Объемные насосы
Как уже указывалось, в группу насосов объемного типа входят 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. Всасывание — это процесс, при котором перемещение поршня в цилиндре насоса создает разрежение и жидкость поступает в цилиндр. Нагнетание — процесс вытеснения жидкости из цилиндра под давлением поршня. Совокупность этих двух процессов за один ход поршня называется кратностью действия. По кратности действия различают насосы простого и двойного действия.
Насосом простого действия называют насос, у которого каждому ходу поршня соответствуют процессы только всасывания или только нагнетания. При этом за один оборот приводного вала обеспечивается полный цикл, т. е. всасывание и нагнетание. Схема устройства такого насоса показана на рис. 21, а. В клапанной коробке 6 установлены всасывающий 5 и нагнетательный 4 клапаны. При движении штока 2 с поршнем 3 вверх в цилиндре 1 под поршнем образуется разрежение, клапан 4 закрывается, и жидкость под давлением внешней среды (атмосферного давления) поступает в разреженное пространство через открытый всасывающий клапан 5. При движении поршня 3 вниз всасывающий клапан 5 закрывается, и жидкость через открытый под ее давлением нагнетательный клапан 4 направляется в трубопровод. Этим же давлением закрывается всасывающий клапан 5. Следовательно, жидкость будет поступать толчками при каждом нагнетательном ходе поршня.
Насосы дифференциального действия (рис. 21,6) обеспечивают более равномерные всасывание и подачу жидкости.
Рис. 21. Поршневые насосы простого (а), дифференциального (б) и двойного (в) действия.
Отличительная особенность такого насоса — две группы (1 и 4) нагнетательных клапанов. Кроме того, площадь сечения поршневого штока 2 равна половине площади поршня. При движении поршня 3 вверх происходит процесс всасывания в нижней полости цилиндра, а процесс нагнетания осуществляется при движении поршня вниз или вверх. Так, при движении поршня вниз часть воды, поступившей в нижнюю полость цилиндра, выталкивается в нагнетательный трубопровод сначала через нижний нагнетательный клапан 4, а затем через верхний нагнетательный клапан 1. При движении поршня вверх происходит всасывание в нижней полости цилиндра и выталкивание жидкости из верхней полости через клапан 1 при закрытом нижнем нагнетательном клапане 4 (всасывающий клапан 5 в клапанной коробке 6 при этом также закрыт).
Насосы двойного действия выполняют одноцилиндровыми или составленными из двух насосов простого действия. На рис. 21, в показана схема устройства одноцилиндрового насоса двойного действия. Обе полости насоса рабочие, 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 хода за один ход поршня. Насос многократного действия объединяет в одном блоке несколько насосов простого действия.
По способу соединения с двигателем различают приводные и прямодействующие насосы. Приводными называются насосы, у которых шток или шатун поршня соединен с двигателем с помощью балансирного, эксцентрикового или кривошипного устройства. У прямодействующих насосов приводом является только паровая машина, а штоки парового и гидравлического поршней соединены общей муфтой. В ряде случаев шток выполняется как одно целое для обоих поршней, и сила давления пара передается на гидравлический поршень непосредственно через шток.
По расположению осей цилиндров различают горизонтальные, вертикальные и наклонные насосы.
Для уменьшения неравномерной подачи жидкости на клапанных коробках насосов устанавливают воздушные колпаки, выполненные в виде удлиненных цилиндров. В колпаке находятся вода и воздух. Воздух играет роль буфера, гасит инерционные ускорения движения жидкости, выравнивает скорость ее движения.
Наиболее распространены прямодействующие насосы — простые по конструкции и надежные в работе. Обычно их выполняют с двумя паровыми и двумя водяными цилиндрами двойного действия.
На рис. 22 показан вертикальный паровой прямодействующий насос с механическим парораспределением, причем дана только одна пара цилиндров — паровой 2 и водяной 11. Поршни 1 и 6 насажены на штоки 3, соединенные муфтой. 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). Жидкость поступает в водяной цилиндр насоса через приемное отверстие 10, приемную полость 9 и приемный клапан 8. После совершения рабочего хода поршня (когда он перемещается вниз) вода под давлением поступает через нагнетательный клапан 7 в отливную полость 5 и через отливное отверстие 4 — в нагнетательный трубопровод.
Рис. 22. Вертикальный паровой прямодействующий насос.
Особенностью этого насоса является парораспределение, схема которого показана на рис. 23. Золотник 2 парового цилиндра II приводится в движение рычагом 7 от поршневого штока цилиндра I. Золотник 10 цилиндра I приводится в движение рычагом 8 от поршневого штока цилиндра II. Рычаг 7 имеет точку качания в опоре 6, а рычаг 8 — в опоре 9.
