Поршневые насосы жидкостные: устройство и принцип работы. Презентация по физике для 7 класса на тему «Поршневой жидкостный насос»
Конструктивные особенности
Основным элементом жидкостного поршневого насоса является полый металлический цилиндр, в котором и протекают все рабочие процессы, осуществляемые с перекачиваемой жидкостью. Физическое же воздействие на жидкость осуществляет поршень плунжерного типа. Благодаря этому элементу данный жидкостный насос и получил свое название.
Принцип работы поршневого насоса основывается на возвратно-поступательном движении его рабочего органа, действующего как гидравлический пресс. При этом в конструкции такой машины, в отличие от классических гидравлических устройств, присутствует механизм клапанного распределения, а также ряд дополнительных конструктивных элементов (в частности, кривошип и шатун, составляющие основу силовой части насоса жидкостного поршневого типа).
Устройство аксиально-поршневого насоса
9. Спасибо за внимание!
Спасибо за внимание!
4. Насос — устройство, позволяющее перекачивать жидкость из одного резервуара в другой.
Вперёд
Поршневой насос с воздушной камерой
Существуют поршневые насосы с воздушной камерой (рисунок 4). Рассмотрим, чем его действие будет отличаться от обычного поршневого насоса.
Рисунок 4. Схематическое изображение поршневого насоса с воздушной камерой
Подъем рукоятки (рисунок 4, а):
- Рукоятка 5 поднимает поршень 1 вверх, клапан 3 закрывается под весом воды;
- Атмосферное давление давит на воду в нижнем сосуде, она открывает клапан 2, через который сосуд заполняется водой.
Такой насос, благодаря воздушной камере, может создавать непрерывный поток воды. Например, к крану можно подсоединить шланг для полива.
Опускание рукоятки (рисунок 4, б):
- Используя рукоятку 5, мы давим на поршень 1, опуская его вниз. Теперь давление передается на два клапана: 2 и 3;
- Клапан 2 под давлением воды закрывается, а клапан 3, наоборот, открывается. Через клапан 3 вода выходит через трубку наружу.
<текстареа>{«questions»:[{«content»:»Наличие воздушной камеры в устройстве поршневого насоса позволяет[[choice-58]]»,»widgets»:{«choice-58»:{«type»:»choice»,»options»:[«создавать непрерывный поток воды»,»не использовать воздействие атмосферного давления»,»поднимать больший объем жидкости»],»answer»:[0]}}}]}
Возможности поршневого насоса
Из описанного следует важный вывод: жидкость в цилиндр поршневого насоса поступает под действием атмосферного давления. А дальше движется под действием усилия движения поршня. Следовательно, для перекачки жидкости на любую высоту оказывается важным, где находится цилиндр насоса. Нормальное атмосферное давление может поднять воду на высоту не более 10,3 м. Поэтому цилиндр насоса должен находиться не более чем на такой высоте над поверхностью жидкости. Если жидкость необходимо перекачивать выше — это можно сделать за счет увеличения длины выпускного патрубка. Именно поэтому для глубоких скважин чаще всего применяются погружные насосы с очень коротким впускным патрубком.
Рис. 3. Погружной насос
Принцип работы
От большинства из тех, кто подбирает технические устройства для оснащения трубопроводных систем, специалисты слышат: «Объясните работу поршневого насоса с воздушной камерой». Следует сразу сказать, что принцип, по которому действует жидкостный поршневой насос, изобретенный еще несколько столетий назад, достаточно прост. Заключается он в следующем: совершая поступательное движение, поршень создает разрежение воздуха в рабочей камере, за счет чего в камеру и всасывается жидкость из подводящего трубопровода. При обратном движении поршня такого насоса, который, по некоторым историческим данным, изобрел древнегреческий механик, жидкость из рабочей камеры выталкивается в нагнетающую магистраль. Поршневые насосы, как уже говорилось выше, оснащаются клапанным механизмом, основная задача которого состоит в том, чтобы не дать перекачиваемой жидкости попасть обратно во всасывающий канал в тот момент, когда она выталкивается в нагнетательную магистраль.
Принцип работы одностороннего поршневого насоса
Принципом, по которому работают поршневые насосы, объясняется тот факт, что поток, создаваемый такими устройствами, двигается по трубопроводу с различной скоростью, скачками. Чтобы избежать этого негативного явления, используют насосы, оснащенные сразу несколькими поршнями, работающими в определенной последовательности. Преимущества, которые достигаются при использовании жидкостных насосов с несколькими поршнями, заключается еще и в том, что такие устройства способны закачивать жидкость даже в тот момент, когда их рабочая камера ею не заполнена. Такое качество многопоршневого плунжерного насоса, которое получило название «сухое всасывание», актуально во многих сферах, где используются подобные устройства.
