Поршневой насос: принцип работы, устройство, действие

Принцип работы поршневого насоса

Поршневой насос работает по принципу принудительного вытеснения. Поршневой насос состоит из поршня, который движется вперед-назад в цилиндре.

Поршень соединен с коленчатым валом с помощью шатуна. Поршень движется, когда шатун перемещается благодаря движению коленчатого вала. Коленчатый вал соединяется с двигателем, который вращает его.

Цилиндр насоса соединен с всасывающей и нагнетательной трубами с всасывающим клапаном и нагнетательным клапаном. Всасывающий и нагнетательный клапаны действуют как обратные клапаны, которые позволяют потоку жидкости течь в одном направлении. Жидкость всасывается в цилиндр через впускной клапан. Жидкость выходит из цилиндра насоса через выпускной клапан.

Поршневой насос работает следующим образом:

Работа поршневого насоса

Как видно из приведенной выше схемы, когда коленчатый вал находится в положении А, поршень занимает крайнее левое положение внутри цилиндра. При вращении коленчатого вала от A до C (θ = от 0 ° до 180 °) поршень в цилиндре перемещается в крайнюю правую сторону.

Во время правостороннего движения поршня внутри цилиндра создается частичный вакуум. Однако атмосферное давление действует на поверхность жидкости в картере, и это давление выше, чем давление в цилиндре.

Из-за разницы внутреннего давления в цилиндре и давления в картере насос всасывает жидкость из картера во всасывающую трубу.

Жидкость открывает впускной клапан насоса и начинает поступать в цилиндр. По завершении процесса всасывания коленчатый вал поворачивается от C до A (θ = 180° до θ = 360°), и поршень также перемещается из правого положения цилиндра в левое.

Когда поршень внутри цилиндра перемещается влево, он уменьшает объем цилиндра. По этой причине внутреннее давление жидкости в цилиндре становится выше атмосферного давления.

Когда поршень давит на жидкость и внутреннее давление в цилиндре становится выше атмосферного, впускной клапан закрывается, а выпускной клапан открывается, и жидкость поступает в напорный трубопровод и подается в нужное место.

Устройство и принцип действия поршневых насосов

Поршневым насосом называется возвратно-поступательный насос, у которого рабочие органы выполнены в виде поршней. По количеству поршней эти насосы разделяются на однопоршневые, двухпоршневые, трехпоршневые и многопоршневые. По числу циклов нагнетания и всасывания за один двойной ход поршня различают насосы одностороннего действия, двустороннего действия и дифференциальные.

Схема однопоршневого насоса одностороннего действия представлена на

рис. 3.1.

При движении поршня вправо в левой полости цилиндра и в рабочей камере создается разрежение. За счет разрежения верхний нагнетательный клапан К_н прижимается к седлу, а нижний всасывающий клапан К_в приподнимается, и в создавшийся зазор по всасывающей трубе засасывается жидкость из источника в рабочую камеру. При движении поршня влево в рабочей камере создается повышенное давление, под действием которого всасывающий клапан К_в закрывается, а нагнетательный клапан К_н приподнимается, и жидкость вытесняется из цилиндра в напорный трубопровод.

При многократном возвратно-поступательном движении поршня вода перемещается по всасывающей трубе через цилиндр насоса в нагнетательную трубу и дальше к месту потребления. При этом подача жидкости в нагнетательную линию оказывается неравномерной, что является существенным недостатком насосов одностороннего действия. Для устранения этого недостатка применяются насосы двустороннего действия.

На рис. 3.2 представлена схема насоса двустороннего действия (с двумя рабочими камерами). Процесс всасывания в одной камере идет одновременно с процессом нагнетания в другой.

Для обеспечения равномерности подачи применяются дифференциальные насосы (поршневые и плунжерные). На рис. 3.3 показана схема дифференциального насоса с диаметрами поршней D₁ и D₂. На всасывающей стороне он работает как насос одностороннего действия, на нагнетательной стороне – как насос двустороннего действия. Его отличительной особенностью является то, что за один оборот вала кривошипа он производит всасывание за один ход поршня, а нагнетание жидкости – в течение обоих ходов поршня, вытесняя ее поочередно из камер А и Б в нагнетательный трубопровод.

По направлению оси движения рабочих органов поршневые (плунжерные) насосы могут быть горизонтальными и вертикальными.

Основные понятия, применяющиеся в теории насосов

На рис. 3.4 показана схема насосной установки, состоящей из насосного агрегата 1, в состав которого входят насос и двигатель (на схеме двигатель не показан), всасывающей трубы 2 и напорного трубопровода 3, отводящего из насоса жидкость к месту назначения.

В нижней части всасывающей трубы имеется сетка 4, предохраняющая всасывающую трубу от попадания посторонних предметов и обратный клапан, необходимый для заливки насоса жидкостью перед пуском (в лопастных насосах) и предупреждающий обратное движение жидкости в случае остановки насоса.

В теории насосов применяется ряд терминов и определений, относящихся к насосам всех типов, в том числе и к поршневым насосам.

В работающем насосе жидкости сообщается дополнительная энергия, которая расходуется на преодоление сопротивлений в напорном трубопроводе и на подъем жидкости в резервуар. Вертикальное расстояние h_вс от свободной поверхности водоема до центра насоса называется вакуумметрической высотой всасывания. Потери энергии во всасывающем трубопроводе называются потерями при всасывании Вертикальное расстояние h_н от центра насоса до уровня воды в резервуаре называется геодезической высотой нагнетания. Потери энергии в напорной линии называются потерями при нагнетании. Сумма геодезических высот h_вс + h_н, сложенная с суммой потерь энергии в системе, называется напором насосаН:

Напор, развиваемый насосом, представляет собой количество энергии, сообщаемое насосом единице массы перекачиваемой жидкости. Напор измеряется в метрах столба перекачиваемой жидкости или в единицах давления.

Напор, развиваемый работающим насосом, можно определить также по формуле (7.9) с использованием показаний вакуумметра и манометра, которыми обычно оборудуются насосные установки (рис. 3.4):

h_м – показание манометра, выраженное в метрах столба перекачиваемой жидкости;

h_в – показание вакуумметра, выраженное в метрах столба перекачиваемой жидкости;

Δh – вертикальное расстояние между точками присоединения манометра и вакуумметра, м;

w_н, w_в – скорости в нагнетательной и всасывающей линиях (в местах присоединения манометра и вакуумметра), м/с;

Одним из основных технических показателей насоса является также давление насоса р:

Напор насоса Н и давление насоса р связаны между собой зависимостью

Достоинства и недостатки

Аксиально-поршневой гидромотор и гидравлический насос данного типа при сравнении с радиальными и паровыми устройствами отличаются следующими достоинствами:

При достаточно компактных размерах и небольшом весе такие устройства обладают внушительной мощностью и достойной производительностью.
За счет компактных размеров и небольшого веса насосы, относящиеся к аксиально-поршневому типу, при работе создают небольшой момент инерции.
Частоту вращения выходного вала аксиально-поршневого гидромотора регулировать очень легко.
Данные устройства эффективно функционируют даже при достаточно высоком давлении рабочей среды и при этом создают соответствующий крутящий момент выходного вала.
В таких установках можно изменять объем рабочей камеры, чего не удается достичь при использовании гидронасосов и гидромоторов радиально-поршневых.
Частота, с которой вращается выходной вал гидромоторов данного типа, в зависимости от модели может находиться в диапазоне 500–4000 об/мин.
В отличие от насосов радиально-поршневых, которые могут работать при давлении рабочей жидкости, не превышающем значение 30 мПа, аксиальные установки способны функционировать при давлении, доходящем до 35–40 мПа. При этом потери величины такого давления будут составлять всего 3–5%.
Поскольку поршни аксиальных насосов устанавливаются в рабочих камерах с минимальными зазорами, достигается высокая герметичность таких установок.
При использовании насосов данного типа можно регулировать как направление подачи, так и давление рабочей жидкости.

Регулируемый аксиально-поршневой гидромотор применяется на погрузчиках, экскаваторах и автокранах

Как и у любых других технических устройств, у аксиально-поршневых насосов есть недостатки:

Такие насосы стоят достаточно дорого.
Сложность конструктивной схемы значительно затрудняет ремонт аксиально-поршневых гидронасосов.
Из-за не слишком высокой надежности эксплуатировать гидравлические механизмы данного типа следует только согласно инструкции, иначе можно столкнуться не только с невысокой эффективностью работы такого устройства, но и с его частыми поломками.
При использовании насосного оборудования данного типа жидкость в гидравлическую систему подается с большой пульсацией и, соответственно, расходуется неравномерно.
Из-за высокой пульсации, характерной для функционирования таких насосов, гидравлика, которой оснащена трубопроводная система, может работать некорректно.
Гидравлические механизмы аксиально-поршневого типа очень критично реагируют на загрязненную рабочую среду, поэтому использовать их можно только с фильтрами, размер ячеек которых не превышает 10 мкм.
Аксиально-поршневые гидравлические устройства из-за особенностей своей конструкции издают при работе значительно больше шума, чем модели насосов и гидравлических моторов пластинчатого и шестеренного типа.

К аксиально-поршневому типу, как упомянуто выше, могут относиться не только гидравлические насосы, но и гидромоторы. Принцип работы гидромотора практически идентичен принципу действия аксиально-поршневого насоса. Основная разница состоит в том, что совершается такая работа в обратной последовательности: в устройство под определенным давлением подается жидкость, которая и заставляет двигаться поршни гидромотора, приводящие во вращение его выходной вал.

Классификация поршневых насосов

За принципом функционирования насосы делятся следующим образом:

Несложные по конструкции агрегаты. Подходят для бытового использования. Модельный ряд таких насосов очень широк. Возможна самостоятельная регулировка устройства при незначительных неисправностях. Самые простые модели можно изготовить своими руками. Собственноручно изготовленный агрегат для бытового использования по техническим параметрам практически идентичный промышленно произведённым аналогам;

Конструкция с несколькими цилиндрами. Это немного усложняет процесс ремонта, требуются определённые знания в данной области. Рабочим инструментом выступает не только поршень, но и плунжер. В модельном ряде регулируемые, нерегулируемые насосы с наклонным блоком. Специфика агрегатов в возможности добиться высокого уровня давления, также они имеют неплохие технические характеристики;

Роторно — поршневой для нагнетания высокого уровня давления во всей системе
. Такая конструкция отлично подходит для гидромоторов, но крайне редко используется как насосная станция. Радиально — поршневой насос и гидронасос используются только в условиях, где невозможно добыть воду обычным насосом.

Виды поршневых насосов в зависимости от ключевой рабочей детали:

Поршневой насос.
Поршень по форме дискообразный;
Плунжерный насос.
Цилиндрообразной по форме поршень и плунжер.

Поршневые насосы для воды имеют различный тип привода:

Ручной.
Выполняется периодическое перекачивание различных жидкостей и воды при ручном управлении;
Прямодействующий.
Поршень насоса и поршень мотора составляют единое устройство;
Приводной.
Наличие или отсутствие кривошипно-шатунного механизма.

На агрегате для мойки или дома может быть установлено один, два или три цилиндра. Также насосы могут создавать высокое, среднее или низкое давление.

Классификация в зависимости от частотности вращения поршня:

Тихоходные.
Выполняется в пределах 40-80 ходов за минуту;
Средней быстроходности.
Количество ходов от 50 до 80;
Быстроходные.
Выполняется от 150 до 350 ходов в минуту.

В зависимости от способа действия выделяют следующее насосное оборудование для воды:

Одинарного действия.
С одной рабочей камерой;

Двойного действия.
Вода поступает намного равномернее из-за двух рабочих камер. Потому при одном обороте поршня жидкость нагнетается дважды.

