§ 22. Основные сборочные единицы насоса

Цилиндр. Предназначен для образования рабочей камеры или камер, его изготовляют в виде одинарного корпуса или блока. Кор­пус насосов одностороннего и двустороннего действия представля­ет собой одиночный цилиндр, корпус насосов с двумя или тремя поршнями или плунжерами — блок, состоящий соответственно из двух или трех цилиндров. Материал для корпуса подбирают в за­висимости от напора, создаваемого насосом, и свойств перекачи­ваемой жидкости. В низконапорных насосах корпус отлит из чугу­на, в средненапорных — из стали, в высоконапорных его делают из стальных поковок, в которых сверлят и растачивают отверстия под поршни, клапаны. Корпуса насосов для перекачки жидкостей, хи­мически действующих на чугун и углеродистые стали, изготовляют из ферросилиция, хромоникелевой и хромистой сталей, высокохро­мистого чугуна и т. п.

Форму корпуса и клапанных камер выбирают так, чтобы ис­ключить возможность образования газовых мешков. На корпусе предусмотрены фланцы для подсоединения насоса к нагнетательно­му и всасывающему трубопроводам, а также соответствующие приливы для присоединения кранов, индикатора, манометра и дру­гих деталей.

Поршень. Предназначен для изменения объема рабочей каме­ры. Дисковые поршни небольших диаметров изготовляют сплош­ными из латуни, чугуна и стали. Наибольшее распространение по­лучили дисковые поршни облегченного типа. Поршень укрепляют на штоке с помощью бурта или конуса с одной стороны и гайки,

навинчиваемой па шток, с другой. Для предотвращения самоотвин­чивания гайку шплинтуют.

Для уплотнения между цилиндром насоса и дисковым порш­нем служат поршневые кольца, имеющие разрез (замок), благода­ря чему они могут пружинить; в несжатом виде наружный диаметр кольца больше внутреннего диаметра цилиндра. Когда поршень вставляют в цилиндр, поршневые кольца прилегают к поверхно­сти цилиндра и создают необходимое уплотнение. Применяют раз­личные формы разрезов (замков) поршневых колец: внахлестку, ступенчатую, косую. Число поршневых колец зависит от давления, создаваемого насосом. Металлические уплотняющие кольца изго­товляют из чугуна и бронзы. Кроме того, для уплотнения исполь­зуют эбонит, текстолит, кожу, резину. В некоторых конструкциях насосов довольно часто встречаются комбинированные уплотне­ния с чугунными разжимными кольцами. Иногда уплотнение до­стигается пришлифовкой поршня к внутренней поверхности ци­линдра или покрытием боковой поверхности поршня баббитом. Уплотнительные поршневые кольца и цилиндры в процессе рабо­ты подвергаются значительному износу, плотность между ними с течением времени уменьшается. Поэтому в современных конструк­циях насосов в цилиндры вставлены легко сменяемые втулки. Пе­риодически во время ремонтов заменяют и сработанные поршне­вые кольца.

Широко распространены насосы с рабочим органом в виде плунжера, изготовленного из чугуна и стали. Поверхность плун­жера тщательно шлифуют и полируют. При малых диаметрах плунжеры делают сплошными, при диаметрах более 100 мм — пустотелыми.

Клапаны. Предназначены для соединения рабочей камеры на­соса с всасывающим или нагнетательным трубопроводом. Клапаны должны быть легкими, закрываться без ударов и в закрытом со­стоянии быть герметичными. В насосах применяют самодействую­щие (автоматические) клапаны, которые открываются под дейст­вием разности давлений над и под клапаном.

В насосах, перекачивающих вязкие жидкости и суспензии, уста­навливают шаровые клапаны (рис. 26), состоящие из корпуса 2, замыкающего органа — шара 1 и крышки 3. Место посадки клапа­на—седло— имеет сферическую форму. Шары изготовляют сплошными или полыми из бронзы, чугуна, эбонита и других ма­териалов.

