Pompy wyporowe

1. Wg PN-90/M-44000 ( Podział pomp i innych przenośników cieczy).

2. Podział pomp tłokowych.

Pompy tłokowe dzielą się według sposobu działania na:

- jednostronnie działające,
- obustronnie działające,

- różnicowej,

według liczby cylindrów na:

- pojedynczo działające,
- podwójnie działające,

- potrójnie działające,

- poczwórnie działające;

według położenia osi cylindrów na:

- leżące (poziome)

stojące (pionowe;
według konstrukcji tłoków na pompy z tłokami:

- tarczowymi,

- nurnikowymi,

- zaworowymi,

- przeponowymi.

Rys.9.1. schemat podziału przenośników cieczy.

Pompa wyporowa - pompa, której działanie polega na przetłaczaniu
dawki cieczy z przestrzeni ssawnej do tłocznej przez ruch organu
roboczego (tłoka, nurnika, przepony).
W pompie wyporowej praca organu roboczego zamieniana jest
bezpośrednio na energię ciśnienia.

Pompa (wyporowa) o ruchu posuwisto-zwrotnym organu roboczego -
pompa, w której organ roboczy wykonując ruchy posuwisto-zwrotne
powoduje na przemian powiększanie i zmniejszanie przestrzeni roboczej
pompy, a przez to zasysanie i wytłaczanie cieczy.

Pompa (wyporowa) tłokowa - pompa, w której organem roboczym jest
tłok cylindryczny poruszający się w dopasowanym cylindrze.

Rys. 9.2. Pompa tłokowa jednostronnego działania - pompa

tłokowa, w której czynna jest jedna strona tłoka.

Rys. 9.3. Pompa tłokowa dwustronnego działania -pompa tłokowa,

w której czynne są obie strony tłoka.

Rys.9.4. Pompa (wyporowa) z tłokiem zaworowym pionowa; pompa

z tłokiem zaworowym - pompa, której organem roboczym jest
tłok poruszający się w pionowym cylindrze.

Pompa (wyporowa) z tłokiem nurnikowym; pompa nurnikowa - pompa,
której organem roboczym jest nurnik, poruszający się nurnik na przemian
powiększa i zmniejsza objętość przestrzeni roboczej pompy.

Rys. 9.5. Pompa nurnikowa jednostronnego działania –

pompa w której czynna jest jedna strona nurnika

Rys. 9.6. Pompa nurnikowa dwustronnego działania; pompa (nurnikowa)

różnicowa - pompa, w której tłok ma różne średnice.

Rys. 9.7. Pompa (wyporowa) przeponowa — pompa, w której organem
roboczym jest elastyczna przepona umieszczona w kadłubie pompy .

Pompa (wyporowa) wiełotłokowa; pompa wielotłoczkowa - pompa, w
której organem roboczym jest zespół tłoczków poruszających się w
dopasowanych cylindrach.

Rys. 9.8. Pompa wielotłoczkowa promieniowa - pompa,

w której tłoczki rozmieszczone są promieniowo.

Rys. 9.9. Pompa wielotłoczkowa osiowa - pompa, w której tłoczki

rozmieszczone są osiowo.

Pompa (wyporowa) o ruchu obrotowo-zwrotnym organu roboczego - pompa,
w której organ roboczy wykonując ruchy obrotowo-zwrotne powoduje na
przemian powiększenie i zmniejszenie przestrzeni roboczej (komór roboczych)
pompy, a przez to zasysanie i wytłaczanie cieczy.
Pompa (wyporowa) skrzydełkowa — pompa, w której organem roboczym jest
tłok skrzydełkowy.

Rys. 9.10. Pompa skrzydełkowa podwójnego działania —pompa

skrzydełkowa z dwoma komorami roboczymi

Rys. 9.11. Pompa skrzydełkowa poczwórnego działania – pompa

skrzydełkowa z czterema komorami roboczymi.

Pompa (wyporowa) o ruchu obrotowym organu roboczego;
pompa wyporowa obrotowa - pompa, w której organ lub organy
robocze wykonują ruch obrotowy, powodując zasysanie i
wytłaczanie cieczy, przy czym nie we wszystkich typach
konstrukcji pomp wyporowych obrotowych występują okresowe
zmiany objętości przestrzeni roboczej.

Pompa wyporowa obrotowa nie ma zaworów, gdyż organ lub
organy robocze w każdym położeniu oddzielają przestrzeń ssawną
od przestrzeni tłocznej pompy.

Pompa (wyporowa) obrotowa łopatkowa - pompa, w której organem
roboczym jest wirnik z łopatkami przesuwalnvmi w kierunku
promieniowym lub osiowym.