Насосы могут перекачивать различную жидкость:

Обычные холодную воду;
Горячие горячую воду;
Буровые различные растворы;
Кислотные кислотные вещества и т. д.

Устройство и принцип работы поршневого насоса

Насосы для воды на основе поршня используются в том случае, если более мощный жидкостный насос другого типа или насосы высокого давления не рентабельно использовать на небольшом участке.

Его можно применять в автономной системе водоснабжения из скважины, или же использовать ручной вариант. Ручной поршневой насос используется в том случае, если на даче нет света или же водопотребление не слишком большое или для опрыскивателя растений.

Устройство ручного поршневого насоса

Он состоит из таких элементов:

цилиндрический корпус;
шток;
поршень;
входная труба;
клапан в нижней крышке устройства;
выходная труба.

Поршень располагается внутри цилиндрического корпуса. В верхней крышке корпуса расположено отверстие (фланец) со специальной резиновой прокладкой. Через отверстие проходит шток, который одни краем приварен к поршню. Резиновая прокладка при этом отвечает за герметичность цилиндра и поддерживает высокое давление в нем.

Цикл работы

В поршне имеется клапан обратного типа. Он впускает воду, но препятствует ее выходу назад. Точно такой же клапан располагается внутри впускной трубки в нижней крышке цилиндра. При подъеме штока вверх, он тянет за собой поршень. При этом в подпоршневом пространстве образуется область разряженного давления, в которую всасывается вода через нижний клапан. Дальше поршень начинает движение вниз, создавая давление на нижний клапан. Он закрывается, и вода проталкивается через верхний клапан в пространство над поршнем.

Второй цикл движения поршня в верхнем направлении выдавливает жидкость в выпускную трубку. Оттуда она попадает в водоканал и двигается к крану, после чего весь цикл работы повторяется снова. Входная трубка устройства обычно выполнена из жестких материалов, так как она не должна склеиваться под действием втягивающего усилия. С этой целью используется армированный шланг или пластиковый трубопровод.

Жидкостный поршневой насос высокого давления, в отличии от глубинных приборов, устанавливается над входом в скважину или колодец. А всасывание происходит через длинный шланг. При этом шток фиксируется на гидродвигатель, если модель представляет собой электронасос, или на металлическое коромысло, если приобретался ручной насос для воды.

В качестве клапанов устройства обычно используется либо шарик, либо мембрана в насосе мембранно поршневого типа. В первом случае, в качестве закрылки конического отверстия используется шарик из стекла, жесткого пластика или эбонита. Особенность мембранного типа заключается в том, что в качестве закрылки используется резиновая пластина, фиксированная с одной стороны.

Кулачковый роторно-поршневый насос

Максимальная глубина, с которой забирает воду поршневой насос с такой конструкцией, не превышает 8 метров. Если зеркало воды относительно расположения устройства находится ниже, атмосферное давление будет препятствовать закачке. Существуют модели и для глубоких водоемов, но конструкция у них отличается. Дюралюминиевый шток у них входит не через фланец, а через выпускную трубку на верхней крышке. Такое устройство усиливает давление в цилиндре и поднимает воду с глубины до 30 метров. Прибор работает при погружении в толщу воды на 1,5 м.

Радиально поршневой насос

Радиально поршневой насос – это объемный насос, в конструкции которого, ось ведущего вала перпендикулярна осям движения рабочих поршней или угол между ними составляет величину не меньше 45°. Механизмы, угол которых меньше 45° относят к аксиальному типу.

Радиально поршневой насос часто называют радиально-плунжерным.

Такие насосы применяю в гидравлических системах с большим давлением. Наиболее часто они применяются в установках с давлением до 32 МПа, бывают и агрегат работающие на большем давлении и достигают значений в 100 МПа. Агрегаты радиально поршневого типа ограничены в частоте вращения вала до 1500 об/мин. Это обусловлено большой инерционностью вращающихся частей.

Устройство

Можно выделить два вида конструкции, таких гидравлических систем:

Гидронасос с эксцентричным ротором. На схеме под буквой А
Гидронасос с эксцентричным валом. На схеме под буквой Б

Устройство с эксцентричным ротором

Главной частью является ротор со встроенными в него поршнями. Поршней может быть много и располагаться они могут в несколько рядов. Ротор вращается в корпусе(Статоре). Ось ротора установлена со смещением центра относительно оси статора на величину «е» как показано на рисунке. Системы забора и нагнетания расположены в центре и отделяются друг от друга специальной перемычкой.

Устройство с эксцентричным валом

В данном устройстве гидравлической системы, поршни располагаются в статоре насоса. Ось статора и вала совпадают, но на вале есть специального рода кулачек, смещенный по отношению к статору на расстояние «е». Такие гидравлические установки имеют клапанное распределение. При сжимании рабочей камеры клапан всасывания закрывается и открывается клапан нагнетания. При расширении рабочей камеры происходит обратная ситуация.

Принцип работы

Ротор вращается в статоре (корпусе) вместе с поршнями, поршни скользят по корпусу, плотно прижимаясь к нему за счет пружин. В результате вращения ротора, поршни совершают возвратно-поступательные движения. Поршни двигаясь по кругу переключаются между двумя фазами:

Фаза всасывания. Поршень совершает выдвижение, рабочая камера увеличивается,клапан нагнетания закрывается и открывается клапан всасывания, он соединён с отверстием забора жидкости. Поршень движется по кругу до максимальной точки его выдвижения.
Фаза нагнетания. Поршень переключается на отверстие нагнетания, и начинает вдвигаться, клапан всасывания закрывается и открывается клапан нагнетания, рабочая камера уменьшается в результате чего создается давление и жидкость вытесняется из насоса. Поршень находится в данной фазе до максимальной точки сжатия рабочей камеры, а затем переключается на фазу всасывания.

Радиально поршневой насос может быть двух и более кратного действия. Это означает что один плунжер совершает несколько рабочих ходов за одно вращение ротора. Такой эффект достигается за счет специального изменения поверхности статора.

Вычисление производительности

Q – производительность насоса;

e – эксцентриситет, смещение относительно оси вращения вала на рисунках выше также обозначался как «е»;

L – ход плунжера в цилиндре, в стандартной ситуации L=2*e;

a – число плунжеров в блоке;

Производительность в регулируемых насосах, регулируется изменение величины отклонения оси «e».

Достоинства и недостатки радиально поршневых насосов

Производят высокое давление в гидравлической системе;
Есть модели с опцией регулирования рабочего объема подачи;
КПД находится на достаточно высоком уровне при большом давлении;
Высокая энергоемкость на единицу массы;

Сложное устройство, небольшая надежность;
Необходимость специфичной обработки деталей, а также сложное строение самого насоса приводит к высокой цене на данные агрегаты;
Нужна тонкая фильтрация рабочей жидкости;
Высокая пульсация подачи и расхода;
Занимают много места;
Низкий вращающий момент основного вала;

Устройство

Плунжерный насос обладает относительно простой конструкцией. Среди особенностей отметим нижеприведенные моменты:

Рабочая камера. Она представлена герметичным корпусом, который во внутренней части имеет зеркальную поверхность. За счет этого существенно упрощается ход подвижного элемента. Рабочая камера является частью цилиндра, которая определяется максимальным ходом штока. Поверхность цилиндра изготавливается при применении материала, который характеризуется высокой устойчивостью к воздействию жидкости.
Для отвода и подвода жидкости предназначены напорная и всасывающая трубка. Они могут иметь различный диаметр. Кроме этого, подобный конструктивный элемент может иметь систему клапанов, которые существенно повышают эффективность механизма.
Поршень создает давление в системе. Устройство поршневого насоса имеет поршень, за счет которого проводится перекачивание жидкости. Он изготавливается при применении нескольких уплотнительных материалов. За счет этого поршень может ходить по цилиндру и при этом создавать вакуум. Именно на поверхность поршня оказывается серьезное давление. Некоторые варианты исполнения разборные, за счет чего можно провести ремонт. К примеру, при длительной эксплуатации изнашиваются уплотнители, которые можно заменить при необходимости для существенного продления срока службы механизма. Однако, встречаются и неразборные варианты исполнения, ремонт которых возможен только в специальных мастерских.
Поршню передается усилие через шток. При изготовлении этого элемента применяется качественная сталь с повышенной жесткостью и прочностью. Кроме этого, применяемые материалы характеризуются высокой коррозионной стойкостью, за счет чего существенно продлевается эксплуатационный срок конструкции. Этот элемент связан с приводом, через который передается усилие. При слишком высокой нагрузке шток может существенно деформироваться.

