунжерные) насосы могут быть горизонтальными и вертикальными.

Основные понятия, применяющиеся в теории насосов

На рис. 3.4 показана схема насосной установки, состоящей из насосного агрегата 1, в состав которого входят насос и двигатель (на схеме двигатель не показан), всасывающей трубы 2 и напорного трубопровода 3, отводящего из насоса жидкость к месту назначения.

В нижней части всасывающей трубы имеется сетка 4, предохраняющая всасывающую трубу от попадания посторонних предметов и обратный клапан, необходимый для заливки насоса жидкостью перед пуском (в лопастных насосах) и предупреждающий обратное движение жидкости в случае остановки насоса.

В теории насосов применяется ряд терминов и определений, относящихся к насосам всех типов, в том числе и к поршневым насосам.

Напор насоса

В работающем насосе жидкости сообщается дополнительная энергия, которая расходуется на преодоление сопротивлений в напорном трубопроводе и на подъем жидкости в резервуар. Вертикальное расстояние h_вс от свободной поверхности водоема до центра насоса называется вакуумметрической высотой всасывания. Потери энергии во всасывающем трубопроводе называются потерями при всасывании Вертикальное расстояние h_н от центра насоса до уровня воды в резервуаре называется геодезической высотой нагнетания. Потери энергии в напорной линии называются потерями при нагнетании. Сумма геодезических высот h_вс + h_н, сложенная с суммой потерь энергии в системе, называется напором насосаН:

Н = h_вс + h_н + h_wвс + h_wн. (7.9)

Напор, развиваемый насосом, представляет собой количество энергии, сообщаемое насосом единице массы перекачиваемой жидкости. Напор измеряется в метрах столба перекачиваемой жидкости или в единицах давления.

Напор, развиваемый работающим насосом, можно определить также по формуле (7.9) с использованием показаний вакуумметра и манометра, которыми обычно оборудуются насосные установки (рис. 3.4):

H = h_м +h_в + Δh + (w_н² – w_в²) / (2g), (7.10)

где Н – напор насоса, м;

h_м – показание манометра, выраженное в метрах столба перекачиваемой жидкости;

h_в – показание вакуумметра, выраженное в метрах столба перекачиваемой жидкости;

Δh – вертикальное расстояние между точками присоединения манометра и вакуумметра, м;

w_н, w_в – скорости в нагнетательной и всасывающей линиях (в местах присоединения манометра и вакуумметра), м/с;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Одним из основных технических показателей насоса является также давление насоса р:

р = р_к – р_н + ρ (w_к² – w_н²) / (2g) + ρ g (z_к – z_н), (7.11)

где р_к, р_н – давление на выходе и на входе в насос, Па;

ρ – плотность жидкой среды, кг/м³;

w_к, w_н – скорость жидкой среды на выходе и на входе в насос, м/с;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

z_к, z_н – высота центра тяжести сечения выхода и входа в насос, м.

Напор насоса Н и давление насоса р связаны между собой зависимостью

Н = р / (ρ g), (7.12)

где ρ – плотность жидкой среды, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с².