Лекция 12

1.36. Объемные насосы: поршневые, плунжерные, диафрагменные, насосы-дозаторы

Объемные насосы работают по принципу перемещения жидкости путем периодического изменения объема занимаемого ею камеры, которая попеременно сообщается со входом и выходом насоса.

В зависимости от конструктивного исполнения и формы движения рабочего колеса объемные насосы разделяются на возвратно-поступательные (поршневые, плунжерные и диафрагмовые) и роторные (шестеренные, винтовые, шиберные и др.).

Поршневыми называются насосы, у которых рабочие органы выпол-нены в виде поршня. По роду действия они бывают одностороннего и дву-стороннего действия.

На рис. 1.31 приведена схема однопоршневого насоса одностороннего действия. Такой насос состоит из кривошипного механизма 10, который приводит в движение шатун 9, преобразуя вращательное движение кривошипа в возвратно-поступательное движение ползуна 8.

При перемещении поршня 6 слева направо в рабочей камере 3 создается разрежение и через нижний клапан 2 засасывается объем жидкости (где – площадь поршня; – ход поршня). При обратном переме-щении поршня, после прохождения крайней правой мертвой точки, этот же объем жидкости вытесняется через верхний клапан 2 в напорной трубо-провод.

За один оборот кривошипного механизма однопоршневой насос одностороннего действия совершает один цикл всасывания и один цикл нагнетания, в напорный трубопровод выталкивается объем жидкости .

Теоретическая подача насоса в этом случае составляет

, (1.77)

где - частота вращения кривошипного механизма, мин^-1.

Действительная подача насоса будет меньше вследствие запазды-вания закрытия всасывающего и напорного клапанов, утечек через клапаны, сальниковые и поршневые уплотнители

, (1.78)

где - объемный КПД насоса, .

В поршневых насосах двустороннего действия (рис. 1.32), в которых рабочие камеры I и II с клапанами располагаются по обе стороны цилиндра, движение поршня в любую сторону является рабочим. Поэтому в таких насосах циклу всасывания через нижний клапан в левой рабочей камере соответствует цикл нагнетания через верхний клапан в правой рабочей камере, и наоборот. За один оборот кривошипного механизма в напорный трубопровод будет выталкиваться объем жидкости , где - площадь поперечного сечения штока.

Подача поршневого насоса двустороннего действия составляет

(1.79)

Одним из существенных недостатков поршневых насосов является неравномерность подачи. Отношение максимальной подачи жидкости насосом к средней называется коэффициентом неравномерности подачи.

У однопоршневого насоса одностороннего действия коэффициент неравномерности подачи равен 3,14, а у двустороннего действия – 1,57. У трех- и четырехпоршневых насосов одностороннего действия коэффициенты неравномерности подачи равны соответственно 1,11 и 1,05.

Для уменьшения неравномерности подачи поршневых насосов перед насосом и после него устанавливаются герметически закрытые камеры – воздушные колпаки. Обычно они являются частью конструкции самого насоса. На рис. 1.33 показана схема поршневого насоса со всасывающим (ВВК) и нагнетательным (НВК) воздушными колпаками.

Полный объем воздушного колпака, устанавливаемого на всасывающей стороне насоса, независимо от типа насоса, должен составлять (15…30) FS; он должен быть заполнен воздухом на 1/3 полного объема.

Полный объем воздушного колпака, устанавливаемого на напорной части насоса должен составлять: для однопоршневых насосов односто-роннего действия 33FS, двустороннего действия 13,5FS, для трехпоршневых насосов одностороннего действия 0,75FS. Объем воздуха равен примерно 2/3 полного объема колпака.

Запускать в работу и останавливать поршневые насосы можно только при открытой задвижке на напорном трубопроводе, так как пуск насоса при закрытой задвижке может привести к поломке насоса или разрыву напорного трубопровода.

К достоинствам поршневых насосов следует отнести возможность подачи постоянного точно известного расхода жидкости вне зависимости от сопротивления напорного трубопровода. Недостатками этих насосов считаются сложность их конструкции, наличие воздушных колпаков, неравномерность подачи, сложность эксплуатации и меньшую (по сравнению с центробежными насосами) надежность в работе.

В системах водоснабжения и водоотведения поршневые насосы практически не применяются однако могут быть использованы в других отраслях техники.

Плунжерные насосы отличаются от поршневых лишь конструкцией рабочего органа. У плунжерных насосов вместо поршня используется плунжер, представляющий собой цилиндрический стержень.

На рис 1.34 приведена схема плунжерного насоса с дифференциальным плунжером. У этого насоса при движении плунжера справа налево выталкиваемая жидкость объемом разделяется на две части. Одна из них поступает в напорный трубопровод, а вторая занимает освобождающуюся полость камеры II. При движении плунжера слева направо, когда происходит всасывание, объем также выталкивается в напорный трубопровод. За один оборот кривошипного механизма в напорный трубопровод поступает жидкость объемом , но двумя порциями, т.е. более равномерно, чем у однопоршневого насосов одностороннего действия.

Плунжерные насосы широко используются в реагентных хозяйствах очистки воды для дозирования растворов реагентов.

На рис. 1.35 приведен разрез насоса-дозатора типа НД, который представляет собой горизонтальный одноплунжерный насос одностороннего действия с приводом от электродвигателя через редуктор. Подача у насосов этого типа составляет 160…1000 л/ч при максимальном давлении 1 МПа. Подачу насоса можно изменять от нуля до максимума, увеличивая ход плунжера.

Двухплунжерные и многоплунжерные насосы используются также для перекачки ила на станциях очистки сточных вод.

Диафрагменные насосы по принципу действия близки к поршневым насосам. Рабочий орган выполнен в виде упругой диафрагмы из кожи, прорезиненной ткани, синтетического или из химически стойкого материала.

Устройство и принцип работы диафрагменного насоса можно уяснить из рис. 1.36. Такой насос состоит из упругой диафрагмы 4, герметично закрывающей рабочую камеру 3, к которой присоединены всасывающий 1 и нагнетательный 6 патрубки. Диафрагма прикреплена к штоку 5, совершающему возвратно-поступательное движение. При движении штока вверх в рабочей камере создается вакуум и через всасывающий клапан 2 жидкость поступает в насос. При обратном движении штока вниз жидкость под давлением через нагнетательный клапан 7 вытесняется в напорный патрубок.

Часовая подача диафрагменного насоса может быть определена по формуле

, (1.80)

где		- рабочий объем насоса, м3;
		- число двойных ходов штока, мин-1;
		- объемный КПД насоса.

Диафрагменные насосы обеспечивают небольшой напор. Их приме-няют для водоотлива при производстве строительных работ, а также в качестве дозировочных в сооружениях для очистки воды и обработки сточных вод.