Подача поршневых насосов


Подачей насоса называют объемное количество жидкости, подаваемое насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени. Это определение относится ко всем насосам независимо от их типов и конструкций.

Для поршневого насоса, с учетом того, что за один оборот кривошипа нагнетание совершается только один раз, подача будет неравномерна. Нетрудно убедиться (Рис. 15.1), что теоретическая подача насоса за один оборот равна объему рабочей камеры и зависит от того, проходит сквозь камеру шток или нет. Если кривошип совершает  оборотов в минуту, то теоретическую подачу горизонтального поршневого насоса простого действия с дисковым поршнем можно определить по зависимости

, (15.1)

где – теоретическая подача,
– площадь сечения поршня (или цилиндра), ;
– ход поршня, ;
– частота вращения кривошипного вала, .

Подачу плунжерного насоса одинарного действия определяют также по формуле (15.1) полагая, что  – площадь поперечного сечения плунжера, а  – его ход.

Подачу однопоршневого насоса двустороннего действия с дисковым поршнем (Рис. 15.2) можно определить исходя из следующих соображений.

При движении поршня влево он вытесняет жидкость из левой (поршневой) полости цилиндра, при этом всасывающий клапан 1 закрывается, а нагнетательный клапан 3 открывается и пропускает жидкость в нагнетательный трубопровод. Количество жидкости, которое насос подает в нагнетательный трубопровод из поршневой полости цилиндра, определяется произведением . В это же самое время происходит процесс всасывания в правой (штоковой)  полости цилиндра – всасывающий клапан 2 открывается, а нагнетательный клапан 4 закрывается.

При ходе поршня вправо из штоковой полости цилиндра вытесняется количество жидкости (с учетом объема, занимаемого штоком) , где  – площадь поперечного сечения штока.

Следовательно, за полный оборот кривошипного вала, т.е. за один двойной ход поршня насос теоретически подает количество жидкости, равное .

Так как частота вращения кривошипного вала равна  оборотов в минуту, то теоретическая подача однопоршневого насоса двустороннего действия равна

.            (15.2)

Однопоршневой насос двустороннего действия подает жидкость в нагнетательный трубопровод более равномерно, чем насос простого действия. Но наличие двух пар клапанов усложняет конструкцию этого насоса.

Для получения равномерности подачи жидкости, соответствующей насосу двустороннего действия, можно применить дифференциальный насос, имеющий только два клапана и соединенные вспомогательным трубопроводом поршневую и штоковую полости (Рис.15.3).

В этом случае при движении поршня вправо поршневая полость цилиндра заполняется жидкостью с объемом равным , а из штоковой полости в нагнетательный трубопровод вытесняется объем жидкости .

При последующем движении поршня влево открывается нагнетательный клапан, и жидкость в объеме  из поршневой полости через вспомогательную трубу поступает в нагнетательный трубопровод. При этом часть жидкости в объеме  из вспомогательной трубы поступает в штоковую полость. Таким образом, в нагнетательный трубопровод при ходе поршня влево поступит количество жидкости равное , а за полный оборот кривошипного вала – . Оно равно соответствующей подаче насоса простого действия, однако подача осуществляется более равномерно – двумя порциями. Если бы обе подаваемые порции были одинаковыми, то подача насоса была бы наиболее равномерной.

Этого можно достичь, выполняя условие, при котором обеспечивается равенство объемов жидкости, подаваемой насосе при ходе поршня вправо и влево, т.е.  или . Откуда . Следовательно, если площадь сечения штока будет вдвое меньше площади поршня, то количество подаваемой жидкости за каждый ход поршня окажется равным.

Равномерность подачи повышается еще в большей степени у насоса тройного действия (15.4).

Трехпоршневой насос одностороннего действия представляет собой строенный насос простого действия, причем, кривошипы каждого из трех цилиндров заклинивают под углом   друг к другу. Такое расположение кривошипов обеспечивает непрерывную подачу жидкости в нагнетательный трубопровод, так как в любой момент времени в одном из цилиндров происходит всасывание жидкости, а в другом нагнетание.

Очевидно, что подача трехпоршневого насоса одностороннего действия в три раза больше подачи насоса простого действия независимо от того, плунжерный насос или с дисковым поршнем

. (15.3)

Подача насоса четверного действия равна удвоенной величине подачи однопоршневого насоса двустороннего действия

. (15.4)

Конструктивно насос четверного действия представляет собой сдвоенный днопоршневой насос двустороннего действия. Оба цилиндра сдвоенного насоса имеют общие всасывающий и нагнетательный трубопроводы и единый привод. Кривошипы привода заклинены под углом  друг к другу.

Действительная подача насоса меньше теоретической подачи вследствие наличия объемных потерь, которые учитываются объемным коэффициентом полезного действия

. (15.5)

Основные причины, по которым происходят объемные потери:

1. Утечки жидкости через зазоры поршня, клапанов и через сальники. Потери по этой причине можно уменьшить, используя рациональную конструкцию уплотнений поршня и сальников и обеспечивая плотную притирку клапанов.

2. Выделение из жидкости воздуха и газа. Воздух или газ, занимая часть объема камеры, уменьшает количество жидкости, поступающей в цилиндр при всасывании.

Рабочую камеру насоса желательно профилировать таким образом, чтобы исключить полости удобные для образования воздушных мешков. В верхней части камеры необходимо предусмотреть краники для удаления накопившегося в ней воздуха. Кроме того, чтобы исключить подсос воздуха через неплотности, существенное значение имеет конструкция уплотнений поршней и сальниковых устройств в местах прохода штоков сквозь крышки цилиндров.

3. Запаздывание открытия и закрытия клапанов. Открытие или закрытие клапанов при всасывании или нагнетании происходит не мгновенно, а по истечении некоторого времени, которое зависит от разности давлений по обе стороны клапана, веса клапана и силы, действующей на него пружины.

Так в начале процесса нагнетания, когда нагнетательный клапан еще не успел открыться, а всасывающий – закрыться, часть жидкости из рабочей камеры выталкивается обратно во всасывающий трубопровод.

Аналогично, в начале всасывания нагнетательный клапан закрывается не сразу, а всасывающий пока еще не может открыться и часть жидкости из нагнетательного трубопровода возвращается в рабочую камеру. Такая работа клапанов, естественно, приводит к уменьшению количества подаваемой насосом жидкости.