Рис. 23. Схема парораспределения прямодействующего двухцилиндрового насоса.
Золотники не имеют перекрытий, и при средних положениях их внешние кромки совпадают с внешними кромками паровпускных каналов. Двигаясь вверх из положения, указанного на рисунке, золотник 2 цилиндра II откроет нижний, паровпускной канал 3 и верхний, паровыпускной 4. Следовательно, пар, входящий через трубу 1, поступает из золотниковой коробки в нижнюю полость парового цилиндра II и заставляет поршень передвигаться вверх; золотник 10 цилиндра I начинает подниматься. Отработавший пар из верхней полости цилиндра II по паровыпускному каналу 4 поступает под золотник и далее в пространство 5, а затем в трубу отработавшего пара.
Поднимаясь, поршень цилиндра II будет поднимать золотник 10 цилиндра I, который, пройдя среднее положение, откроет паровпускной канал 3 для впуска пара в нижнюю полость цилиндра I. При дальнейшем подъеме поршень цилиндра II закроет паровыпускной канал 4, и оставшийся с верхней полости цилиндра II пар подвергнется сжатию, создавая паровую подушку и обеспечивая плавность перемещения поршня вниз.
В это время поршень цилиндра I, поднимаясь, будет опускать золотник 2 цилиндра II, открывая паровпускной канал 3, по которому пар поступит в верхнюю полость цилиндра II и начнет перемещать его поршень вниз. Дойдя до паровыпускного канала 4, поршень цилиндра 1 перекроет его, создав паровую подушку в верхней полости цилиндра. Поршень цилиндра II в это время будет находиться в среднем положении. Далее поршень цилиндра II придет в нижнее положение, а поршень цилиндра I — в среднее положение. Затем поршень цилиндра II вновь переместится в среднее положение, а поршень цилиндра I — в нижнее (первоначальное) положение. Наличие слабины (зазора) в посадочном месте золотника на золотниковом штоке приводит к задержке поршней в крайних положениях на короткий промежуток времени, что дает возможность водяным клапанам насоса надежно установиться в своих гнездах. Этим достигается лучшее заполнение полостей всасывания водяной части насоса.
Скальчатые насосы бывают автономные и навешенные. Конструкция вертикального навешенного скальчатого насоса простого действия показана на рис. 24. Насос соединен фланцем 3 с местом установки. Скальчатый поршень 2 жестко закреплен верхним концом на поперечине балансирного привода поршневого двигателя. Он может также приводиться в действие кулачковым механизмом. В месте выхода из водяного цилиндра 4 скальчатый поршень уплотнен сальниковым устройством и нажимной втулкой 1. К водяному цилиндру присоединена клапанная коробка 5, а к ней сбоку прикреплен воздушный нагнетательный колпак (на рисунке не показан). В клапанной коробке установлены всасывающие 8 и нагнетательные 9 клапаны, над которыми находятся крышки 6 с болтами 7 в центре; ими регулируют высоту подъема клапанов. Для предотвращения гидравлических ударов внутри насоса и для пополнения убыли воздуха в воздушном нагнетательном колпаке сбоку на клапанной коробке установлен автоматический воздушный клапан 10. Такой насос прост по устройству и надежен в работе, но имеет малую производительность.
Рис. 24. Скальчатый навешенный питательный насос.
Значительное распространение на судах получили ручные поршневые насосы, используемые в качестве зачистных, масло- и топливоперекачивающих, питательных и т. д. Они приводятся в действие при помощи рукоятки. Конструкция ручного поршневого насоса показана на рис. 25. Обе полости цилиндра рабочие. Внутри корпуса насоса расположен рабочий цилиндр 3. К корпусу 2 присоединены с двух сторон на болтах клапанные коробки 5. В каждой из них установлены всасывающий 6 и нагнетательный 7 клапаны. Внутри цилиндра перемещается двухсторонний поршень 4, который приводится в действие вильчатым коленом 1, совершающим качательное движение на валу 9. Вильчатое колено заканчивается рукояткой 10 с насаженной на нее деревянной ручкой. Жидкость поступает в приемный патрубок 11 и выходит через отливной патрубок 8.
Рис. 25. Ручной поршневой насос.
При перемещении рукоятки влево поршень будет передвигаться слева направо. При этом в левой полости цилиндра будет происходить всасывание, а в правой — нагнетание. При перемещении рукоятки вправо поршень будет передвигаться влево; теперь в левой полости цилиндра будет происходить нагнетание, а в правой — всасывание.