Дифференциальные насосы

Рис.11.2

Секундная теоретическая подача насоса при n двойных ходов в минуту определяется по формуле

.

Действительная подача Q насоса меньше теоретической. Уменьшение подачи обуславливается следующими причинами: запаздыванием в открытии и закрытии клапанов; неплотностью поршня и сальников, что ведет к утечке некоторого объема жидкости со стороны нагнетания в область всасывания, а также за пределы корпуса насоса; попаданием воздуха в цилиндр насоса извне через неплотности в сальниках и во всасывающей трубе, а также вместе с водой в растворенном состоянии.

Указанные утечки учитываются объемным КПД ηо. действительная подача

Q = ηоQТ.

Объемный КПД зависит от размеров насоса и находится в пределах 0,85…0,99.

На основании рассмотренного насоса можно сформулировать общие свойства объемных насосов, которые обусловлены их принципом действия и отличают их от ранее рассмотренных насосов лопастных:

— цикличность рабочего процесса и связанная с ней неравномерность подачи;

— герметичность насоса, т. е. постоянное отделение напорного трубопровода от всасывающего (лопастные насосы герметичностью не обладают, а являются проточными);

— самовсасывание, т. е. способность объемного насоса создавать вакуум во всасывающем трубопроводе, заполненном воздухом, достаточный для подъема жидкости во всасывающем трубопроводе до уровня расположения насоса. Лопастные насосы на это не способны;

— жесткость характеристики, т. е. крутизна ее в системе координат Q = f(p), что означает малую зависимость подачи насоса Q от развиваемого им давления (рис.11.3).

Рис.11.3

Объемный насос способен создавать сколь угодно высокое давление, обусловленное сопротивлением гидравлической системы, поэтому во избежание аварийной ситуации он снабжен предохранительным клапаном. Отрегулированный на определенное давление ркл, он перепустит часть жидкости в гидроемкость и тем самым снизит давление в системе.

Дифференциальные насосы. С целью уменьшения неравномерности подачи насоса одностороннего действия изобрели дифференциальный насос (рис.11.4).

Рис. 11.4

В таком насосе полная подача за двойной ход распределяется равномерно между ходами. При ходе поршня вправо получается разрежение в камере А, и она заполняется жидкостью. Одновременно со стороны штока из камеры В жидкость будет подана в нагнетательный трубопровод. При обратном ходе (влево) всасывающий клапан закрывается и из камеры А через нагнетательный клапан жидкость вытесняется. Одна половина ее уходит в нагнетательный трубопровод, а другая — в камеру В.

Насос двухстороннего действия. Для уменьшения неравномерности подачи применяют насосы двухстороннего действия (рис.11.5).

Рис. 11.5

Для этого насоса за один оборот кривошипа подача изображается (рис.11.6) двумя синусоидами с различными амплитудами (первая меньше второго за счет площади штока), дважды подача обращается в нуль и дважды достигает максимального значения. Неравномерность подачи меньше, чем у насоса одностороннего действия, но все же очень велика.

Рис.11.6

Теоретическая подача такого насоса

.

Для дальнейшего уменьшения неравномерности подачи поршневые насосы стали оборудовать воздушными колпаками на всасывающей и нагнетательной линиях насоса (рис.11.7).

Рис. 11.7

Всасывающий воздушный колпак 1 размещается под всасывающим клапаном и соединяется с насосом короткой трубой l1. Вода в колпак поступает через всасывающую трубу длиной l2. Перед пуском насоса всасывающая труба и часть колпака заливаются, например, водой. После пуска в воздушном пространстве над уровнем воды в колпаке создается разрежение. При достаточно большом объеме воздуха в колпаке колебания уровня невелики; благодаря этому давление воздуха в колпаке остается почти постоянным. В таком случае вследствие постоянной разности давлений между ро на поверхности воды и в колпаке р1 вода в колпак все время поступает непрерывно и равномерно. Это значительно улучшает условия всасывания жидкости, так как высота всасывания hвс уменьшается. Неравномерное (точнее, неустановившееся) движение остается только на коротком участке трубы между колпаком и насосом.

