Бутални помпи

Както подсказва наименованието на този тип хидравлични машини, принципът на действие на буталните помпи е циклично засмукване и изместване на обеми течност чрез работни органи - бутала. Очевидно е, че буталните помпи са обемни помпи.

Тези помпи имат недостатък, общ за обемните помпи - неравномерност на подаването, но се различават благоприятно от динамичните помпи с висока ефективност и налягане. В конструкциите на буталните помпи могат да се предвидят два вида задвижвания - ръчни и механични (включително електромеханично задвижване с помощта на електродвигател).

Бутални помпи с ръчно задвижване

За изпомпване на малки обеми течност и изпълнение на други спомагателни функции се използват ръчни помпи. Диаграми на такива помпи са показани на фиг. 1 .

При първоначалните движения на дръжката 4 буталото 2 извършва възвратно-постъпателни движения в цилиндъра 7 (фиг. 1, а). Помпата има две работни камери, разположени от двете страни на помпата. Когато буталото се движи в която и да е посока, обемът на една от камерите ще се увеличи и след това течността навлиза (всмуква се), а обемът на другата камера намалява и течността се изтласква от нея в изпускателната линия. За да се контролира посоката на движение на течността, двете камери имат изпускателни клапани 1 и 3 и смукателни клапани 5 и 6. Тъй като част от обема на дясната работна камера е заета от обема на пръта, обемът на течността, влизаща в лявата камера (виж фиг. 1, а), ще бъде малко по-голям от този в дясната.

Изчисленото подаване на ход на буталото (при липса на загуби поради преливане от една камера в друга) е равно на обема, определен като произведението на площта на дъното на буталото и неговия работен ход. И така, когато буталото се движи надясно, този обем ще бъде:

qpr \u003d π (D 2 - d 2 )L / 4,

когато буталото се движи наляво:

където: D и d са диаметрите съответно на буталото и пръта; L – ход на буталото.

Доставката за едно двойно завъртане на дръжката (пълен цикъл на помпата) ще бъде равна на:

qpr \u003d π (2D 2 - d 2 )L / 4.

На фиг. 1b показва диаграма на двуцилиндрова ръчна бутална помпа, която осигурява еднакво подаване на течност, когато дръжката се движи във всяка посока.

Бутални помпи с механично задвижване

Ако е необходимо да се използва бутална помпа в експлоатация за дълго време, за нейната работа се използва механично задвижване, което се използва широко като колянов механизъм (фиг. 2).

Възвратно-постъпателното движение на буталото 4 в цилиндъра се извършва, когато задвижването 1 се върти около оста O2, която е отдалечена с радиус r от оста на въртене. За един оборот на задвижването буталото прави два хода, от които единият служи за засмукване, а другият за изместване (впръскване) на течността. За осигуряване на тези процеси има два самодействащи клапана - смукателен 5 и нагнетателен 6 .

Дебитът Q на такава еднодействаща бутална помпа се определя от обема на течността Vp, изместена по време на един ход на буталото, т.е., произведението на площта на дъното на буталото Fp от неговия ход L и умножено по броя на ходовете за единица време, т.е. - по скоростта на задвижване n:

Q \u003d Vpn \u003d FpLn \u003d πD 2 Ln / 4, (m 3 / s или m 3 / min и т.н.).

Очевидно потокът на буталната помпа е неравномерен - недостатък, присъщ на всички видове и конструкции обемни помпи. Ако си представим движението на течността, изместена от цилиндъра като поток, движещ се по тръбната секция, тогава потокът на помпата за цикълизместването може да се изрази чрез скоростта на буталото (поток):

където: vp - скорост на буталото.

За да определим скоростта на буталото, използваме диаграмата на фиг. 2. Когато задвижването се завърти на ъгъл φ, буталото в цилиндъра ще се премести на разстояние x, равно на

x = (r + R) – r cos φ + R cos α .

Ако вземем предвид, че скоростта на буталото vп е производната на пътя x до момента t и като вземем предвид, че промяната на ъгъла φ на завъртането на задвижването във времето е равна на неговата ъглова скорост ω , след съответните трансформации получаваме:

Оттук следва, че

По този начин обемът на буталната помпа варира с времето в синусоидална връзка, докато процесът на впръскване се редува с процеса на засмукване на всеки 180˚ от въртенето на задвижващия механизъм. На фиг. 3 показва блок-схемите на буталните помпи: едноцилиндрови (а), двуцилиндрови (б) и трицилиндрови (в). От графиката се вижда, че подаването достига максималната си стойност при ъгъл на завъртане φ = 90˚.

Средната скорост на буталото може да се изчисли по формулата:

За един оборот на задвижването (φ = 360˚), средният дебит на една бутална помпа ще бъде равен на

Неравномерността на подаване a на бутална помпа се характеризира със съотношението на нейното максимално подаване Qmax към стойността на средното подаване Qav:

Ако анализираме формулите, дадени по-горе, става очевидно, че за този тип помпи неравномерността на подаването е a = π. Този недостатък на буталните помпи се опитва да се намали чрез използването на помпи с двойно действие, както и чрез използването на многоцилиндрови помпи.

Индикаторни диаграми и ефективност на бутални помпи

Работата на буталните помпи се изследва чрез премахване на индикаторни диаграми. На фиг. 4 е индикаторна диаграма за еднодействаща помпа.

В началото на засмукване (точка a) и изпускане (точка b) има известна промяна в налягането поради инерцията на течността и работата на клапаните на помпата. Общото налягане, което определя работата, извършена при един оборот на вала (защрихована зона), се нарича индикаторно налягане Pi и се определя от израза:

В съответствие с това индикаторната мощност Ni ще бъде равна на:

За помпи с двойно и многократно действие посочената мощност е равна на сумата от мощностите, определени за помпи с едно действие, включени в проекта.

Механичната ефективност на помпата се изразява чрез количеството загуба на мощност Nv, подадена към вала поради триене по време на работа, и може да се определи по формулата:

За бутални помпи ефективността обикновено е 0,90 ... 0,95. В допълнение към механичните загуби в такива помпи има хидравлични и обемни загуби, които се вземат предвид от индикаторната ефективност ηi:

където Np е полезната мощност.

Мощността на вала е

Съотношението на полезната мощност към мощността на вала се нарича обща ефективност на помпата:

За задвижващите помпи общата ефективност е в диапазона от 0,65 ... 0,85.

Маркировка и характеристики на бутални помпи

На фиг. 5,а показва общ изглед на помпения агрегат PN 1.6 / 16B, състоящ се от хоризонтална двубутална помпа с двойно действие 1, задвижване с клиновиден ремък 2, електродвигател 3, клапанна кутия 4 и смукателна тръба 5.

Маркировката на помпения агрегат означава:

PN - захранващ помпен агрегат;
1.6 - доставка, m 3 / h;
16 - налягане на изхода на помпата;
B - модернизация.

Производителността на буталните помпи обикновено се представя под формата на графични зависимости междуконсумация на енергия и основните работни параметри на помпата. На фиг. 5b показва характеристиките на помпата, т.е. зависимостта на подаването Q, общата ефективност η и консумацията на енергия N от налягането P.