Подача поршневого кривошипного насоса

В теоретической схеме работы насоса жидкость неотрывно следует за поршнем. Подача насоса в текущий момент (мгновенная, текущая подача) равна скорости поршня , умноженной на его площадь

.

Подставив значение скорости поршня из (4.16), получим текущую подачу насоса

,

или при условии

. (4.22)

Следовательно, как скорость поршня, так и подача однопоршневого насоса имеет неравномерный (пульсирующий) характер и изменяется по тому же закону, что и скорость, то есть по закону синуса (рис. 4.8)

Максимальная подача насоса (при )

.

Средняя (идеальная) подача насоса

. (4.23)

Рис. 4.8. График подачи однопоршневого насоса одностороннего действия

Нетрудно доказать, что площадь, ограниченная синусоидой и осью абсцисс, пропорциональна объему жидкости, которая подается поршнем за один ход, то есть рабочему объему насоса (рис. 4.9).

Допустим, что в момент времени t кривошип занимает положение, которое определяется углом φ. За промежуток времени dt кривошип обернется на угол dφ. Выделим на синусоиде элементарную площадь шириной dφ (dt) и высотой .

Элементарная площадь (объем) с учетом (4.22) будет равна

.

При условии, что при и вся площадь синусоиды

Таким образом, площадь синусоиды отвечает объему , описанному поршнем за один ход.

В однопоршневом насосе одностороннего действия нагнетание происходит за один ход поршня, а второй его ход служит для всасывания перекачиваемой жидкости в цилиндр. Поэтому график подачи такого насоса за один оборот кривошипа изображается кривой (рис. 4.9).

Если бы подача насоса осуществлялась равномерно за два хода поршня, то ее можно было бы представить прямоугольником , площадь которого равновелика площади, ограниченной синусоидой и осью абсцисс.

Приняв, что при , правомерно

(4.24)

то есть, площадь прямоугольника также пропорциональна объему , описанному поршнем за один ход.

Для однопоршневого насоса одностороннего действия степень неравномерность подачи

. (4.25)

Понятно, что более совершенной является конструкцией насоса, которая обеспечивает более равномерную подачу рабочей жидкости, то есть степень неравномерности подачи которой ближе к единице.

Для выравнивания подаче применяют поршневые насосы многократного действия (двукратного и более), например, однопоршневой насос двустороннего действия (рис. 4.2, 4.4). При построении графика подачи насоса двустороннего действия (рис. 4.10) объем, занятый штоком поршня в одной из полостей цилиндра, не учитывался.

Рис. 4.10. График подачи однопоршневого насоса двустороннего действия

Средняя (идеальная) подача поршневого насоса двустороннего действия с кривошипным приводом согласно (4.1)

.

Пренебрегая площадью штока (f = 0), среднюю подачу можно выразить как

. (4.26)

В соответствии с этим степень неравномерность подачи однопоршневого насоса двустороннего действия равняется

,

то есть степень неравномерности подачи однопоршневого насоса двустороннего действия в два разы меньше, чем однопоршневого насоса одностороннего действия.

Двухпоршневые насосы выполняются двустороннего действия со смещением кривошипов один относительно другого на 90^0. При построении графика подачи (рис. 4.11) стеснение двух полостей насоса штоками поршней не учитывалось.

Максимальная подача двухпоршневого насоса двустороннего действия (рис. 4.11)

.

В соответствии с (4.26) средняя подача двухпоршневого насоса двустороннего действия

.

Степень неравномерность подачи двухпоршневого насоса двустороннего действия равняется

. (4.27)

При учете объема, который занимают штоки в полостях цилиндров, расчетная формула (4.27) принимает вид [39]

. (4.28)

В соответствии с (4.28) при отношении значение ; при имеем .

Трехпоршневые насосы всегда выполняются одностороннего действия. На графике подачи такого насоса (рис. 4.12) части синусоид: a₁b₁с₁ - график подачи цилиндра, поршень которого приводится в действие кривошипом а; a₂b₂с₂ - график подачи цилиндра, поршень которого приводится в действие кривошипом b; a₃b₃с₃ - график подачи цилиндра, поршень которого приводится в действие кривошипом с. Кривошипы расположены под углом 120⁰ один к другому. Суммарный график подачи трехпоршневого насоса показан сплошной волнообразной линией.

Максимальная подача трехпоршневого насоса

.

В соответствии с (4.23) средняя подача трехпоршневого насоса

.

Степень неравномерность подачи трехпоршневого насоса равняется

.

У всех рассмотренных насосов график всасывания ничем не отличается от графика подачи (графика нагнетания).

У дифференциального насоса (рис. 4.5) график подачи одинаковый с графиком подачи насоса двустороннего действия, а график всасывания таков же, как у насоса одностороннего действия.

Из изложенного выше следует, что наиболее равномерную подачу (наименьшая степень неравномерности) имеют трехпоршневые насосы. Еще более равномерную подачу обеспечивают пяти- и семипоршневые насосы, в которых степень неравномерности подачи составляет 1,016 и 1,008 соответственно. Однако увеличение количества поршней в насосе усложняет его изготовление и эксплуатацию. Поэтому многопоршневые (многоплунжерные) кривошипные насосы используются лишь в тех случаях, когда особые требования к работе насосов оправдывают сложность их конструкции.

Текущая подача многопоршневого кривошипного насоса с углом между смежными кривошипами [углом сдвига фаз работы поршней (плунжеров)] (z - число поршней) определяется суммой подач отдельных цилиндров

.