При выходе из насоса вода поступает в нагнетательный воздушный колпак 2. во время нагнетания воздух в колпаке сжимается под давлением нагнетаемой поршнем жидкости. При такте всасывания воздух, расширяясь, выталкивает жидкость в трубопровод. Таким образом, такт нагнетания как бы увеличивается во времени, что уменьшает неравномерность подачи.

Во время работы насоса количество воздуха в нагнетательном колпаке постоянно уменьшается, частично растворяясь в нагнетательной воде. Возобновить это количество воздуха можно при помощи компрессора или из баллона сжатого воздуха.

Плунжерный насос. Плунжерный насос является разновидностью поршневого насоса, в котором вместо поршня выполнен плунжер, который входит внутрь насосной камеры через сальник 1, являющийся в этом случае цилиндром насоса (рис.11.8).

Рис.11.8

При изготовлении такого насоса обрабатывается только плунжер, а внутренняя поверхность самого насоса остается необработанной.

Поршневые насосы при соответствующей технологии их изготовления способны создавать весьма высокие давления, измеряемые десятками, сотнями, а в отдельных случаях и тысячами атмосфер.

Но поршневые насосы можно использовать лишь при сравнительно небольшой частоте вращения, не более 300…500 об/мин. При более высокой частоте вращения нарушается нормальная работа самодействующих клапанов в насосе. В связи с этим свойством тихоходности размеры поршневого насоса оказываются значительно большими, чем центробежного, рассчитанного на те же параметры (подачу и давление). Поэтому из водоснабжения и ряда других отраслей техники поршневые насосы вытеснены центробежными и роторными насосами.

Поршневые насосы в виде мощных агрегатов с механическим приводом применяются в настоящее время главным образом в нефтяной и химической промышленности для перекачки жидкостей значительной вязкости, а также на тепловых электростанциях для питания паровых котлов высокого давления.

Кроме того, поршневые насосы находят применение в тех специальных областях, где требуется особенно высокое давление.

11.2. Роторные насосы

Роторный насос – это объемный насос с вращательным или вращательным и возвратно-поступательным движением рабочих органов независимо от характера движения ведущего звена насоса. Таким образом, обязательным движением является вращательное.

Основными представителями этой группы насосов согласно классификации являются шестеренные, пластинчатые, радиально-поршневые и аксиально-поршневые.

Шестеренные насосы. На примере шестеренного насоса рассмотрим особенности рабочего процесса всех роторных насосов.

Эти насосы (рис.11.9) чаще всего выполняются в виде пары одинаковых зубчатых колес с эвольвентным зацеплением, заключенных в корпус.

Рис.11.9

Все роторные насосы состоят из трех частей: статора (неподвижная часть насоса), ротора и вытеснителей.

Рабочий процесс роторного насоса состоит из трех этапов.

1. Заполнение рабочих камер жидкостью. В шестеренном насосе это происходит в момент выхода зубьев из зацепления. Камерой является впадина зуба.

2. Изоляция (замыкание) камер от зоны входа и их перенос из зоны входа в зону выхода.

3. Вытеснение жидкости из рабочих камер. В шестеренном насосе это происходит в момент входа зубьев в зацепление.

Перенос рабочих камер в роторном насосе делает ненужными всасывающий и напорный клапаны. Благодаря этому роторные насосы обладают принципом обратимости, т. е. способностью работать в качестве гидродвигателей (гидромоторов) в том случае, когда к ним подводится жидкость под давлением от другого насоса (рис.11.10).

Рис.11.10

В связи с отсутствием клапанов роторные насосы более быстроходны, чем поршневые. В настоящее время они эксплуатируются на частотах вращения до 3000…5000 об/мин, а в отдельных случаях и на более высоких. Благодаря этому они и более компактны.

По сравнению с поршневыми роторные насосы обладают значительно большей равномерностью подачи: