Возвратно-поступательные (поршневые) насосы

В объемных насосах силовое взаимодействие рабочего органа с жидкостью происходит в замкнутых объемах (рабочих камерах), которые попеременно сообщаются с полостями всасывания и нагнетания. При работе насоса рабочая камера сначала заполняется жидкостью (всасывание), а затем жидкость вытесняется из неё (нагнетание). Этот процесс повторяется многократно. Рабочий орган, который обеспечивает заполнение рабочей камеры жидкостью, а потом вытесняет её, называют вытеснителем.Наиболее распространенным вытеснителем является поршень.

У объемного насоса может быть одна или несколько рабочих камер величиной (объемом) W_к. Общее число рабочих камер z определяет величину рабочего объема насоса W₀. Под рабочим объемом W₀ понимают идеальное количество жидкости, которое насос может подать за один цикл работы. Циклом работы для большинства объемных насосов является один оборот его вала. У некоторых насосов каждая рабочая камера за один оборот вала может совершить две или более подачи жидкости. Это называется кратностью работы насоса k. Таким образом, рабочий объем насоса может быть определен по формуле:

W₀=W_к∙z∙k.

Рабочий объем W₀ является важнейшим параметром насоса. Он во многом определяет его габариты и эксплуатационные показатели: подачу жидкости, полезную и потребляемую мощности. На практике применяются насосы с переменными рабочими объемами. Такие насосы принято называть регулируемыми. А изменения рабочего объема насоса в процесс его работы – регулированием насоса.

Как было отмечено выше, рабочая камера соединяется с полостями всасывания и нагнетания попеременно. Это приводит к свойствам, характерным для объемных насосов и отличающих их от динамических насосов.

Первым из этих свойств является герметичность. Так как практически у всех объемных насосов рабочая камера в любой момент времени соединена или с полостью всасывания, или с полостью нагнетания, то эти трубопроводы также разделены.

Отделение всасывающей полости насоса от напорного трубопровода приводит к возможности создания в ней весьма значительного разряжения. Последнее позволяет перед началом нагнетания обеспечить подъем жидкости во всасывающем трубопроводе до уровня насоса и заполнить этот трубопровод жидкостью. Данное свойство называют самовсасыванием. Высота всасывания в этом случае ограничивается давлением насыщенных паров жидкости.

Объемные насосы отличаются также большой жесткостью характеристики, т.е. увеличение давления насоса, вызванное сопротивлением в напорном трубопроводе, приводит к весьма небольшому уменьшению подачи насоса. Кроме того, скорость движения рабочего органа насоса незначительно влияет на изменение жесткости его характеристики, и эти насосы не требуют высоких скоростей для получения больших давлений. При этом объемные насосы могут перекачивать жидкости существенно большей вязкости, чем динамические.

Кроме указанных положительных свойств, отличающих объемные насосы от динамических, необходимо отметить их наиболее существенный недостаток – неравномерность подачи. Объемные насосы нагнетают жидкость отдельными порциями, величина которых определяется объемом рабочей камеры. Количество таких порций на один оборот вала насоса зависит от его конструкции, т.е. от числа рабочих камер и кратности их работы. Но в любом случае подача объемного насоса всегда носит, в той или иной степени, пульсирующий (неравномерный) характер.

Объемные насосы, используемые в различных отраслях техники, весьма различны по конструкции и имеют разные эксплуатационные параметры. По характеру движения рабочего органа во всём многообразии объемных насосов выделяют две большие группы: возвратно-поступательные (поршневые) и роторные.

Возвратно-поступательные (поршневые) насосы имеют два характерных отличия, которые во многом определяют их свойства и эксплуатационные параметры. Первым из этих отличий является неподвижность рабочей камеры относительно корпуса насоса. При неподвижной рабочей камере ее попеременное соединение с полостями всасывания и нагнетания обеспечивается за счет впускного и выпускного клапанов. Второе отличие поршневых насосов – наличие клапанов.

Роторные насосы, в отличие от возвратно-поступательных, имеют подвижные рабочие камеры, которые в процессе работы перемещаются относительно корпуса. Кроме того, у роторных насосов отсутствуют клапаны. Попеременное соединение рабочих камер с полостями всасывания и нагнетания обеспечивается за счет их переноса от полости всасывания к полости нагнетания и обратно (обычно по окружности).

Рассмотрим устройство, принцип работы и параметры наиболее распространенных объемных насосов.