Объёмные нагнетатели. 
Гидравлические и аэродинамические машины

ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ

На рис. 13.1 показана схема простейшего поршневого насоса (см. лекц. 1) одностороннего всасывания с приводом через кривошипно-шатунный механизм. Передача энергии потоку жидкости происходит за счёт периодического увеличения и уменьшения объёма полости цилиндра со стороны клапанной коробки. При этом указанная полость сообщается то со стороной всасывания (при увеличении объёма), то со стороной нагнетания (сокращение объёма), путём открытия одного из клапанов; другой клапан при этом закрывается.

Рис. 13.1 Схема поршневого насоса Рис. 13.2 Индикаторная диаграмма одностороннего действия поршневого насоса

Изменение давления в указанной полости описывается так называемой индикаторной диаграммой. При движении поршня из крайнего левого положения вправо, в цилиндре создаётся разрежение Р_р, жидкость увлекается за поршнем. При движении поршня справа налево давление возростает до величины Р_наг, и жидкость выталкивается в нагнетательный трубопровод.

Площадь индикаторной диаграммы (рис. 13.2), измеренная в Нм/м², представляет собой работу поршня за два хода, отнесённую к 1 м² его поверхности.

В начале всасывания и в начале негнетания имеют место колебания давления, обусловленные влиянием инерции клапанов и «прилипанием» их к соприкасающимся поверхностям (сёдлам).

Подача поршневого насоса определяется размерами цилиндра и числом ходов поршня. Для насосов одностороннего действия (рис. 13.1):

.

где: n — число двойных ходов поршня в минуту; D — диаметр поршня, м; S — ход поршня, м; _о — объёмный к.п.д.

Объёмный к.п.д. учитывает, что часть жидкости теряется через неплотности, а часть теряется через клапаны, которые закрываются не мгновенно. Он определяется при испытаниях насоса и составляет обычно _о = 0.7−0.97.

Положим, что длина кривошипа R много меньше длины шатуна, т. е. R/L0.

Двигаясь из левого крайнего положения в правое, поршень проходит путь х=R-Rcos, где — угол поворота кривошипа.

Тогда скорость движения поршня.

где (13.1).

Ускорение поршня:

Очевидно, всасывание жидкости в клапанную коробку и нагнетание из неё происходят крайне неравномерно. Это вызывает возникновение инерционных сил, нарушающих нормальную работу насоса. Если обе части выражения (13.1) умножить на площадь поршня D²/4, мы получим соответствующую закономерность для подачи (рис. 13.3).

Поэтому жидкость будет двигаться неравномерно по всей системе трубопроводов, что может привести к усталостному разрушению их элементов.

Рис. 13.3 График подачи поршневого насоса Рис. 13.4 График подачи поршневого одинарного действия насоса двойного действия

Одним из методов выравнивания подачи является использование насосов двойного действия (рис. 13.5), в которых за один оборот приводного вала происходит два хода всасывания и два хода нагнетания (рис. 13.4).

Другой способ повышения равномерности подачи заключается в применении воздушных колпаков (рис. 13.4). Воздух, заключённый в колпаке, служит упругой средой, выравнивающей скорости движения жидкости.

Полная работа поршня за двойной ход.

а мощность, кВт.

Рис. 13.5 Схема поршневого насоса двойного действия с воздушным колпаком

Это так называемая индикаторная мощность — площадь индикаторной диаграммы. Действительная мощность N больше индикаторной на величину потерь механического трения, что определяется величиной механического к.п.д.