Величины, характеризующие рабочий процесс объемных насосов

Основной величиной, определяющей размер объемного насоса (объемного гидродвигателя) является его рабочий объем.

Рабочий объем насоса и частота его рабочих циклов определяют идеальную подачу.

Идеальной подачей объемного насоса называют подачу в единицу времени несжимаемой жидкости при отсутствии утечек через зазоры. Осредненная по времени идеальная подача:

,

где - рабочий объем насоса, т. е. идеальная подача насоса за один цикл (один оборот вала насоса);

n - частота рабочих циклов насоса (для вращатель­ных насосов частота вращения вала);

- идеальная подача из каждой рабочей камеры за один цикл;

z - число рабочих камер в насосе;

k - кратность дейст­вия насоса, т. е. число подач из каждой камеры за один рабочий цикл (один оборот вала).

Таким образом, рабочий объем насоса:

.

Чаще всего k=1, но в некоторых конструкциях k=2 и более.

Действительная подача насоса меньше идеальной вследствие уте­чек через зазоры из рабочих камер и полости нагнетания, а при больших давлениях насоса еще и за счет сжимаемости жидкости.

Отношение действительной подачи Q к идеальной называется коэффициентом подачи:

,

где - расход утечек;

- расход сжатия.

Когда сжатие жидкости пренебрежимо мало, коэффициент подачи равен объемному КПД насоса :

.

Полное приращение энергии жидкости в объемном насосе обычно относят к единице объема и, следовательно, выражают в единицах давления. Так как объемные насосы предназначены в основном для создания значительных приращений давления, то приращением кине­тической энергии в насосе обычно пренебрегают. Поэтому давление насоса представляет собой разность между давлением на выходе из насоса и давлением на входе в него:

,

а напор насоса

.

Полезная мощность насоса

.

Мощность, потребляемая заборным насосом (затрачиваемая приводящим двигателем),

,

где - момент на валу насоса;

- угловая скорость его вала.

КПД насоса есть отношение полезной мощности к мощности, потребляемой насосом

.

Подобно тому, как это принято для лопастных насосов, для объ­емных насосов различают гидравлический , объемный и ме­ханический КПД, учитывающие три вида потерь энергии: гидрав­лические — потери напора (давления), объемные — потери на пере­текание жидкости через зазоры и механические — потери на трение в механизме насоса:

,

то есть КПД насоса (общий) равен произведению трех частных КПД - гидравлического, объемного и механического.

Поршневые насосы

Конструктивная схема насосной установки с простейшим насо­сом такого типа представлена на рисунке 4. Рабочей камерой служит цилиндр 6, а вытеснителем — плунжер 8 с возвратно-поступатель­ным движением, которое ему сообщает кривошипно-шатунный меха­низм. Система распределения, обеспечивающая соединение цилиндра попеременно с всасывающей (подводящей) 1 и напорной (отводя­щей) 3 линиями, состоит из всасывающего 11 и нагнетательного 5 клапанов. Клапаны являются самодействующими. При увеличении объема рабочей камеры (при цикле заполнения) в ней устанавли­вается давление меньшее, чем давление перед клапаном 11. Под действием возникшей разности давлений клапан поднимается, и камера заполняется жидкостью из всасывающей линии 1.

При уменьшении объема камеры (при цикле вытеснения), когда плунжер в нее вдвигается, давление в камере начинает повышаться, клапан 11 закрывается и, когда давление в камере достигнет зна­чения , большего, чем давление за клапаном 5, жидкость будет вытесняться через этот клапан в линию 3.

Отметим, что описанная смена циклов возможна только при усло­вии, что давление больше, чем (это соответствует работе такой гидромашины в качестве насоса).

Если подвести к линии 1 жидкость под высоким давлением, то плунжер под ее действием не начнет двигаться, так как клапаны допустят свободный проток жидкости в линию 3, где давление меньше. Следовательно, использовать насос с самодействующими клапанами в качестве гидродвигателя невозможно, он необратим.

Рисунок 4 - Схема поршневого насоса с кривошипным приводом

По конструкции вытеснителя поршневые насосы разделяют на собственно поршневые (рисунок 5) и плунжерные (рисунок 4). В поршневом насосе поршень 4 (см. рисунок 5) перемещается в гладкообработанном цилиндре 5. Уплотнением поршня служит сальник 3 (вариант I) или малый зазор (вариант II) со стенкой цилиндра. В плунжерном насосе (см. рисунок 4) гладкий плунжер перемещается в рабочей камере свободно, а уплотнение 7 размещено неподвижно в корпусе камеры. Так как точная обработка внутренних поверхностей более трудоемка, чем внешних, а доступность ремонта и замена неподвижного наружного уплотнения более просты, чем подвижного внутреннего, плунжерные насосы всегда предпочтительнее, чем поршневые, если особые конструктивные и эксплуатационные требования не исключают их применения. Как указывалось, в дальнейшем оба типа насосов, несмотря на различие в форме вытеснителей, будут именоваться поршневыми.

Рисунок 5 - Схема поршневого насоса с дифференциальным поршнем