5.2. Устройство и принцип действия поршневого насоса

Поршневые насосы - это возвратно-поступатель­ные насосы, у которых рабочие органы выполнены в виде дисковых поршней.

Поршневые насосы применяются для перекачки ма­ловязких, незагрязненных жидкостей. Достоинства поршневых насосов:

подают небольшое количество жидкости под боль­шими напорами;

перед пуском не требуют заливки рабочей камеры;

независимость напора Н (давления Р) от подачи Q и частоты вращения кривошипа n.

Недостатки поршневых насосов:

большие размеры и масса при больших подачах;

большие размеры фундаментов для их установки;

неравномерность подачи; наличие клапанов и их износ при работе;

сложность конструкции;

тихоходность;

износ внутренней поверхности цилиндра поршне­выми кольцами, в результате чего увеличиваются утеч­ки жидкости и уменьшается объемный КПД.

Конструктивная схема насосной установки с простей­шим однопоршневым насосом представлена на рис. 46. Основными узлами насосной установки являются:

а) насос однопоршневой одностороннего действия;

б) всасывающий трубопровод 9 с приемным клапаном 10;

в) нагнетательный трубопровод 17 с напорно-регули-рующей задвижкой 18;

г) привод насоса;

д) измерительные приборы (вакуумметр В, манометр М, водомерное стекло 12);

е) расходный 20 и напорный 19 резервуары.

рис. 46. Схема насосной установки,

оборудованной однопоршневым гори­зонтальным

насосом одностороннего действия

с кривошипно-шатунным приводом:

1 - поршень;

2 - цилиндр;

3- шток;

4 - выносной ползун (крей­цкопф);

5 - шатун;

6 - кривошип;

7 - вал кривошипа;

8 - клапан перепус­кной;

9 - всасывающий трубопровод;

10 - приемный клапан;

11 - воздуш­ный колпак;

12 - водомерное стекло;

13 - краник с обратным воздушным клапаном;

14 - клапан всасывающий;

15 - рабочая камера;

16 - клапан нагнетательный;

17 - нагнетательный трубопровод;

18 - напорно-регулирующая задвижка;

19 - напорный резервуар;

20 - расходный резервуар;

В - вакуумметр;

М - манометр.

Насос состоит из рабочего органа (в виде поршня 1 со штоком 3, перемещающихся в цилиндре 2), корпуса рабо­чей камеры 15 со всасывающим и нагнетательным патруб­ками, в которых располагаются соответственно всасываю­щий 14 и нагнетательный 16 самодействующие клапаны. К корпусу рабочей камеры 15 насоса через воздуш­ные колпаки 11 присоединяются всасывающий 9 и на­гнетательный 17 трубопроводы, через которые непосред­ственно забирается жидкость из расходного резервуара 20 и направляется в напорный резервуар 19.

Привод насоса осуществляется вращающимся валом двигателя, как правило электрического, соединенного муфтой с валом 7 кривошипно-шатунного механизма.

Кривошипно-шатунный механизм, включающий вал 7, кривошип 6, шатун 5 и ползун 4, преобразует враща­тельное движение вала двигателя в возвратно-поступа­тельное движение ползуна 4, соединенного через шток 3 непосредственно с поршнем 1 насоса.

Принцип действия поршневого насоса основан на пе­риодическом заполнении и вытеснении жидкости из ра­бочей камеры 15.

Для того чтобы насос мог начать работать, его всасы­вающая линия и рабочая камера 15 должны быть запол­нены жидкостью. Для возможности заполнения всасы­вающей линии жидкостью на ее конце устраивается так называемый приемный клапан (обратный клапан) 10.

Предположим, что двигатель включен в работу; тогда поршень начнет перемещаться вправо, освобождая объем в области, граничащей с рабочей камерой, т.е. в цилиндре 2. Вследствие этого в рабочей камере произойдет понижение давления по сравнению с атмосферным, действующим на свободную поверхность жидкости в расходном резервуаре 20, в который опущена всасывающая труба 9. Под дей­ствием атмосферного давления жидкость придет в движе­ние во всасывающей трубе, поднимет приемный 10 и вса­сывающий 14 клапаны и начнет заполнять пространство, освобождаемое поршнем при его движении вправо. Эта часть рабочего цикла поршневого насоса называется про­цессом всасывания жидкости. Всасывание будет происхо­дить до тех пор, пока поршень не займет своего крайнего правого положения. При этом поршень совершит путь S, называемый ходом поршня и равный S = 2r, где r - ради­ус кривошипа.

Из крайнего правого положения поршень начнет дви­гаться в обратном направлении. Так как объем, освобож­денный поршнем в цилиндре 2 при ходе всасывания, бу­дет заполнен жидкостью, то поршень окажет давление на жидкость в цилиндре, что вызовет повышение давления в рабочей камере. Вследствие этого всасывающий клапан 14 закроется, а нагнетательный клапан 16, отделяющий рабочую камеру 15 от нагнетательной трубы 17, откроет­ся. Жидкость начнет вытесняться из камеры в нагнета­тельный трубопровод. Эта часть рабочего цикла поршне­вого насоса называется процессом нагнетания жидкости.

Процесс нагнетания продолжается до тех пор, пока поршень не займет своего крайнего левого положения. Затем цикл работы насоса повторяется.

Таким образом, в насосе простого действия при ходе поршня вправо происходит всасывание, а при ходе пор­шня влево - нагнетание жидкости. При этом подача жидкости в нагнетательную линию будет неравномерной, что является существенным недостатком рассмотренно­го простейшего насоса.

Клапаны - наиболее сложные и ответственные дета­ли поршневых насосов (рис. 47).

В обычных конструкциях чаще всего применяют пружинный тарельчатый клапан. Уплотнение между сед­лом и внутренней поверхностью клапана обеспечивает непосредственно прокладка или притирка. При пере­качке густых и засоренных жидкостей применяют ша­ровой клапан, а в простейших насосах - откидной кла­пан из кожи.

рис. 47. Схемы клапанов:

а - тарельчатый; б - шаровой; в - откидной

Клапаны (всасывающий и нагнетательный) устанав­ливают не только в самом насосе, но и в отдельно при­мыкающих к насосу трубопроводах.

Во всасывающем трубопроводе устанавливают при­емный (или заборный, пятовый) обратный клапан, так как наличие здесь воды после остановки насоса облегча­ет его последующий пуск.

В нагнетательном трубопроводе для предохранения на­соса от гидравлических ударов, которые могут возник­нуть при прекращении подачи, также устанавливают об­ратный клапан, а затем напорно-регулирующую задвижку. Между обратным клапаном и задвижкой может быть предусмотрен предохранительный клапан - рычажный (откидной) или пружинный (тарельчатый), сбрасывающий жидкость при чрезмерном повышении давления.