Кинематическая схема и принцип действия поршневого кривошипного насоса

Поршневой кривошипный насос является гидравлической машиной, в которой превращение механической энергии приводного двигателя с вращательным характером движения выходного вала в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости обеспечивается с помощью вытеснителя (дискового поршня или плунжера), который осуществляет возвратно-поступательное движение в рабочей камере (цилиндре) с помощью кривошипно-шатунного механизма. В качестве отсекателей используются клапаны.

Основы кинематики и принцип действия поршневого кривошипного насоса рассмотрим на примере горизонтального клапанного прямоточного однопоршневого дискового насоса одностороннего действия (рис. 4.1).

При вращении кривошипа 1 вокруг оси О приводного вала, дисковый поршень 4 вместе со штоком 3, шарнирно связанным с шатуном 2, будет осуществлять возвратно-поступательные движения в цилиндре 5. К цилиндру 5 прикреплена (или отлитая вместе с ним) клапанная коробка 8, в которой размещены всасывающий 9 и нагнетательный 7 клапаны. К клапанной коробке 8 присоединены всасывающая 10 и нагнетательная 6 трубы. Насос забирает жидкость из резервуара 11.

Рабочей камерой насоса является пространство между дисковым поршнем 4 и клапанами 7 и 9, а расстояние между крайними положениями (мертвыми точками) поршня 4 называется его ходом (r - радиус кривошипа 1).

Рис. 4.1. Кинематическая схема поршневого дискового кривошипного насоса одностороннего действия

При перемещении дискового поршня 4 из крайнего правого положения влево объем рабочей камеры увеличивается и давление в ней снижается. Поскольку клапаны насоса самодействующие, то всасывающий клапан 9 откроется и жидкость по всасывающей трубе 10 под действием внешнего давления направится из резервуара 11 в рабочую камеру насоса. После достижения дисковым поршнем 4 крайнего левого положения уменьшение давления в рабочей камере прекратится и всасывающий клапан 9 закроется. В дальнейшем перемещение дискового поршня 4 слева направо будет приводить к уменьшению объема рабочей камеры и увеличения давления в ней. В результате откроется нагнетательный клапан 7 и рабочая жидкость будет вытесняться из рабочей камеры в нагнетательную трубу 6.

Рабочий объем поршневого дискового кривошипного насоса одностороннего действия

,

где – ход поршня при повороте кривошипа на 180⁰;

– радиус кривошипа;

– соответственно площадь и диаметр дискового поршня.

Идеальная подача насоса одностороннего действия

,

где – частота вращения кривошипа (приводного вала).

Относительный объем вредного пространства насоса

,

где – объем вредного пространства (объем между клапанами и крайним ближнем положением поршня);

- геометрический рабочий объем поршневого кривошипного насоса.

Всасывание и нагнетание в поршневом дисковом насосе двустороннего действия осуществляются при каждом ходе поршня (рис. 4.2). При движении дискового поршня влево всасывающий 4 и нагнетательный 2 клапана открыты. Через клапан 4 происходит всасывание жидкости в рабочую камеру, а через клапан 2 - вытеснение жидкости в нагнетательную трубу. В это время клапаны 1 и 3 закрыты. При обратном ходе дискового поршня через клапан 1 жидкость поступает в рабочую камеру, а через клапан 3 осуществляется подача жидкости в нагнетательную трубу; при этом клапаны 4 и 2 закрыты.

Рис. 4.2. Схема гидравлической части поршневого дискового насоса двустороннего действия

Поскольку в одноцилиндровом насосе двустороннего действия через одну из рабочих камер проходит шток, то рабочий объем такого насоса определяется как сумма объемов поршневой и штоковой рабочих камер

,

– соответственно площадь сечения и диаметр штока.

Идеальная подача насоса двустороннего действия

. (4.1)

Схемы, принцип действия и зависимости для определения рабочего объема и идеальной подачи плунжерних насосов одно- (рис. 4.3) и двустороннего (рис. 4.4) действия принципиально не отличаются от схем, принципов действия и соответствующих зависимостей подобных поршневых дисковых насосов. Отличием перечисленных насосов является конструкция поршней – соответственно дисковых (рис. 4.1, 4.2) и плунжерних (рис. 4.3, 4.4).

Особенностью конструкции поршневого дифференциального насоса (рис.4.5) является наличие двух камер, из которых одна (левая) имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, а другая (права) не имеет клапанов и постоянно сообщается с нагнетательной трубой. При движении плунжера вправо в левую камеру обеспечивается всасывание жидкости, а из правой камеры жидкость вытесняется в нагнетательную трубу. При обратном ходе плунжера всасывания не происходят и жидкость из левой камеры вытесняется через нагнетательный клапан. Однако при этом не вся вытесненная жидкость поступает в нагнетательную трубу, часть ее направляется в правую камеру и заполняет пространство, которое занимало плунжер. Таким образом, всасывание в поршневом дифференциальном насосе происходит периодически, а нагнетание - непрерывно.

Рис. 4.3. Схема плунжерного насоса одностороннего действия

Рис. 4.4. Схема гидравлической части плунжерного насоса двустороннего действия

Рис. 4.5. Схема гидравлической части поршневого дифференциального насоса

В дифференциальном насосе объем всасываемой жидкости при движении плунжера слева направо (ход вперед) равняется

,

где - соответственно ход и площадь плунжера.

Объем жидкости, которая нагнетается, при движении справа налево (ход назад) составляет

,

а при движении вперед

,

где – площадь сечения утонченной части плунжера.

Таким образом, количество жидкости, которая подается дифференциальным насосом за ход плунжера вперед и назад, равно

.

Следовательно, дифференциальный насос обеспечивает такую же подачу, как и насос одностороннего действия.

Соответствующим выбором диаметров плунжера и его утонченной части можно достичь того, что подача жидкости в нагнетательная трубу при прямом и обратном ходах плунжера будет одинаковой.