Устройство насоса

Возвратно-поступательное движение передается от электрического двигателя через специальный механизм, который преобразует вращение. Современные варианты исполнения компактные, они могут устанавливаться для работы под открытом небом или в помещении. Кроме этого, при изготовлении корпуса применяется металл, обладающий высокой защитой от воздействия окружающей среды.

Устройство двусторонней модели имеет довольно большое количество особенностей:

Есть цилиндр и поршень, а также шток. Эти элементы немного отличаются в сравнении с теми, которые применяются при создании одностороннего механизма.
В отличии от предыдущего варианта исполнения, у рассматриваемого две рабочей камеры.
Две рабочие камеры имеют собственные нагнетающие и всасывающие клапана.

https://youtube.com/watch?v=xV-cwbgCyIw

Несмотря на существенное увеличение эффективности работы поршневого насоса, его конструкция довольно проста. В этом случае каждый ход предусматривает всасывание и выталкивание жидкости. Это существенно повышает значение КПД.

Водоструйные насосы

Принцип
действия водоструйного насоса или гидро элеватора основан на передаче
кинетической энергии рабочей жидкостью перекачиваемой жидкости. Рабочая
(вспомогательная) жидкость обладает большим запасом энергии по сравнению с
запасом энергии перекачиваемой жидкости. Перекачка происходит за счет действия
одно го потока жидкости с большим запасом энергии, на другой без каких-либо
промежуточных механизмов. Установка гидроэлеватора состоит из вспомогательного
(питательного) насоса 1, подающего трубопровода 2, гидроэлеватора 3,
всасывающего трубопровода 4, напорного трубопровода 5. Вода под большим
давлением проходит суживающийся насадок гидроэлеватора 3.

Вследствие
резкого увеличения скорости в сужения насадка гидроэлеватора давление р в
камере смешения падает и становится меньше атмосферного. Под действием
атмосферного давления жидкость из резервуара

Поршневой насос для воды используется для выкачки жидкости из скважин и колодцев, глубина которых не превышает 10 м. Такое устройство значительно превосходит центробежные модели в плане требуемых затрат электроэнергии и по своей продуктивности.

Кроме того, на небольших дачных участках, где источники воды находятся сильно далеко от электросети, выгоднее использовать ручные поршневые насосы.

Поршневой воздушный насос

Поршневой воздушный насос, всасывающий газ или воздух при давлении ниже атмосферного и выталкивающие их в атмосферу, называются вакуум-насосом.

В пищевой промышленности вакуум-насосы применяются главным образом, для отсасывания несконденсировавшихся паров и газов в выпарных станциях, варочных станциях заводов и фабрик, оборудованных вакуум-аппаратами, а также для создания вакуума в секциях вакуум-фильтров. Чаще применяются вакуум-насосы низкого вакуума, которые создают у своего всасывающего патрубка вакуум до 92-95% от атмосферного давления.

По принципу действия поршневой воздушный насос является компрессором, всасывающим газ при пониженном давлении, сжимающим его, а затем нагнетающим этот газ. Хотя практически давление давление нагнетания не намного превышает атмосферное, степень сжатия в поршневом воздушном насосе значительно больше, чем в обычном компрессоре.

При такой степени сжатия объемный КПД выходит небольшим – около 35%. Для повышения объемного КПД используют технические методы выравнивания давления на всасывании и нагнетании насоса, таким образом достигается высокий объемный КПД.