Поршневые насосы различаются по числу действий
3. Водопровод — инженерное сооружение, служащее для снабжения водой населения, а также заводов, фабрик и т. д.
1-водонапорная башня.
2-насос
Вперёд
Упражнения
Упражнение №1
На какую высоту можно поднять воду обычным поршневым насосом (рисунок 2) при нормальном атмосферном давлении?
Важно понимать, что не мы тащим воду наверх, а атмосферное давление толкает жидкость. Поднимая руками поршень, мы создаем безвоздушное пространство, из-за чего давление снаружи поршня становится больше и выталкивает жидкость.
И подобно тому, как человек не может поднять руками грузовик, атмосферное давление не бесконечно и поднимет столб жидкости определенной высоты.
Жидкость будет подниматься до тех пор, пока ее давление меньше атмосферного. То есть, когда давление столба жидкости будет равно атмосферному, высота столба будет наибольшей.
Дано:
$p = 101 space 300 space Па$
$rho = 1000 frac{кг}{м^3}$
$g = 9.8 frac{Н}{кг}$
$h — ?$
Посмотреть решение и ответ
Скрыть
Решение:
Давление столба жидкости мы можем рассчитать по формуле:
$p = rho gh$, где:
- $p$ — давление столба жидкости и величина нормального атмосферного давления ($760 space мм space рт. space ст.$ или $101 space 300 space Па$);
- $rho$ — плотность воды ($1000 frac{кг}{м^3}$);
- $g$ — ускорение свободного падения.
Значит, мы можем выразить высоту $h$ из этой формулы и рассчитать ее:
$h = frac{p}{rho g}$,
$h = frac{101 space 300 space Па}{1000 frac{кг}{м^3} cdot 9.8 frac{Н}{кг}} approx 10.3 space м$.
Таким же образом можно рассчитать предельную высоту подъема для других жидкостей, если мы знаем их плотность.
Ответ: $h approx 10.3 space м$.
Упражнение №2
На какую наибольшую высоту вручную можно поднять спирт, ртуть поршневым насосом (рисунок 2) при нормальном атмосферном давлении?
Дано:
$rho_1 = 800 frac{кг}{м^3}$
$rho_2 = 13 space 600 frac{кг}{м^3}$
$p = 101 space 300 space Па$
$g = 9.8 frac{Н}{кг}$
$h — ?$
Посмотреть решение и ответ
Скрыть
Решение:
Максимальная высота столба жидкости будет достигнута в тот момент, когда давление жидкости будет равно атмосферному давлению. Рассчитаем эти высоту для спирта и ртути, используя формулу:
$p = rho gh$.
Максимальная высота столба спирта:
$h_1 = frac{p}{rho_1 g}$,
$h_1 = frac{101 space 300 space Па}{800 frac{кг}{м^3} cdot 9.8 frac{Н}{кг}} approx 12.9 space м$.
Максимальная высота столба ртути:
$h_2 = frac{p}{rho_2 g}$,
$h_2 = frac{101 space 300 space Па}{13space 600 frac{кг}{м^3} cdot 9.8 frac{Н}{кг}} approx 0.76 space м$.
Ответ: $h_1 approx 12.9 space м$, $h_2 approx 0.76 space м$.
7. Устройство поршневого жидкостного насоса с воздушной камерой
1 – поршень
2 – всасывающий клапан
3 – нагнетательный клапан
4 – воздушная камера
5 – рукоятка.
Вперёд
Тест по теме
- /10Вопрос 1 из 10
Давление в точке жидкости передаётся в любую другую точку жидкости:
- с увеличением
- с уменьшением
- без изменения
- не передается
Начать тест Доска почёта
Чтобы попасть сюда — пройдите тест.
- Пока никого нет. Будьте первым!
Насосы двухстороннего действия
Основная причина, по которой был разработан и стал активно применяться поршневой насос двойного действия, заключается в стремлении производителей уменьшить уровень пульсации потока жидкости, нагнетаемой в трубопроводную систему. Для того чтобы разобраться в преимуществах использования насосного устройства двойного действия, достаточно понять, как работает поршневой жидкостный насос данного типа.
