Назначение, классификация поршневых насосов и их конструкция

В поршневых ВН откачка газа осуществляется вследствие периодического изменения объема цилиндра. Поршень вытесняет газ, создавая при обратном ходе разрежение со стороны откачиваемой системы.

В поршневых насосах цилиндры могут быть простого или двойного действия с водяным или воздушным охлаждением. При возвратно-поступательном движении возникают большие силы инерции, поэтому средняя скорость движения поршня для поршневых насосов ограничивается значениями 0,5 - 1 м/с. Для работы без смазки используется покрытие цилиндров полимерными материалами. Одноступенчатые поршневые насосы с самодействующими клапанами имеют предельное давление 5·10³ Па. Насосы с золотниковым распределением имеют более низкое предельное давление: 3•10² Па для одноступенчатых и 10 Па для двухступенчатых конструкций. Улучшение предельного давления достигается перепуском газа из мертвого пространства в конце хода поршня во вторую полость цилиндра, в которой заканчивается процесс всасывания. В четырехступенчатых безмасляных насосах достигнуто предельное давление 1 Па. Быстрота действия современных поршневых насосов достигает 4000 л/с.

Примеры насосов:

Рисунок 1 – Поршневой аксиальный насос

Рисунок 2 – Поршневой радиальный насос

 

К преимуществам поршневых насосов следует отнести:

· независимость подачи от напора;

· высокий КПД;

· тихоходность.

Недостатками поршневых насосов являются:

- большая стоимость,

-сложность конструкции,

- неравномерность процесса откачки,

- неполная уравновешенность,

- большие потери на трение ~200 Вт/(л/с),

- большая удельная масса 10-20 кг/(л/с).

 

Рисунок 3 – Классификация поршневых насосов

 

Насосы без перепуска выполняют на базе существующих поршневых компрессоров.

 

Рисунок 4 – Схема процесса перепуска

Перепуск газа может осуществляться в полость картера ВН. Газораспределение в этом случае происходит с помощью самодействующих всасывающих и нагнетающих клапанов, а перепуск - с помощью перепускных каналов, выполненных на зеркале цилиндра в мертвых точках. В верхней мертвой точке газ из рабочей полости перепускается в картер, в нижней мертвой точке наоборот - из картера в полость цилиндра. Недостатком данной конструкции ВН является обязательная герметизация картера.

Золотниковое распределение в отличие от клапанного позволяет получить большую величину вакуума. Однако конструктивно ВН с золотниковым распределением более сложны. Различают три типа золотникового газораспределения: а) с плоским золотником; б) с круглым золотником кранового, типа; в) с круглым золотником поршневого типа.

Вакуум-насос с плоским золотником (рисунок 5). Поршень 2 и золотник 5 приводятся в движение от одного кривошипно-шатунного механизма 8. Золотник осуществляет газораспределение и перепуск газа. Плоский золотник совершает возвратно-поступательное движение и отстает по фазе от возвратно-поступательного движения поршня на угол γ от 90 до 105°. Таким образом, если поршень находится в крайних мертвых точках, то золотник занимает среднее положение и сообщает обе полости цилиндра 1. При этом происходит перепуск газа через цилиндровые каналы 3 и внутреннюю полость золотника 6. При движении поршня вправо из ВМТ к НМТ золотник сообщает левую полость цилиндра со всасывающим патрубком, а правую с нагнетательным клапаном. В НМТ поршня золотник снова займет среднее положение, отсоединит полости цилиндра от всасывания и нагнетания. После этого происходит перепуск газа, и процесс откачки повторяется. Для уменьшения потребляемой мощности на золотнике установлены самодействующие нагнетательные клапаны 4 пластинчатого типа. Предельное давление достигает 6 мм.рт.ст. в одноступенчатых и 1,5•10^{-1 мм}.рт.ст. в двухступенчатых ВН. Из выпускавшихся ВН с плоским золотником необходимо прежде всего отметить ВНП-3.

Существенными недостатками ВН с плоским золотником являются: большая удельная масса и большие потери на трение; средняя скорость поршня обычно не превышает 1 м/с, а золотника ~ 0,3 м/с; большие скорости скольжения плоского золотника приводят к чрезмерному износу рабочих поверхностей и ко внутренним перетеканиям газа. В результате этого ухудшается предельный вакуум, уменьшается производительность и возрастают механические потери.

 

Рисунок 5 – ВН с плоским золотником

Вакуум-насос с круглым золотником кранового типа. На рисунке 6 показана кинематическая схема такого ВН. Круглый цилиндрический золотник совершает возвратно-колебательные движения и приводится от крейцкопфа 7 или коленчатого вала. Принцип действия данного ВН тот же, что и ВН с плоским золотником. Для уменьшения отрицательного влияния мертвого пространства вместо одного золотника ставят два, расположенных внепосредственной близости от мертвых точек. В круглом золотнике имеется устройство, позволяющее компенсировать износ рабочих поверхностей и тем самым повысить долговечность работы ВН. Это является достоинством данной схемы.

 

Рисунок 6 – ВН с круглым золотником кранового типа

 

Вакуум-насос с круглым золотником поршневого типа системы МВТУ (рисунок 7). Повысить быстроходность поршневого ВН в 2,0 - 2,5 раза можно в случае применения круглого золотника поршневого типа. Такой золотник, снабженный поршневыми кольцами, хорошо герметизирует рабочие полости и компенсирует износ трущихся пар. Каждой полости цилиндра соответствует своя полость золотниковой коробки, снабженная самодействующим нагнетательным клапаном. Объем золотниковой коробки в 5-7 раз меньше объема полости цилиндра. Перепуск газа осуществляется через перепускные каналы 6, расположенные вблизи мертвых точек поршня. Привод золотника осуществляется от эксцентрика 9, консольнорасположенного на конце коленчатого вала (рисунок 7). Отличительной особенностью данной конструкции ВН является то, что при малых давлениях всасывания золотниковая полость выполняет роль второй ступени сжатия. Это дает возможность получения более глубокого вакуума. Переход с одноступенчатого режима работы к двухступенчатому и наоборот осуществляется автоматически. Минимальное остаточное давление равно 3 мм.рт.ст. (0,4 кПа).

На рисунке 7 пунктиром слева показан дополнительный цилиндр ступени сжатия простого действия Д, поршень которого приводится в движение от золотника. По такой схеме построен 2ДВНП-6, создающий остаточное давление - 0,3 мм.рт.ст. Привод ВН осуществляется через клиноременную передачу от двигателя, установленного на насосе. Смазка ВН производится компрессорным маслом КС-19 ГОСТ 9243-75 или МС-20.

 

а)

б)

Рисунок 7 – ВН с круглым золотником поршневого типа

 

 

⇐ Предыдущая234567891011

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: