Особенности насосов объемного типа

Насосы объемного типа перекачивают жидкую среду благодаря периодическому изменению объема занимаемой ею камеры, которая сообщается то с входом, то с выходом насоса. 

В соответствии с особенностями конструкции различают такие насосы объемного типа:

• насосы с возвратно-поступательным движением рабочего органа – это  дозировочные, диафрагменные, приводные поршневые, скважинные штанговые, ручные  и паровые поршневые;
• насосы с вращательным движением рабочего органа – среди них роторные насосы, которые в свою очередь делятся на винтовые, шестеренные, аксиально-поршневые, коловратные, шиберные и шланговые.

Как упоминалось ранее, работа насосов данного типа основана на процессе перемещения материала из рабочей камеры, которая герметично отделена от всасывающего и нагнетательного трактов. Теоретическая характеристика давления (где подача отмечается на оси абсцисс) представлена практически параллельной оси ординат вертикальной прямой. Показатели подачи незначительно падают при увеличении давления нагнетания, причиной чему возрастание утечки перекачиваемой жидкости через зазоры внутри насоса.

Максимально доступное давление нагнетания насоса зависит от прочности насоса и мощности его двигателя. Увеличение рабочего давления выше нормы, указанной в паспорте, допускается лишь при согласовании с заводом-изготовителем насосного оборудования. Насосы объемного типа комплектуются предохранительными клапанами либо рядом других защитных устройств, которые обеспечивают перепуск жидкости из напорного во всасывающий трубопровод (байпасирование) при условии превышения установленного предела давления в системе (как в случае закупорки трубопровода). Перепуск жидкости через предохранительный клапан зависит от температуры нагрева клапана либо насоса в целом.

Величина давления полного перепуска перекачиваемой насосом жидкости из полости нагнетания в полость всасывания должна быть на выше величины максимального рабочего давления насоса, и регулируется она посредством пружины предохранительного клапана.

Насосы объемного типа создают большое давление, величины которого в напорных характеристиках измеряются в атмосферах – кГс/см² или мегапаскалях – Мпа (на графике отложены на оси абсцисс).

На представленном графике продемонстрирована типовая напорная характеристика насоса объемного типа, где показана зависимость подачи насоса (Q) от давления на выходе (P) при бескавитационном режиме работы и в условиях отсутствия взвешенного воздуха и других газов в перекачиваемой насосом жидкости. Пунктирная линия демонстрирует показатели работы насоса при отсутствии в нем предохранительного устройства. Величина утечки (q) определяется давлением и зависит от вязкости жидкости и величины зазоров рабочих органов насоса. Фактор, значительно снижающий подачу насоса при давлениях более 100 кГс/см², – присутствие в перекачиваемом материале разного рода газов.

Предохранительный клапан, если он присутствует в насосе, срабатывает по достижению определенной величины создаваемого насосом давления (А), после чего часть перекачиваемой жидкости qK возвращается в полость всасывания из полости нагнетания, при этом она не поступает во внешнюю сеть. На графике виден переход прямой в пологую (начиная с точки А), что отображает снижение величины подачи насоса. При падении давления до уровня меньшего, чем максимально допустимое (отмечено точкой В), подача жидкости во внешнюю сеть не производится.

Насосы объемного типа являются самовсасывающими, на величину самовсасывания которых влияют дополнительные факторы процесса. 

Первое, что влияет на величину самовсасывания объемных насосов – это давление. Так, при значительном сжатии воздуха и росте давления в нагнетательной полости величина самовсасывания объемного насоса снижается.

Второе условие, влияющее на величину самовсасывания, – технология изготовления аппарата – это и соблюдение посадок и допусков рабочих органов, а также их отклонение от номинальных значений.

Так, величина самовсасывания зависит от конструкции, качества изготовления и условий работы насосного оборудования. При этом необходимо иметь в виду, что на значение самовсасывания в значительной мере влияет простой в работе насоса – то есть работающий беспрерывно насос отличается по параметрам от работающего с иной периодичностью.

Именно поэтому в насосах объемного типа указывают величину допускаемой вакуумметрической высоты всасывания вместо величины самовсасывания.

В отличие от центробежных насосов в насосах объемного типа при прочностных расчетах насоса не используется допускаемое давление на входе как один из параметров. Как правило, прочность объемных насосов определяется максимально возможным давлением на нагнетании, которое может быть равно давлению на входе при наличии перепускного клапана. В случае с роторными насосами давление на входе в некоторых случаях ограничивается возможностями уплотнения вала. Как вывод, для насосов объемного типа важны характеристики давления на нагнетании, кроме ряда исключений.

Применяются объемные насосы в производстве, где важны относительно малые подачи перекачиваемой жидкости при больших давлениях.

В использовании насосов объемного типа важным моментом является обеспечение надежности работы предохранительных клапанов, разрывных мембран, электроконтактных манометров.

Касательно типа соединения объемных насосов – зачастую практикуется параллельное подключение, при котором подачи насосов практически суммируются.

Еще одна особенность объемных насосов – неравномерность подачи, что более выражено в насосах с возвратно-поступательным движением рабочего органа.

С целью компенсации неравномерности подачи данного типа насосов применяются такие типовые конструктивные решения:

• использование насосов, работающих в противофазе – двухцилиндровых насосов, насосов двухстороннего действия и многоплунжерных насосов;
• установка на напорных и всасывающих линиях воздушных колпаков.

Большинство насосов объемного типа отличает то, что вал представлен является коленчатым или эксцентриковым. Вал насоса связывается с рабочим органом через кривошипно-шатунный механизм, который преобразует в возвратно-поступательное движение рабочего органа из вращательного движения вала. Таким образом, частота вращения рабочего органа зависит от частоты вращения вала насоса. Частота вращения двигателя, как правило, превышает частоту вращения вала насоса. Частота вращения вала насоса снижается посредством передач зацеплением (встроенная передача, редуктор) или клиноременной передачи. Изготовителем указывается характеристика частоты движения рабочего органа через частоту вращения вала насоса или число двойных ходов поршня. В случае совпадения частоты оборотов двигателя и вала насоса в описании приводится частота вращения двигателя. С целью характеристики частоты движения поршня (плунжера) изготовителями используются вышеперечисленные варианты, в зависимости от конструктивных особенностей исполнения насосов.