В поршневых насосах наиболее широко применяют тарельчатые и кольцевые клапаны. Тарельчатый клапан с верхним направлени­ем (рис. 27) состоит из следующих деталей: седла 1, тарелки кла­пана 2, направляющего стержня 4, пружины 3, специальной шайбы 5 и гайки 6, которую шплинтуют для предотвращения самоотвин­чивания во время работы. Направляющий стержень отлит вместе с седлом или изготовлен в виде шпильки, ввинчиваемой в седло клапана. Простые тарельчатые клапаны обычно устанавливают в насосах небольшой подачи.

В насосе одностороннего действия при ходе поршня вправо вса­сывается объем жидкости, равный 5s. При обратном ходе эта жид­кость вытесняется в нагнетательный трубопровод.

Следовательно, теоретическая подача насоса одностороннего действия за один двойной ход равна 5s, а за п оборотов в минуту Q_T=Ssn.

При ходе поршня вправо в насосе двустороннего действия жид­кость поступает в объеме, равном (5—f)s. При обратном ходе поршня жидкостьподается с левой стороны насоса в объеме Ss. Для того чтобы получить теоретическую подачу насоса двусторон­него действия за один двойной ход поршня, необходимо сложить объемы жидкости, подаваемой обеими сторонами насоса:

(S-f)s+Ss = (2S-f)s

При п частоте вращения вала в минуту теоретическая подача на­соса двустороннего действия будет следующая: Q_T—(2S—f)sn.

У насоса с тремя рабочими камерами, работающими на один напорный трубопровод, теоретическая подача будет равна утроен­ной подаче одной рабочей камеры: Q_T=35sn.

Для насоса с четырьмя рабочими камерами Q_T=2(25—f)sn.

Подача дифференциального насоса такая же, как и подача на­соса одностороннего действия, считая по большому диаметру плун­жера.

Теоретическую подачу любого насоса можно подсчитать по формуле Q_T—Ssni_н K_н, где j_н — число рабочих камер насоса; К_н— множитель, учитывающий влияние штока на объем рабочей ка­меры.

Действительная подача насоса меньше теоретической. Отноше­ние действительной подачи к теоретической называется коэффици­ентом подачи или объемным КПД насоса η₀ = Q/Qt, откуда Q = Q_т η₀.

Таким образом, действительную подачу любого поршневого на­соса определяют так: Q=Ssni_н K_нη₀

Напор насоса Н представляет собой энергию, сообщаемую жид­кости в насосе, и обычно выражается в метрах столба перекачивае­мой жидкости: Н=р/ (pg), где р — давление насоса, Па; р — плотность жидкрсти, кг/м³; g— ускорение свободного падения, м/с².

Для оценки расхода мощности N касоса определяют полезную мощность и мощность насоса.

Полезная мощность равна энергии, которая сообщается жидко­сти в единицу времени, и определяется по формуле N_n=Q/p, N_n где полезная мощность насоса, кВт; Q — подача насоса, м³/с; р — давление насоса, Па.

Мощность насоса N — мощность, которую передает насосу дви­гатель, приводящий насос в действие, всегда больше полезной на числовое значение потерь.

КПД насоса η называется отношение полезной мощности к мощности насоса. Следовательно, мощность насоса равна N = N_n/ η

КПД насосной установки учитывает все потери, связанные с передачей энергии от двигателя к нагнетаемой жидкости, и опре­деляется как произведение коэффициентов гидравлического η_г объемного η_о, механического η_м: η=η_г/η_о/η_м

С помощью гидравлического КПД насоса определяют все поте­ри напора на трение И местные сопротивления при движении жид­кости внутри насоса. Объемный КПД учитывает утечку жидкости через зазоры, сальники, а также потери через закрывающийся кла­пан и пр.; механический КПД — все потери при передаче энергии к насосу: трение в подшипниках, сальниках, крейцкопфах и др.

Важными для поршневых насосов параметрами являются также отношение длины хода поршня к диаметру s/D и средняя скорость поршня v_ср. Обычно, чем производительнее насос, тем меньше s/D. Для отечественных насосов числовые значения этих величин нахо­дятся в следующих пределах: s/D = 0,2/2,0; v_ср=0,5/0,9м/с.