Поршневой жидкостный насос
Раннее мы рассматривали опыты, где жидкость под действием атмосферного давления поднималась в стеклянной трубке. Именно по такому принципу работают шприцы, пипетки и, собственно, насосы.
Схематическое изображение обычного поршневого жидкостного насоса представлено на рисунке 2.
Мы видим цилиндрический сосуд, внутри которого по вертикали может перемещаться плотно прилегающий к стенкам сосуда поршень 1.
В нижней части сосуда и в поршне существуют клапаны. Они могут открываться только вверх. Если мы начнем поднимать поршень, то видим, что вода поднимает нижний клапан, оставляя его открытым. Под действием атмосферного давления жидкость заполнит сосуд.
Когда мы будем опускать поршень вниз, на нижний клапан подействует давление воды, находящейся под поршнем. Клапан закроется.
Когда же поршень начинает вновь двигаться вверх, вместе с ним начинает подниматься и вода, находящаяся под ним. При каждом последующем поднятии поршня за ним поднимается новая порция воды, которая и выливается через кран/отводящую трубу.
Существуют поршневые насосы с воздушной камерой (рисунок 3). Рассмотрим, чем его действие будет отличаться от обычного поршневого насоса.
Рукоятка поднимает поршень вверх, клапан 3 закрывается под весом воды.
Атмосферное давление давит на воду в нижнем сосуде, она открывает клапан 2, через который заполняет сосуд водой.
Такой насос, благодаря воздушной камере, может создавать непрерывный поток воды. Например, к крану можно подсоединить шланг для полива.
Используя рукоятку 5, мы давим на поршень 1, опуская его вниз. Теперь давление передаётся на два клапана: 2 и 3.
Клапан 2 под давлением воды закрывается, а клапан 3, наоборот, открывается. Через клапан 3 вода выходит через трубку наружу.
Поршневые насосы жидкостные — устройство и принцип работы
Задача
На какую высоту можно поднять воду обычным поршневым насосом при нормальном атмосферном давлении?
Важно понимать, что не мы тащим воду наверх, а атмосферное давление толкает жидкость. Поднимая руками поршень, мы создаём 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.
Давление столба жидкости мы модем рассчитать по формуле:
$p=\rho gh$.
Значит, мы можем выразить высоту $h$ из этой формулы и рассчитать ее:
$h = \frac
$,
$h = \frac \cdot 9.8 \frac> \approx 10.4 \space м$.
Таким же образом можно рассчитать предельную высоту подъема для других жидкостей, если мы знаем их плотность.
Поршневые насосы с механическим приводом
Подача Q такого поршневого насоса простого действия определяется объемом жидкости Vп , вытесняемым при одном ходе поршня, т. е. произведением площади днища поршня Fп на его ход L , и умноженном на количество рабочих ходов за единицу времени, т. е. – на частоту вращения привода n :
Очевидно, что подача поршневого насоса неравномерная – недостаток, присущий всем типам и конструкциям объемных насосов. Если представить движение вытесняемой из цилиндра жидкости как поток, перемещающийся по участку трубы, то подачу насоса за цикл вытеснения можно выразить через скорость перемещения поршня (потока) :
Для определения скорости перемещения поршня используем схему на рис. 2 .
При повороте привода на угол φ поршень в цилиндре переместится на расстояние x , равное
Если учесть, что скорость поршня vп является производной пути x ко времени t , и принимая во внимание, что изменение угла φ поворота привода во времени равно его угловой скорости ω , после соответствующих преобразований получим:
Среднюю скорость перемещения поршня можно вычислить по формуле:
За один оборот привода (φ = 360˚) средняя подача однопоршневого насоса будет равна
Неравномерность подачи а поршневого насоса характеризуется отношением его максимальной подачи Qmax к величине средней подачи Qср :
Если проанализировать формулы, приведенные выше, то становится очевидным, что для данного типа насосов неравномерность подачи составляет a = π . Этот недостаток поршневых насосов стараются уменьшить применением насосов двойного действия, а также применением многоцилиндровых насосов.
Схема устройства и принцип действия поршневого насоса. Поршневые насосы по роду действия
Индикаторные диаграммы и КПД поршневых насосов
В соответствии с этим индикаторная мощность Ni будет равна:
Для насосов двойного и многократного действия индикаторная мощность равна сумме мощностей, определенных для насосов простого действия, входящих в конструкцию.
Механический КПД насоса выражается величиной потерь мощности Nв , подводимой к валу, на трение в процессе работы, и может быть определен по формуле:
Для поршневых насосов величина КПД обычно составляет 0,90…0,95.
Помимо механических потерь в таких насосах имеются гидравлические и объемные потери, которые учитываются индикаторным КПД ηi :
Отношение полезной мощности к мощности на валу называется полным КПД насоса:
Для приводных насосов полный КПД находится в пределах 0,65…0,85.
Поршневые насосы по роду действия
3) строенные насосы. Они состоят из трех цилиндров простого действия, поршни которых насажены на общий коленчатый вал, причем кривошипы расположены под углом 120° друг к другу. Таким образом, за каждую треть оборота вала засасывается и выдается одна порция воды, чем достигается более равномерная работа;
Насос состоит из двух насосов двойного действия, имеющих общие всасывающий и нагнетательный патрубки;
Поршневой жидкостный насос | 7 класс | Физика
Модели двухстороннего действия
Появление данной разновидности поршневых насосов обусловлено стремлением производителей устранить эффект пульсации, который возникает именно по причине ритма, в котором поршень выталкивает порции жидкости.
Среди достоинств таких систем можно отметить выносливость конструкции. Это объясняется не только использованием высокопрочных материалов для изготовления составных частей, но и самим принципом работы.
Вам также может понравиться
Требования к составу и назначению помещений. Классификация торговых зданий
Из чего сделать футбольные ворота своими руками
Плунжерные насосы, принцип работы и разновидности |
Contents
- 1 Поршневой жидкостный насос
- 2 Поршневые насосы жидкостные — устройство и принцип работы
- 3 Задача
- 4 Схема устройства и принцип действия поршневого насоса. Поршневые насосы по роду действия
- 5 Поршневые насосы по роду действия
- 6 Поршневой жидкостный насос | 7 класс | Физика
- 7 Модели двухстороннего действия
- 8 Плунжерные насосы, принцип работы и разновидности |