Особенность устройства жидкостного поршневого насоса двойного действия заключается в том, что штоковые и поршневые полости этой машины оснащены индивидуальными клапанными системами. Такая конструкция поршневого насоса двойного действия, уникальность которой можно заметить даже по фото, позволяет не только устранить пульсации потока в трубопроводной системе, но и значительно повысить эффективность использования самой машины. Между тем поршневые насосы одностороннего действия, если сравнивать их с двухсторонними моделями, из-за простой конструкции отличаются более высокой надежностью и долговечностью.
Принцип действия двухстороннего поршневого насоса
Существует еще одна конструктивная схема поршневого насоса, при использовании которой удается добиться устранения пульсационных процессов в трубопроводных системах. Насосное оборудование, выполненное по данной схеме, предполагает применение специального гидроаккумулятора. Основное назначение таких гидроаккумуляторов, используемых для оснащения насосных станций, заключается в том, чтобы накапливать энергию потока жидкости в моменты пикового давления в трубопроводе и отдавать ее тогда, когда такого давления для нормальной работы системы недостаточно.
Однако какие бы виды поршневых насосов ни использовались и какими бы дополнительными техническими устройствами ни оснащались насосные станции, устранить пульсационные процессы в трубопроводах не всегда удается. В таких ситуациях часто применяется дополнительное оборудование, обеспечивающее эффективный отвод лишней жидкости за пределы насосной станции.
Что мы узнали?
Поршневой жидкостный насос — это механизм, предназначенный для перекачки жидкости, которая поступает в него под действием атмосферного давления. Он состоит из цилиндра с поршнем и двух клапанов. Расстояние между поверхностью жидкости и цилиндром насоса не может превышать 10,3 м в высоту для воды.
Устройство поршневого насоса
Поршневой насос состоит из цилиндра с поршнем, способным двигаться под действием внешней силы. В нижней части цилиндра имеется впускной клапан, свободно пропускающий жидкость из впускного патрубка в цилиндр, но не выпускающий жидкость обратно. На поршне также есть клапан для выпуска, позволяющий жидкости свободно проходить в пространство над поршнем, но не пропускающий жидкость обратно.
Рис. 2. Устройство поршневого насоса
Если поршень из нижнего положения начнёт движение вверх, давление воздуха под ним станет меньше атмосферного. Если впускной патрубок опущен в жидкость, то эта жидкость под действием атмосферного давления начнёт двигаться в сторону пространства под поршнем, проходя через впускной патрубок и клапан.
После того как поршень полностью поднимется, некоторое количество жидкости окажется в цилиндре, и впускной клапан закроет ей движение обратно.
Теперь, когда поршень начнёт движение вниз, откроется выпускной клапан в поршне. Жидкость будет через него свободно перетекать в верхнюю часть цилиндра. В этот момент в нижней части цилиндра давление увеличится до атмосферного. Когда поршень окажется в нижнем положении, клапан в нём закроется и перекроет жидкости возможность движения обратно под поршень.
Начнётся новый такт, поршень двинется опять вверх. Под ним вновь давление уменьшится, и под действием внешнего давления новая порция жидкости поступит через впускной клапан в цилиндр. Жидкость же, оказавшаяся над поршнем, будет проталкиваться вверх к выпускному патрубку.
Сферы применения
Область применения жидкостных насосов поршневого типа достаточно широка, что объясняется их высокой универсальностью. Между тем конструкция таких машин не позволяет использовать их в тех случаях, когда перекачивать необходимо значительные объемы воды или другой жидкости. Одним из основных достоинств этих гидравлических машин является то, что их поршни, вытесняя жидкость через нагнетательную магистраль, одновременно всасывают ее новую порцию через подающий канал, что в условиях сухого цилиндра очень важно. Этим качеством и предопределяется назначение поршневых жидкостных насосов как наиболее эффективных устройств, используемых на предприятиях химической промышленности.
Гидравлический поршневой насос для автокрана
Сферы применения жидкостных насосов поршневого типа расширяются и за счет того, что такое оборудование может успешно использоваться для работы с химически агрессивными средами, некоторыми видами топлива и взрывоопасными смесями. Активно применяются насосы данного типа и в бытовых целях, с их помощью можно создавать трубопроводные системы для автономного водоснабжения частных строений и для полива. Между тем, решив использовать такой прибор, не забывайте о том, что для перекачивания больших объемов жидкости он не предназначен.
Еще одной сферой, в которой активно используются жидкостные насосы поршневого типа, является пищевая промышленность. Это объясняется тем, что такие устройства отличаются очень деликатным отношением к перекачиваемой через них жидкости.