Преимущества и недостатки поршеного и плунжерного насоса

Огромным преимуществом насоса является его надежность и высокая ремонтопригодность. Эти два параметра вытекают не только из принципа работы, но и из конструкции насоса — насос изготавливается из высокопрочных материалов. Насос способен работать со средами у которых высокие требования к условиям пуска. Огромные преимуществом этого типа насосов, в отличии от циркуляционных насосов, является наличие возможности “сухого” всасывания, которым может похвастаться не каждый насос.

Из недостатков следует отметить низкую производительность. В настоящее время на рынке существуют модели, где этот показатель находится на приемлемом уровне, но у таких насосов отмечаются повышенные требования к параметрам эксплуатации, что выливается в высокую стоимость насоса.

Применение поршневого и/или плунжерного насоса

В насосах вытеснения величина напора принципиально не ограничена. Повышение же подачи может быть достигнуто лишь увеличением конструктивных размеров и числа рабочих ходов (числа оборотов).

В поршневых и плунжерных насосах, вследствие цикличности движения тела вытеснения поток жидкости является неустановившимся, и повышение скорости потока, а следовательно, и подачи за счет увеличения числа оборотов ограниченно явлениями инерции.

Отсюда областью применения поршневых и плунжерных насосов становятся высокие давления при относительно малых подачах.

В прессовых установках и химической промышленности строятся насосы с напором в 1000 атмосфер и более. Специализированные поршневые насосы допускается использовать при работе с агрессивными средами, взрывоопасными смесями и некоторыми видами топлива. Но область применения этого типа насосов не ограничивается только промышленной сферой. Эти насосы применяют так же для обеспечения чистой водой в бытовых нуждах.

Хотя поршневой жидкостный насос не рассчитан на большие объемы циркуляции, но отличается высокой надежностью и при своевременном техническом уходе способен проработать очень длительный срок.

Поршневой насос относится к типу насосов вытеснения. Для составления мнения об этом типе насосов прочитайте статью о винтовых насосах.

Поршневые насосы занимают отдельную нишу на рынке, они удовлетворяют требования как частных пользователей, так и потребности крупных производств. Потребность же насосов этого типа в бытовых нуждах обусловлена как простотой их конструкции и нетребовательностью содержания, так и высоким эксплуатационным ресурсом техники этого типа.

Упражнения

Упражнение №1

На какую высоту можно поднять воду обычным поршневым насосом (рисунок 2) при нормальном атмосферном давлении?

Важно понимать, что не мы тащим воду наверх, а атмосферное давление толкает жидкость. Поднимая руками поршень, мы создаем безвоздушное пространство, из-за чего давление снаружи поршня становится больше и выталкивает жидкость

И подобно тому, как человек не может поднять руками грузовик, атмосферное давление не бесконечно и поднимет столб жидкости определенной высоты.

Жидкость будет подниматься до тех пор, пока ее давление меньше атмосферного. То есть, когда давление столба жидкости будет равно атмосферному, высота столба будет наибольшей.

Дано:$p = 101 \space 300 \space Па$$\rho = 1000 \frac{кг}{м^3}$$g = 9.8 \frac{Н}{кг}$

$h — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

Давление столба жидкости мы можем рассчитать по формуле:$p = \rho gh$, где:

$p$ — давление столба жидкости и величина нормального атмосферного давления ($760 \space мм \space рт. \space ст.$ или $101 \space 300 \space Па$);
$\rho$ — плотность воды ($1000 \frac{кг}{м^3}$);
$g$ — ускорение свободного падения.

Значит, мы можем выразить высоту $h$ из этой формулы и рассчитать ее:$h = \frac{p}{\rho g}$,$h = \frac{101 \space 300 \space Па}{1000 \frac{кг}{м^3} \cdot 9.8 \frac{Н}{кг}} \approx 10.3 \space м$.

Таким же образом можно рассчитать предельную высоту подъема для других жидкостей, если мы знаем их плотность.

Ответ: $h \approx 10.3 \space м$.

Упражнение №2

На какую наибольшую высоту вручную можно поднять спирт, ртуть поршневым насосом (рисунок 2) при нормальном атмосферном давлении?

Дано:$\rho_1 = 800 \frac{кг}{м^3}$$\rho_2 = 13 \space 600 \frac{кг}{м^3}$$p = 101 \space 300 \space Па$$g = 9.8 \frac{Н}{кг}$

$h — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

Максимальная высота столба жидкости будет достигнута в тот момент, когда давление жидкости будет равно атмосферному давлению. Рассчитаем эти высоту для спирта и ртути, используя формулу:$p = \rho gh$.

Максимальная высота столба спирта:$h_1 = \frac{p}{\rho_1 g}$,$h_1 = \frac{101 \space 300 \space Па}{800 \frac{кг}{м^3} \cdot 9.8 \frac{Н}{кг}} \approx 12.9 \space м$.

Максимальная высота столба ртути:$h_2 = \frac{p}{\rho_2 g}$,$h_2 = \frac{101 \space 300 \space Па}{13\space 600 \frac{кг}{м^3} \cdot 9.8 \frac{Н}{кг}} \approx 0.76 \space м$.

Ответ: $h_1 \approx 12.9 \space м$, $h_2 \approx 0.76 \space м$.

Упражнение №3

Объясните работу поршневого насоса с воздушной камерой (рисунок 4), где 1 — поршень; 2 — всасывающий клапан; 3 — нагнетательный клапан; 4 — воздушная камера; 5 — рукоятка.Какую роль играет в этом насосе воздушная камера? Можно ли поднять этим насосом воду с глубины, большей $10.3 \space м$?

Посмотреть ответ

Скрыть

Ответ:

Поднимаем рукоятку. Поршень идет вверх, нагнетательный клапан закрывается. Открывается всасывающий клапан, и вода под действием атмосферного давления поступает внутрь насоса.

Далее опускаем рукоятку — поршень идет вниз. Всасывающий клапан закрывается под давлением воды, а нагнетательный клапан в это время открывается. Вода попадает в воздушную камеру и под действием давления воздуха выходит наружу.

Таким насосом мы можем поднять воду с глубины, большей $10.3 \space м$. Это возможно, так как вода поднимается не только под действием атмосферного давления, но и под действием давления сжатого воздуха в воздушной камере.

Как рассчитать КПД рециркуляционного насоса?

КПД насоса — это соотношение между выходной и входной мощностью. Эффективность поршневого насоса можно рассчитать по следующей формуле:

КПД = выходная мощность / входная мощность

В приведенном выше уравнении выходная мощность может быть рассчитана путем умножения расхода жидкости на повышение давления. В то время как входная мощность может быть рассчитана путем умножения крутящего момента на скорость. Для расчета входной и выходной мощности используйте приведенные ниже формулы:

Выходная мощность = Рост давления * Поток

Входная мощность = крутящий момент * скорость

Объемный КПД и механический КПД также являются разновидностями КПД насоса.

Механический КПД связан с давлением и крутящим моментом. Механический КПД вашего насоса показывает, насколько насос преобразует входной крутящий момент в выходное давление.

Объемный КПД связан со скоростью и расходом. Объемный КПД говорит о том, насколько хорошо насос преобразует скорость на входе в расход на выходе.

Поэтому общий КПД поршневого насоса равен произведению объемного КПД и механического КПД.

Используя приведенные ниже уравнения, вы можете легко рассчитать расход (Q), крутящий момент (T), мощность вала и гидравлическую мощность вашего насоса:

Формулы эффективности поршневого насоса

В приведенных выше уравнениях мощность на валу представляет собой входную мощность, а гидравлическая мощность — выходную мощность.

Поршневой жидкостной насос

Принцип работы поршневого насоса

Устройство и принцип действия поршневых насосов

Достоинства и недостатки

Популярные публикации:

Классификация поршневых насосов