Rys. 9.12. Pompa obrotowa łopatkowa

promieniowa.

Łopatki przesuwają się względem wirnika ruchem posuwisto-zwrotnym i
są stałe dociskane siłą odśrodkową do wewnętrznych ścian kadłuba.

Rys. 9.13. Pompa obrotowa łopatkowa

osiowa.

Pompa (wyporowa obrotowa) zębata — pompa, w której organami
roboczymi są obracające się koła zębate o uzębieniu zewnętrznym lub
wewnętrznym.

Rys. 9.14. Pompa zębata o
uzębieniu zewnętrznym.

Rys. 9.15. Pompa zębata o
uzębieniu wewnętrznym.

Pompa (wyporowa obrotowa) krzywkowa - pompa, w której organami
roboczymi są różnorodnie ukształtowane wirniki krzywkowe.

Rys. 9.16. Pompa krzywkowa jednowirnikowa – pompa krzywkowa

z jednym wirnikiem.

Rys. 9.17. Pompa krzywkowa dwuwirnikowa - pompa krzywkowa

z dwoma wirnikami.

Rys. 9.18. Pompa krzywkowa trój wirnikowa — pompa krzywkowa z

trzema wirnikami.

Rys. 9.19. Pompa (wyporowa obrotowa) wałeczkowa - pompa, w

której organem roboczym jest wirnik umieszczony
mimośrodowo w stosunku do osi kadłuba.

Pompa (wyporowa obrotowa) śrubowa - pompa, w której wirnik lub
wirniki są ukształtowane śrubowo.

Rys. 9.20. Pompa śrubowa jednowirnikowa - pompa z jednym wirnikiem w

postaci jednozwojowej śruby o falistym zarysie gwintu toczącej się
bez poślizgu po wewnętrznej powierzchni elastycznej tulei o
dwuzwojowym gwincie wewnętrznym.

Rys. 9.21. Pompa śrubowa trój wirnikowa - pompa z jednym śrubowym
wirnikiem czynnym i współpracującymi z nim dwoma wirnikami śrubowymi
biernymi - satelitami.

Rys. 9.22. Pompa (wyporowa obrotowa) ślimakowa — pompa, w
której organami roboczymi są ślimak i ślimacznica.

Rys. 9.23. Pompa (wyporowa obrotowa) tarczowa - pompa, w której

organem roboczym jest tarcza profilowa wykonująca-ruch

oscylująco-obrotowy.

Rys. 9.24. Pompa (wyporowa obrotowa) przewodowa - pompa, w której

organem roboczym jest element toczący się po elastycznym
przewodzie i powodujący jego odkształcenie.

Pompa wyporowa o ruchu obiegowym organu roboczego - pompa, w

której organ roboczy wykonuje ruch obiegowy wewnątrz przestrzeni roboczej.

Rys. 9.25. Pompa (wyporowa) puszkowa - pompa, w której organem

roboczym jest tłok puszkowy poruszając się ruchem obiegowym
wewnątrz puszki złożonej z dwóch współśrodkowych pierścieni.

Zasada działania pomp tłokowych

W pompach jednostronnego działania podnoszenie cieczy odbywa się w dwu

etapach. Przy ruchu tłoka 1 w kierunku n zwiększa się objętość komory zaworowej

2, a występujący przy tym spadek ciśnienia powoduje otwarcie zaworu ssawnego 3

i zassanie cieczy z obszaru (zbiornika) dolnego przez rurę ssawną 4. W czasie ruchu

ssania do cylindra wpływa ciecz o objętości:

Rys. 9.26. Pompy tłokowe jednostronnego działania: a) stojąca z tłokiem tarczowym, b) leżąca

z tłokiem nurnikowym; 1 - tłok (nurnik), 2 - komora zaworowa, 3 - zawór ssawny,
4 - rurociąg dopływowy (ssawny), 5 - zawór tłoczny, 6 - rurociąg tłoczny

Dla pompy dwustronnego działania w czasie jednego obrotu korby objętość

zassana, a następnie wytłaczana od strony tłoka bez tłoczyska wyniesie:

zaś od strony tłoka z tłoczyskiem:

gdzie: S = nd

2

t

!4 - przekrój tłoczyska, d

t

- średnica tłoczyska.

