(вытеснителя) в возвратно-поступательных насосах

Тема 5. Поршневой насос гидравлический.
В поршневых 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 возвратнопоступательных насосах используются поршень, плунжер или гибкая
диафрагма. Поэтому такие насосы подразделяются на поршневые,
плунжерные и диафрагменные. Возвратно-поступательные насосы также
подразделяются по способу привода на прямодействующие и вальные.
Привод прямодействующего насоса осуществляется за счет возвратнопоступательного воздействия непосредственно на вытеснитель. Примером
такого насоса является простейший насос с ручным приводом. Вальный
насос приводится за счет вращения ведущего вала, которое преобразуется в
возвратно-поступательное движение при помощи кулачкового или
кривошипно-шатунного
механизма.
Рассмотрим устройство и
принцип работы поршневого
насоса с вальным приводом
на рис. 1, а
приведена конструктивная схема
поршневого насоса с
кривошипно-шатунным
механизмом. Приводной вал 7 через кривошип 6 радиусом ( r ) и шатун 5
приводит в движение поршень 3 площадью ( Sп ) который движется
возвратно-поступательно в корпусе (цилиндре) 4. Насос имеет два
подпружиненных клапана: впускной 1 и выпускной 2. Рабочей камерой
данного насоса является пространство слева от поршня, ограниченное
корпусом 4 и крайними положениями поршня 3 оно на рисунке затемнено.
При движении поршня 3 вправо жидкость через впускной клапан 1 заполняет
рабочую камеру, т. е. обеспечивается всасывание. При движении поршня 3
влево жидкость нагнетается в напорный трубопровод через клапан 2.
Рассматриваемый насос имеет одну рабочую камеру ( z = 1 ), и за один
оборот вала поршень совершает один рабочий ход, т.е. это насос
однократного действия (к = 1). Рабочий ход ( L ) поршня 3 равен двум
радиусам кривошипа 6. Тогда в соответствии с (рис. 1) рабочий объем
насоса равен объему рабочей камеры.
Насосы с поршнем в качестве вытеснителя могут создавать
значительные давления (до 30...40 МПа). Однако выпускаются также
насосы, рассчитанные на значительно меньшие давления (до 1... 5 МПа).
Скоростные параметры этих насосов (число рабочих циклов в единицу
времени) во многом определяются конструкцией клапанов, так как они
являются наиболее инерционными элементами. Насосы с подпружиненными
клапанами допускают до 100...300 рабочих циклов в минуту. Насосы с
клапанами специальной конструкции позволяют получить до 300...500 циклов
в минуту.
В поршневых насосах существуют все три вида потерь: объемные,
гидравлические и механические потери. Объемные КПД ( η0 ) большинства
поршневых насосов составляют 0,85...0,98. Гидравлические КПД ( ηг ),
определяемые потерями напора в клапанах, находятся в пределах 0,8...0,9, а
механические КПД ( ηм ) – 0,94...0,96.
Диафрагменные насосы в отличие от насосов, рассмотренных выше,
достаточно просты в изготовлении и поэтому являются дешевыми. Рабочий
процесс диафрагменного насоса не отличается от рабочего процесса
поршневого насоса.
Диафрагменные насосы не могут создавать высокое давление, так как
оно ограничивается прочностью диафрагмы. Его максимальные значения в
большинстве случаев не превышают 0,1... 0,3 МПа. Диафрагменные насосы
нашли применение в топливных системах карбюраторных двигателей.
Очень существенным недостатком возвратно-поступательных
насосов с вытеснителем любой конструкции является крайняя
неравномерность их подачи Q во времени t. Это вызвано чередованием
тактов всасывания и нагнетания. Для ее снижения используют два способа.
Первым из этих способов является применение многокамерных
насосов. В этом случае нагнетание осуществляется несколькими
вытеснителями по очереди или одновременно. При увеличении числа рабочих
камер с целью уменьшения неравномерности подачи предпочтение следует
отдавать насосам с нечетным числом камер.
Вторым способом снижения неравномерности подачи жидкости
является установка в гидролинию на выходе насосов гидравлических
аккумуляторов, который представляет собой замкнутую емкость,
разделенную гибкой диафрагмой на две полости. При ходе нагнетания часть
подаваемой насосом жидкости заполняет нижнюю полость
гидроаккумулятора, а газ (воздух) в верхней полости сжимается. При ходе
всасывания давление в трубопроводе снижается и жидкость из
гидроаккумулятора вытесняется сжатым газом.