Поршневые насосы с кривошипно-шатунным приводом и клапанной системой распределения относятся к машинам, используемым еще в глубокой древности. Их применение для целей водоснабжения известно со II в. до н. э., однако и в наши дни они являются одним из основных широко распространенных типов машин для перемещения жидкостей. Определение поршневого насоса дано в п. 3.1. Конструктивная схема насосной установки с простейшим насосом такого типа представлена на рис. 3.1. Рабочей камерой служит цилиндр 6, а вытеснителем — плунжер 8 с возвратно-поступательным движением, которое ему сообщает кривошипно-шатунный механизм. Система распределения, обеспечивающая соединение цилиндра попеременно с всасывающей (подводящей) 1 и напорной (отводящей) 3 линиями, состоит из всасывающего 11 и нагнетательного 5 клапанов.
us/ ng Рис. 3.1. Схема поршневого насоса с кривошипным приводом
Клапаны являются самодействующими. При увеличении объема рабочей камеры (при цикле заполнения), в ней устанавливается давление р1ц меньшее, чем давление pt перед клапаном 11. Под действием возникшей разности давлений клапан поднимается и камера заполняется жидкостью из всасывающей линии 1. При уменьшении объема камеры (при цикле вытеснения), когда плунжер в нее вдвигается, давление в камере начинает повышаться, клапан 11 закрывается и, когда давление в камере достигнет значения рт, большего, чем давление р2 за клапаном 5, жидкость будет вытесняться через этот клапан в линию 3. Отметим, что описанная смена циклов возможна только при условии, что давление р2 больше, чем pL (это соответствует работе такой гидромашины в качестве насоса). Если подвести к линии 1 жидкость под высоким давлением, то плунжер под ее действием не начнет двигаться, так как клапаны допустят свободный проток жидкости в линию 3, где давление меньше. Следовательно, использовать насос с самодействующими клапанами в качестве гидродвигателя невозможно, он необратим.
Рис. 3.2. Схема поршневого насоса с дифференциальным поршнем
По конструкции вытеснителя поршневые насосы разделяют на собственно поршневые (рис. 3.2) и плунжерные (рис. 3.1). В поршневом насосе поршень 4 (см. рис. 3.2) перемещается в гладко обработанном цилиндре 5. Уплотнением поршня служит сальник 3 (вариант I) или малый зазор (вариант II) со стенкой цилиндра. В плунжерном насосе (см. рис. 3.1) гладкий плунжер перемещается в рабочей камере свободно, а уплотнение 7 размещено неподвижно в корпусе камеры. Так как точная обработка внутренних поверхностей более трудоемка, чем внешних, а доступность ремонта и замена неподвижного наружного уплотнения более просты, чем подвижного внутреннего, плунжерные насосы всегда предпочтительнее, чем поршневые, если особые конструктивные и эксплуатационные требования не исключают их применения. Как указывалось, в дальнейшем оба типа насосов, несмотря на различие в форме вытеснителей будут именоваться поршневыми. Приводные механизмы поршневых насосов принято разделять па собственно кривошипные (см. рис. 3.1) и кулачковые (рис. 3.3, а). В последних поршень 2 упирается во вращающийся кулачок-эксцентрик 3 через ролик или, как показано на рисунке, шарнирную опору скольжения — башмак 5. Кулачковые насосы позволяют удобно располагать около общего приводного вала несколько качающих узлов (рис. 3.3, б), соединенных параллельно с общим подводом и отводом, и получать тем самым непрерывную и выровненную подачу. Из-за обилия пар трения (поршень — цилиндр, поршень — шаровой шарнир башмака, башмак — эксцентрик) такие насосы наиболее пригодны к использованию для работы на смазывающих неагрессивных и чистых жидкостях. Кривошипный механизм (см рис. 3.1) позволяет удобно отделить приводную часть от качающей и обеспечить приводную часть отдельной системой смазки. Если при этом применен выносной ползун 9, то на поршень 8 не действуют боковые контактные силы и уплотнение 7 не изнашивается. Такой насос способен перекачивать любые, в том числе загрязненные жидкости п взвеси.
Рис. 3.3. Схема кулачкового насоса
При эксплуатации часто желательно изменять подачу, оставляя постоянным п, так как регулируемые двигатели дорогие. Можно изменять подачу, отводя часть жидкости из напорной линии обратно во всасывающую, например, через перепускной клапан 10 (см. рис. 3.1), который при этом делают управляемым. Это неэкономично, так как вся энергия, сообщенная отводимой жидкости, рассеивается в виде тепла при дросселировании в клапане. Наиболее экономично изменять (Ja путем измерения на ходу насоса радиуса кривошипа г и, следовательно, его рабочего объема V 0. Конструктивно такие системы сложны и применяются ограниченно, поэтому регулируемые поршневые насосы мало распространены. Достаточно просто бесступенчатое регулирование подачи осуществляется в роторно-поршневых гидромашинах, которые будут описаны ниже.
