§ 28. Объемные поршневые и скальчатые насосы

Принцип действия поршневого насоса заключается в перемещении жидкости (или газа) под действием  поршня, совершающего возвратно-поступательное движение. При этом происходит чередование двух последовательных процессов: всасывания и нагнетания. Всасыванием называется процесс, когда при. движении поршня в цилиндре насоса образуется разрежение и жидкость поступает в цилиндр. Нагнетание — процесс выталкивания жидкости из цилиндра под давлением поршня. Сочетание этих двух процессов за один ход поршня называется кратностью действия. По кратности действия различают насосы простого, дифференциального, двойного и многократного действия.

Насос простого действия за два хода поршня, или за один оборот вала, производит один раз всасывание и один раз нагнетание. Эти насосы отличаются самой большой неравномерностью всасывания и подачи жидкости по сравнению с другими поршневыми насосами. Схема устройства такого насоса приведена на рис. 89, а. В клапанной коробке 6 располагаются всасывающий 5 и нагнетательный 4 клапаны. При движении поршня 3 вверх клапан 4 закрывается и жидкость под давлением внешней среды поступает в полость цилиндра 1, где образуется разрежение. При движении поршня 3 вниз клапан 5 закрывается и жидкость через открытый под ее давлением клапан 4 поступает в трубопровод. Таким образом, жидкость будет поступать толчками при каждом нагнетательном ходе поршня.

Насосы дифференциального действия (рис. 89,6) обеспечивают более равномерное всасывание и подачу жидкости. Они отличаются наличием двух групп нагнетательных клапанов 1 и 4, а также размерами поршневого штока 2, имеющего площадь сечения, равную половине площади поршня. Процесс всасывания происходит при движении поршня вверх, а процесс нагнетания — за каждый ход поршня. При движении поршня вниз половина поступившей в цилиндр воды выталкивается в нагнетательный трубопровод через верхний клапан 1. Другая половина жидкости поступает в полость цилиндра над поршнем. При движении поршня вверх происходит всасывание в нижней полости цилиндра и выталкивание жидкости из верхней полости при закрытом нижнем нагнетательном клапане.


Рис. 89. Поршневые насосы простого (а), дифференциального (б) и двойного (в) действия.

Насосы двойного действия выполняются одноцилиндровыми или составленными из двух насосов простого действия. На рис. 89, в приведена схема устройства одноцилиндрового насоса двойного действия. Обе полости цилиндра насоса—рабочие, и каждая из них имеет всасывающие 2 и нагнетательные 1 клапаны. За каждый ход поршня происходит всасывание в одной и нагнетание в другой полости цилиндра, т.- е. насос совершает два рабочих действия за один ход поршня. Насосы многократного действия представляют собой соединенные в одном блоке насосы простого или двойного действия.

Для уменьшения неравномерности подачи поршневых насосов, вызванной неравномерностью скорости движения поршня, на трубопроводах устанавливают воздушные колпаки. В них находятся вода и воздух, занимающий 2/3 объема колпака. Воздух играет роль буфера, гасит инерционные ускорения движения жидкости и выравнивает скорость ее движения. Колпаки обычно ставят ближе к насосу, чтобы иметь возможность воздействовать на трубопровод по всей длине.

На судах до настоящего времени находят применение паровые поршневые насосы с приводом от паровой машины, а также ручные насосы, устанавливаемые в качестве аварийных. Паровые насосы по способу приведения в действие делятся на прямодействующие и приводные, а по виду поршня — на поршневые и скальчатые.

В прямодействующих насосах поршни парового и водяного цилиндров закреплены на общем штоке. Приводные насосы имеют кривошипный или коленчатый вал, от которого приводится в действие поршень, или скалка, насоса. Скальчатые приводные насосы, в отличие от поршневых, имеют поршень удлиненной цилиндрической формы (скалку), неплотно прилегающий к стенкам водяного цилиндра. Вытеснение жидкости из цилиндра у такого насоса происходит не за счет давления на нее поршнем, а в результате изменения объема цилиндра при рабочем ходе скалки.

Наиболее распространены прямодействующие насосы, как наиболее простые по конструкции и надежные в работе. Часто такие насосы изготовляют сдвоенными, с двумя паровыми и двумя водяными цилиндрами двойного действия. На рис. 90 показан вертикальный паровой прямодействующий насос с механическим парораспределением марки ПНП. Эти насосы выпускаются отечественной промышленностью двухцилиндровыми в вертикальном и горизонтальном исполнении и предназначаются для перекачивания воды и нефтепродуктов. Они имеют производительность от 0,9 до 550 м3/ч и напор от 400 до 5000 кн/м2 (от 40 до 500 мм вод. ст.). На рис. 90 показана только одна пара цилиндров: паровой 2 и водяной 11. На общий шток 3 насажены поршни 1 и 6. Водяной цилиндр двойного действия имеет четыре клапана тарельчатого типа — по два для каждой полости. На рисунке показаны приемный 8 и нагнетательный 7 клапаны для верхней полости цилиндра. Вода поступает в цилиндр 11 насоса через приемное отверстие 10, приемную полость 9 и приемный клапан 8. После рабочего хода поршня вода под давлением поступает через нагнетательный клапан 7 в отливную полость 5 и через отливное отверстие 4 в трубопровод. Парораспределение в паровом цилиндре 2 насоса осуществляется при помощи золотника, приводимого в движение от поршневого штока через рычаг и золотниковый шток. Паровпускные и паровыпускные каналы располагаются в стенке золотниковой коробки, отлитой заодно с паровым цилиндром.


Рис. 90. Вертикальный паровой прямодействующий насос.

Приводные насосы бывают как автономными, так и навешенными. Конструкция навешенного скальчатого питательного насоса приведена на рис. 91. Насос вертикальный простого действия, крепится фланцами 3 к корпусу мокро-воздушного насоса. Скальчатый поршень 2 насоса жестко прикрепляется штоком к поперечине балансирного привода (на рисунке не показан) паровой машины. Выход скалки из водяного цилиндра 4 оборудован сальниковым устройством с нажимной втулкой 1. К цилиндру 4 присоединена клапанная коробка 5, а к ней сбоку прикреплен воздушный нагнетательный колпак. В клапанной коробке располагаются всасывающий 8 и нагнетательный 9 клапаны. Над клапанами находятся крышки 6, имеющие в центре болты 7, которые позволяют регулировать высоту подъема клапанов. Для предотвращения гидравлических ударов внутри насоса и для пополнения утечки воздуха в воздушном колпаке сбоку на клапанной коробке установлен воздушный клапан 10.


Рис. 91. Скальчатый навешенный питательный насос.

Насосы со скальчатыми поршнями компактны, просты по устройству и надежны в действии, но имеют малую производительность, что ограничивает их применение. Ручные поршневые насосы двойного действия (см. рис. 89, в), имеющие очень простое устройство, также широко применяют на судах в качестве зачистных, масло- и топливоперекачивающих, санитарных, аварийных, питательных и пр.