Поршневые насосы и их классификация

Поршневые насосы отличаются большим разнообразием конструкций и широтой применения.

1. По роду действия – насосы:

а) одностороннего действия;

б) двустороннего действия;

в) строенные;

г) сдвоенные двустороннего действия;

д) дифференциальные.

2. По расположению цилиндров – насосы:

а) горизонтальные;

б) вертикальные.

3. По конструкции рабочего органа – насосы:

а) поршневые, в которых дисковый поршень, снабженный уплотняющими устройствами (манжетами, поршневыми кольцами), перемещается в расточенном цилиндре;

б) плунжерные, у которых вместо поршня применяют плунжер (скалку) в виде полого стакана, который движется в уплотняющем сальнике, не касаясь внутренних стенок; плунжерные насосы проще и надежнее в эксплуатации, так как у них нет сменных уплотняющих деталей (колец, манжет);

в) с проходным поршнем - вертикальные насосы, вода в которых при нагнетании проходит внутри поршня через нагнетательный клапан, расположенный в верхней его части.

4. По способу приведения насоса в действие - насосы:

а) приводные - от двигателя, соединенного с насосом шатунным механизмом и соответствующими передачами;

б) прямо действующие - паровые, у которых поршень насосного цилиндра расположен на общем штоке с поршнем паровой машины (паровая машина составляет с насосом общий агрегат).

5. По назначению – насосы для подачи: раствора, бетона, кислоты, масла и т.п.

К достоинствам поршневых насосов относятся:

· постоянство подачи жидкости независимо от сопротивления напорного трубопровода, что позволяет использовать их как дозаторы;

· возможность подачи незначительных расходов под большим давлением при высоком КПД;

· техническая целесообразность создания малогабаритных насосов, способных поднимать жидкость из скважин малого диаметра;

· возможность пуска насоса в действие без предварительного заполнения его жидкостью.

К недостаткам поршневых насосов можно отнести:

· большие габаритные размеры, массу и площадь, занимаемую насосным агрегатом;

· необходимость устройства тяжелого фундамента;

· наличие легко изнашивающих деталей (клапанов, манжет и т.п.);

· сложность эксплуатации и меньшую надежность в работе;

· неравномерность подачи жидкости.

Действие поршневых насосов состоит из чередующихся процессов всасывания и нагнетания, которые осуществляются в цилиндре насоса при соответствующем направлении движения рабочего органа — поршня или плунжера. Эти процессы происходят в одном и том же объеме, но в различные моменты времени. По способу сообщения рабочему органу поступательно-возвратного движения насосы разделяют на приводные (обычно с коленчатым валом и шатунным механизмом) и прямодействующие. Чтобы периодически соединять рабочий объем то со стороной всасывания, то со стороной нагнетания, в насос предусмотрены всасывающий и нагнетательные клапаны. Во время работы насоса жидкость получает главным образом потенциальную энергию, пропорциональную давлению ее нагнетания.

Неравномерность подачи, связанная с изменением во времени скорости движения поршня или плунжера, уменьшается с увеличением кратности действия насоса и может быть почти полностью устранена применением воздушно-гидравлического компенсатора. Поршневые насосы классифицируют на горизонтальные и вертикальные, одинарного и многократного действия, одно- и многоцилиндровые, а также по быстроходности, роду подаваемой жидкости и др. признакам (рис. 25, 26).

По сравнению с центробежными насосами поршневые имеют более сложную конструкцию, отличаются тихоходностью, а следовательно, и большими габаритами, а также массой на единицу совершаемой работы. Но они обладают сравнительно высоким КПД и независимостью (в принципе) подачи от напора, что позволяет использовать их в качестве дозировочных. Поршневые насосы могут создавать при нагнетании жидкости давления порядка 100 МН/м² (1000 кгс/см²) и более.

Поршневой насос одностороннего действия (рис.25) состоит из корпуса, внутри которого располо­жены рабочая камера с всасываю­щим и напорным клапанами и ци­линдр с поршнем, совершающим возвратно-поступательное движение. К корпусу присоединены всасываю­щий и напорный трубопроводы.

Рисунок 25 - Поршневой насос одностороннего действия

1 - всасывающий трубопровод; 2 - клапаны; 3 - корпус; 4 - напорный трубопровод;

5 - рабочая камера; 6 - пор­шень; 7 - шток; 8 - ползун; 9 - шатун; 10 – кривошип.

Вращательное движение вала при­водного двигателя преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня с помощью кривошипно-шатунного механизма.

При ходе поршня вправо в цилиндр засасывается объем жид­кости

V = FS

где F - площадь поршня; S - ход поршня.

При ходе поршня влево этот же объем вытес­няется в напорный трубопровод. Таким образом, насос односторонне­го действия за один оборот криво­шипа совершает один цикл всасы­вания и один цикл нагнетания (ра­бочий).

Теоретическая подача насоса в этом случае составляет:

Q_T = FSn,

где п — частота вращения кривошипа, мин^-1.

Действительная подача Q меньше теоретической вследствие запазды­вания закрывания напорного и вса­сывающего клапанов, утечек через клапаны, сальниковые и поршневые уплотнения, а также за счет выделения воздуха или газов из перекачиваемой жидкости.

Поэтому действительная подача:

Q_T= FSn,

где - объемный КПД насоса или коэффициент наполнения, зависящий от размеров насоса и составляющий 0,9 - 0,99.

Рисунок 26 - Схема поршневого насоса двойного действия

Воздушные колпаки. Поршень насоса движется возвратно-поступательно. Поэтому его скорость не равномерна, а изменяется от нуля в мертвых положениях до максимума в средних. Всасывание и нагнетание жид­кости, особенно в одноцилиндровых насосах простого действия, происходит также неравномерно. В период, когда поршень ускоряет свое движение, может произойти отрыв жидкости от поршня во всасывающем трубопроводе, а это сопровождается следующими вредными явлениями.

Во-первых, когда поршень замедляет движение или изменяет направле­ние своего движения на обратное, жидкость, продолжая по инерции подни­маться, столкнется с поршнем, в результате чего произойдет гидравлический удар, который создает большую перегрузку механизмов насоса и может при­вести его к поломке.

Во-вторых, при отрыве жидкости от поршня насос может потерять спо­собность всасывания, заполнение его цилиндра прекратится и подача жидко­сти приостановится.

Для выравнивания пульсаций скорости и давления жидкости, а также для получения более плавного и равномерного ее течения во всасывающем и нагнетательном трубопроводах насосы снабжают особыми устройствами, так называемыми воздушными колпаками. Вследствие боль­шой упругости воздуха, находящего­ся в колпаке, во время цикла нагнетания происходит его сжатие и поглощение части объема жид­кости, прерывающего среднюю за ра­бочий цикл подачу. Во время цикла всасывания воздух расширяется, и процесс вытеснения жидкости в на­порный трубопровод продолжается.