Całkowita objętość zassanej i wytłoczonej cieczy w czasie jednego obrotu korby:

Rys. 9.27. Pompa tłokowa dwustronnego działania (nurnikowa); 1 - nurnik,

2 - komory zaworowe, 3 - zawory ssawne, 4 - rurociąg dopływowy,
5 - zawory tłoczne, 6 - rurociąg tłoczny

Pompy różnicowe mają tłok lub nurnik 1 o dwu różnych średnicach d i d

t

Rys. 9.28. Pompa tłokowa różnicowa (nurnikowa); 1 - nurnik, 2 - komora zaworowa,

3 -zawór ssawny, 4 - rurociąg dopływowy (ssawny), 5 - zawór tłoczny,
6 - rurociąg tłoczny, 7 - króciec tłoczny.

Podczas suwu w kierunku n do lewej komory 2 przez zawór ssawny 3 zostaje

zassana objętość cieczy równa

zaś z prawej strony zostaje wytłaczana do rury tłocznej 6 ciecz o objętości:

Podczas suwu w kierunku t lewa część nurnika wytłacza przez zawór tłoczny 5

do rury tłocznej 6 objętość cieczy V, jednak część tej cieczy wypełnia przestrzeń

z prawej strony nurnika o objętości:

czyli przez króciec 7 zostanie wytłoczona różnica obu objętości:

Łączna objętość cieczy zassanej i wytłoczonej w czasie jednego obrotu korby

wynosi

Układ Korbowy – Kinematyka

Droga tłoka. Na rysunku 9.29 przedstawiony jest układ korbowy o skończonej

długości korbowodu

Wprowadzając następujące oznaczenia;
s – skok tłoka,

r - ramię korby,

1 - długość łącznika (korbowodu),

λ - stosunek długości ramienia korby do długości łącznika,
ω - prędkość kątowa korby, u - prędkość liniowa czopa korby, m/sek,
α - kąt obrotu korby,

β - kąt zawarty między osią łącznika a osią cylindra,

x - droga tłoka, m,

c - prędkość tłoka; m/sek,

a - przyspieszenie chwilowe tłoka, m/sek, n - ilość obrotów na minutę.

otrzyma się wzór na drogę tłoka:

Ponieważ

to

a droga tłoka

lub po rozwinięciu w szereg drugiego wyrażenia

Przy obliczaniu drogi tłoka, dla korbowodów dłuższych od trzech długości korby,

otrzymuje się dostateczną dokładność obliczeń,

ułamek

jest bardzo mały. Wtedy wzór na drogę tłoka przybiera postać:

dla

Największy błąd wynikający z zatrzymania tylko trzech pierwszych wyrazów
szeregu otrzymuje się przy kącie α = 90°. W tablicy podano błędy obliczeń w
zależności od smukłości korbowodu tj. λ.

Błędy przy obliczaniu drogi tłoka:

Prędkość tłoka

Prędkość tłoka otrzyma się różniczkując drogę tłoka określoną w/w wzorem

według czasu.

lub po przekształceniu:

Z uproszczonego równania (dla powszechnie stosowanych długości korbowodów)

otrzymać można przybliżony wzór na prędkość chwilową tłoka

Stosując przy obliczaniu chwilowej prędkości tłoka uproszczony wzór popełnia
się błąd, który ma największą wartość przy kącie α = 60° i α = 120°.
Błędy te podane są nw. tablicy.

Błędy przy obliczaniu chwilowej prędkości tłoka

Prędkość osiąga największa wartość gdy oś łącznika jest styczna do obwodu

koła, wówczas prędkość ta wynosi:

Rys. 9.30. Prędkość tłoka w funkcji obrotu korby c=f(α).

Przyspieszenie tłoka

Przyspieszenie tłoka otrzyma się przez różniczkowanie prędkości tłoka względem

czasu.

Przybliżony wzór na chwilowe przyspieszenie tłoka (dla powszechnie stosowanych

długości korbowodów):

Rys. 9.31. Przyśpieszenie tłoka w funkcji obrotu korby a=f(α).

Rys. 9.32. Wykres prędkości tłoka c zależności od kąta korby α.

Rys. 9.33. Wykres przyspieszenia tłoka a w zależności od kąta korby α.

Dla korbowodów nieskończenie długich λ = 0.

Rys. 9.34. Wykres prędkości tłoka w

zależności od jego drogi, c = f (x).

Rys. 9.35. Wykres przyśpieszenia tłoka

w zależności od jego drogi, a = f(x).

Obrazem geometrycznym funkcji c = f(α) dla λ = oo jest sinusoida, zaś obrazem

funkcji c = f(x) iest elipsa, bowiem

i ostatecznie

Rys. 9.35.Konstrukcja krzywej przedstawiającej zależność prędkości c od kata α.

Rys. 9.36. Konstrukcja krzywej przyspieszenia tłoka a w zależności od jego drogi x.

Rys. 9.37. Wykres przyspieszenia tłoka a zależności od drogi x dla przypadku

gdy λ = 0.