Об'ємний насос

Насо́с об'є́мний (рос. насос объемный; англ. (positive-) displacement pump, нім. Verdrängerpumpe f) — об'ємна гідромашина, в якій збільшення енергії рідини, що перекачується, здійснюється в замкненому робочому просторі (робочих камерах), об'єм якого поперемінно то збільшується (фаза всмоктування), то зменшується (фаза витіснення).

Конструкції об'ємних насосів в Енциклопедичному словнику Й. Меєра (1890)

Перетворення енергії відбувається у процесі витіснення рідини з робочих камер (приймальної та нагнітальної), герметично відокремлених одна від одної. Виходячи з характеру руху витісняючого органу, об'ємні насоси можна підрозділити на зворотно-поступальні (насоси поршневі, насоси плунжерні, насоси діафрагмові) та роторні (насоси шестерінчасті, насоси ґвинтові, насоси аксіально-поршневі, насоси радіально-поршневі, пластинчасті).

Спільні властивості усіх насосів об'ємного типу:

Циклічність робочого процесу і пов'язані з нею порційність і пульсація подачі та тиску. Подача об'ємного насоса здійснюється не рівномірним потоком, а порціями.

Герметичність, тобто постійне відділення напірної гідролінії від всмоктувальної (динамічні насоси герметичності не забезпечують, а є проточними).

Самовсмоктування, тобто здатність об'ємних насосів створювати у всмоктувальній гідролінії вакуум, достатній для підйому рідини вгору у всмоктувальній гідролінії до рівня розташування насоса (дмнамічні насоси не є самовсмоктувальними).

Незалежність тиску, створюваного в напірної гідролінії, від подачі рідини насосом

Основні характеристики об'ємних насосів

Нижче подано перелік найважливіших характеристик, які слід враховувати при проектуванні та розрахунку гідроприводів.

Робочий об'єм насоса — це об'єм рідини, що витісняється у систему за один оберт вала насоса. Об'ємні насоси виготовляються з постійним і змінним робочим об'ємом. Відповідно до цього з постійним робочим об'ємом насоси називаються нерегульовані за подачею (продуктивністю), а з перемінним — регульовані.

Подача або продуктивність насоса — це об'єм рідини, що подається насосом за одиницю часу:

• теоретична продуктивність насоса, Q_Т — це розрахунковий об'єм рідини, що витісняється в одиницю часу з порожнини нагнітання насоса;
• дійсна продуктивність насоса, Q_Д зменшується на величину Q_Н через зворотне перетікання рідини в насосі з порожнини нагнітання в порожнину всмоктування і через витікання рідини у зовнішнє середовище. Тому

Q_Д = Q_Т — Q_Н.

Об'ємний коефіцієнт корисної дії, η_об.н — коефіцієнт корисної дії, який враховує втрати робочої рідини насосом внаслідок зворотних перетоків і витоків.

η_об.н = Q_Д / Q_Т.

Величини тисків у насосі:

• тиск на вході насоса p_вх — надлишковий тиск у вхідному перерізі насоса на висоті центра ваги вхідного перерізу;
• тиск на виході насоса p_вих — надлишковий тиск у вихідному перерізі насоса на висоті центра ваги вихідного перерізу;
• тиск насоса p_Н — різниця тисків на виході та вході насоса:

p_Н = p_вих — p_вх.

Напір насоса, Н — різниця питомих енергій при виході з насоса і на вході до нього, виражена у висоті стовпа рідини, що перекачується. Напір насоса пов'язаний з тиском насоса залежністю:

H = p/γ, де γ — питома вага рідини.

Класифікація

Усі насоси об'ємного типу за принципом роботи можна розділити на дві основні групи, які включають багато різновидів конструкцій:

• осциляційні насоси — об'ємні насоси, у яких періодична зміна (збільшення або зменшення) об'єму робочої камери (камер) здійснюється або внаслідок прямолінійного зворотно-поступального, або зворотно-коливного руху робочих органів. До насосів цієї групи належать такі конструкції:
  • поршневі насоси — насос з робочим органом, що здійснює прямолінійний зворотно-поступальний рух, які у свою чергу бувають:
    • поршневими з однорядним, опозитним та V-подібним компонуванням,
    • аксіально-поршневими,
    • радіально-поршневими,
    • плунжерними,
    • поршневими подвійної дії,
    • поршневими диференціальними,
    • поршневими клапанними,
    • поршневими обертово-золотниковими,
    • поршневими прямоточними,
  • крильчастий насос — насос з ручним приводом, у якого робочий орган здійснює гойдальний (напівобертальний) рух;
  • мембранний (діафрагмовий) насос — насос, у якого робочим органом є мембрана, внаслідок руху якої забезпечується ефект витіснення;
  • сильфонний насос — насос, у якого робочим органом є сильфон, внаслідок руху якого, тобто зміни його форми, досягається ефект витіснення (подача);
• ротаційні насоси — об'ємні насоси з робочими органами, що здійснюють неперервний обертальний рух, утворюючи цим робочі камери, об'єм яких періодично то збільшується в зоні низького тиску (фаза всмоктування), то зменшується в зоні високого тиску (фаза витіснення). До насосів цієї групи належать:
  • шестеренний насос — насос об'ємного типу, що складається з пари зубчастих коліс, розміщених у герметичному корпусі, що має порожнину всмоктування і нагнітання, а робочі камери утворені профілями впадин зубів, поверхнями розточок корпуса і бокових кришок;
  • гвинтовий насос — об'ємний насос з робочими ланками у вигляді гвинтів, що обертаються в нерухомій обоймі;
  • ротаційно-поршневий насос — ротаційний насос об'ємного типу, нагнітання у якому здійснюється завдяки синхронізованому обертанню двох поршневих (кулачкових) роторів (витискачів) у спеціально спрофільованому корпусі;
  • ексцентрично-шнековий насос (героторний) — насос, робочим органом якого є героторна пара;
  • шнековий насос — насос у вигляді валу-гвинта (шнека), встановленого у трубі;
  • шиберний (шиберно-статорний) насос — ротаційний насос, в якому робочим органом є шибери (шиберні пластини);
  • шиберно-роторний насос (роторно-пластинчастий) — ротаційний об'ємний насос, витискачами у якому є дві або більше пластин, розташованих у роторі радіально;
  • шланговий (перистальтичний) насос — основними робочими елементами якого є шланг з гнучкого матеріалу (гума, пластмаса) та ролики, які набігають на нього й обтискують;
  • шиберно-еластичний насос насос, у якому ротор з пластинами з еластичного матеріалу, які жорстко зв'язані з маточиною колеса;
  • гелікоїдно-шиберний насос — насос з гелікоїдним корпусом, в якому обертається вал, що має спільну з ним вісь. Ковзна пластина (пластини), що виконує функцію шибера, переміщується по валу і утворює разом з внутрішньою гвинтовою поверхнею корпуса рухому в осьовому напрямку робочу камеру (камери);
  • рідинно-кільцевий насос — насос, у якого кільце рідини, що обертається ексцентрично, спричиняє збільшення і зменшення об'єму робочих камер, утворених радіальними пластинами та поверхнею рідини, за рахунок зміни глибини занурення пластин у рідину.

Примітки

1. ДСТУ 3455.2-96 Гідроприводи об'ємні та пневмоприводи. Частина 2. Об'ємні гідромашини та пневмомашини Терміни та визначення.
2. ДСТУ 2192-93. Гідроприводи об'ємні. Насоси об'ємні та гідромотори. Загальні технічні вимоги.
3. ДСТУ 3503-97 Насоси. Основні технічні показники та характеристики рідинних насосів. Терміни, визначення та позначення.

Джерела

• Кулінченко В. Р. Гідравліка, гідравлічні машини і гідропривід: Підручник. — Київ: Фірма «Інкос», Центр навчальної літератури, 2006. — 616с.
• Гідроприводи та гідропневмоавтоматика: Підручник /В. О. Федорець, М. Н. Педченко, В. Б. Струтинський та ін. За ред. В. О. Федорця. — К: Вища школа, 1995. — 463 с.
• Ренкас А. Г. Сичевський М. І. Придатко О. В. Гідравлічне аварійно-рятувальне обладнання: Навчальний посібник. — Львів: Львівський державний університет безпеки життєдіяльності, 2008. — 180 с.