Поршневые насосы 

В поршневых насосах жидкость вытесняется в напорный трубопровод поршнем или плунжером (скалкой) через камеру, замыкаемую всасывающим и нагнетательным клапаном (рис. 64). 

Подача поршневого насоса вследствие переменной скорости поршня является пульсирующей и мало зависит от напора ввиду высокой герметичности замыкания рабочих органов. Для уменьшения пульсаций при подаче жидкости поршневые насосы снабжаются воздушными колпаками или выполняются дифференциальными, двойного и тройного действия (рис. 65). 

В насосе простого действия при ходе поршня вправо внутри цилиндра создается разрежение, и за счет разности давления всасывающий клапан Кв открывается и жидкость входит в полость насоса при закрытом нагнетательном клапане Кн. При ходе поршня влево всасывающий клапан Кв закрывается, а нагнетательный клапан Кн открывается; при этом жидкость, находящаяся в рабочей камере, вытесняется в напорный трубопровод. 

При двойном ходе поршня (т. е. за один оборот кривошипа) в напорный трубопровод подается объем жидкости:  - площадь сечения поршня в м2, S — ход поршня в м. Следовательно, теоретическая производительность насоса простого действия при n оборотов в минуту будет  (5.1)  

В действительности насос подает несколько меньший объем жидкости, т. е. действительная производительность Q будет меньше теоретической на величину объемных потерь через неплотности. Если величину этих потерь оценить объемным к. п. д. насоса , то производительность насоса:  (5.2).  

Величина объемного к. п. д. насоса , находится опытным путем, она зависит от размеров насоса, конструкции клапанов и уплотнений, скорости движения поршня. Ориентировочно значения объемного к. п. д. поршневых насосов для чистой воды можно принимать по таблице 7. 

Насосы дифференциального действия (рис. 65д) отличаются от насосов простого действия более равномерной подачей, так как полная подача за двойной ход распределяется равномерно между ходами. В этих насосах при ходе плунжера вправо получается разрежение в насосной камере над всасывающим клапаном, и камера заполняется. Одновременно объем жидкости (равный объему плунжера, выходящему из внутренней полости насоса), вытесняется из напорной камеры при закрытом нагнетательном клапане. 

При обратном ходе (влево) всасывающий клапан закрывается и поступивший до этого объем жидкости вытесняется через нагнетательный клапан. Величина производительности дифференциального поршневого насоса определяется по формуле (5.2). Насосы двойного действия имеют два всасывающих и два нагнетательных клапана (рис. 656). 

В этих насосах подача жидкости происходит в период прямого и обратного ходов и поэтому производительность определяется по формуле , (5.3). где  - объемный к. п. д. насоса,  - площадь поршня в м.,  - площадь сечения штока, S – ход поршня в м, n – число оборотов в минуту.  

Вследствие неравномерного движения поршня скорость жидкости, давление и подача поршневого насоса изменяются с течением времени. По этой причине движение жидкости в поршневом насосе будет неустановившимся, при нем необходимо учитывать влияние инерционных сил. С увеличением числа ходов (числа оборотов) инерционные силы в потоке жидкости увеличиваются, создают дополнительные сопротивления и вызывают удары в трубопроводах. Все это оказывает вредное влияние на работу насоса, поэтому приходится ограничивать число ходов насоса.  

Вакуумметрическая высота всасывания поршневого насоса Hв определяется из уравнения  (5.5),  

где hB— геодезическая высота всасывания, считая от расчетного уровня воды в источнике до наивысшей точки внутренней полости цилиндра насоса (рис. 66);

  - сумма всех потерь напора во всасывающем трубопроводе;

  - скоростной напор во всасывающем трубопроводе; hин— потери на преодоление инерционных сил, зависящих от неравномерности подачи, от массы и ускорения столба жидкости, которому сообщается неравномерное движение. 

Полученная по формуле (5.5) Нв должна удовлетворять условию , где pt — давление насыщенных паров жидкости при данной температуре. 

Величина hин определяется из уравнения  где n — число оборотов кривошипа или число двойных ходов поршня в об/мин; S — ход поршня в м; D — диаметр поршня в м; d — диаметр всасывающей трубы в м; L — длина всасывающего трубопровода, где наблюдается неравномерное движение, в м; г — радиус кривошипа в м; х — часть хода поршня в м. 

Из этого уравнения видно, что hин имеет максимальное значение в начале и конце хода поршня. При одних и тех же условиях работы допустимая геодезическая высота всасывания будет больше у насосных установок с воздушными колпаками, так как последнее обеспечивает более равномерное движение по всасывающему и напорному трубопроводам. 

На основании опытных данных в таблице 8 приведены рекомендуемые значения Нв при различных температурах воды и числах оборотов насоса. Напор поршневого насоса определяется суммой геодезической высоты подъема и потерь напора во всасывающем и напорном трубопроводах. При работе поршневого насоса помимо объемных потерь имеют место также гидравлические и механические потери, которые оцениваются соответственно коэффициентами .  

Следовательно, полный к. п. д. поршневого насоса , где  - гидравлический к. п. д. насоса;  - механический к. п. д. насоса с учетом потерь в передачах и лебедках;  - объемный к. п. д. 

Величину полного к. п. д.  можно принять из таблицы 9. Нижний предел относится к малым насосам. Характеристики поршневых насосов отличаются от лопастных неизменностью производительности при увеличении потребного давления. С увеличением сопротивления трубопровода потребляемая насосом мощность резко возрастает, а производительность при этом остается почти постоянной. В связи с этим поршневые установки пускают в ход при открытой задвижке и не применяют дроссельное регулирование.