Virzuļu sūkņi

Virzuļu sūkņi ir viens no tilpuma hidromašīnas veidiem, kur izspiedējelements ir virzulis, kas, izdarot atgriezenisku taisnvirziena kustību, šķidrumu periodiski iesūc darba kamerā un iespiež cauruļvadā. Atšķirībā no dažiem citiem sūkņiem virzuļsūkni vārstuļu sistēmas dēļ nevar izmantot kā hidromotoru.

Virzuļu sūkņu darbības princips un raksturojums

Virzuļu sūkņa shēma

Virzuli ar kloķa klaņa mehānismu piedzen atgriezeniskā taisnvirziena kustībā.

Kad virzuli pārvieto pa labi, darba kamerā rodas vakuums un, atverot ieplūdes vārstu, šķidrums pa sūcējvadu ieplūst kamerā. Atpakaļgaitā virzulis šķidrumu pa izplūdes vārstu no kameras iespiež spiedvadā. Virzuļa vietā dažreiz izmanto tā sūcamo plunžeru, kas ir garāks un kustas blīvslēga čaulā. Līdz ar to nav jāizmanto virzuļu blīvgredzeni.

Vienā virzuļa gājienā (vienā periodā) sūkņa padotais šķidruma tilpums:

$V={Fs}$

$F\;$	= Virzuļa laukums
$s\;$	= Virzuļa gājiena garums

Vidējā padeve sekundē, ievērojot noplūdes:

$Qt={\dfrac {F\,s\,n\,\eta }{60}}$

Kur:

n	= virzuļa gājienu skaits minūtē
$\eta \;$	= tilpuma lietderības koeficients

Koeficienta $\eta \;$vērtība virzuļu sūkņiem ir (85—99%)

Jāievēro, ka virzuļa sūknis padod šķidrumu ļoti nevienmērīgi. Pusperiodā, kad šķidrumu iesūc, padeve pat vienlīdzīga nullei. Otrajā pusperiodā sūkņa ražīguma acumirklīgo vērtību $q\;$izsaka virzuļa laukuma reizinājums ar tā kustības ātrumu $v\;$:

$v=F\,v\;$

Virzuļa acumirklīgais ātrums vienāds ar kloķa—klaņa mehānisma savienojošā šarnīra lineārā ātruma horizontālo komponenti

$v=r\omega \sin(\varphi )\;$

$\varphi \;$

= kloķa leņķiskais ātrums

Sūkņa padevi raksturo sinusoidālālais maiņas likums. Izteikti nevienmērīga padeve vairāku iemeslu dēļ ir ļoti nevēlama. Sūkņa detaļas, kā arī cauruļvada elementi ir pakļauti laikā mainīgai slodzei, tādēļ šīs detaļas ātrāk nolietojas. Straujo spiediena maiņu dēļ smagos apstākļos strādā arī vārsti. Tā kā sūcējvadā šķidrums kustās ar lielu paātrinājumu, samazinās maksimālais sūkšanas augstums.

Virzuļu sūkņi ar izlīdzinātu padevi

Att.2. Divcilindru sūkņa shēma

Att.3. Abpusīgas darbības sūkņa shēma.

Lai iegūtu vienmērīgāku padevi, lieto speciālus virzuļu sūkņus. Zīmējumā parādīta divcilindru sūkņa shēma. Kā redzams, šajā gadījumā virzuļi nobīdīti fāzē par $\pi \;$(180'). Analogi darbojas arī trīscilindru sūknis. Te virzuļi pārvietojas ar fāzes nobīdi par ${\dfrac {2\,\pi }{3}}$ (120'), ar to padeves svārstības ir daudz mazākas nekā viencilindra vai divcilindru sūknī.

Abpusīga darbības sūkņa shēma parādīta 3. attēlā. Padeve principā ir tāds pats kā divcilindru sūknim.Starpība tikai tā, ka padeve no vienas darba kameras ir nedaudz mazāka virzuļa kāta dēļ. Abpusīgas darbības sūkņa vidējo ražīgumu (padevi) aprēķina pēc formulas :

Speciālie virzuļu sūkņi.

$Q={\dfrac {(2F\,-f\,)s\,n\,\eta }{60}}$

kur $f\;$ir virzuļa kāta laukums.

Diferenciālajā sūknī, tāpat kā abpusīgas darbības sūknī, šķidrumu padod spiedvadā abu pusperiodu laikā, līdz ar to samazinās spiediena un padeves svārstības. Diferenciālajā sūknī to panāk ar īpatnēju konstrukciju attēls 4. Plunžers, kustoties pa y asi, izspiež šķidrumu no darba kameras. Tas daļēji aizplūst pa spiedvadu, bet piepilda arī kameru, ko plunžers atbrīvojis labajā pusē. Šeit uzkrāto šķidrumu padod spiedvadā nākamajā pusperiodā, kad plunžers pārvietojas uz augšu, un galvenajā darba kamerā šķidrumu iesūc.

Diferenciālajā sūkņa padeves grafiks līdzīgs abpusīgas darbības sūkņa padeves grafikam. Diferenciālā sūkņa priekšrocība ir tā, ka salīdzinājumā ar abpusīgas darbības sūkni tam ir tikai 2 vārsti. Tas ir ļoti svarīgi, vārsti ir tas sūkņa elements, kas visātrāk bojājas.

Gaisa kameras

Lai samazinātu spiediena svārstības un izlīdzinātu padevi, sūkņa spiedvadam pievieno gaisa kameras pierīko arī sūcējvadam, lai samazinātu inerces spēkus un līdz ar to neļautu jūtami samazināties sūkšanas augstumam.

Darbības princips

Padeves pusperiodā šķidrumu neievada tieši spiedvadā, bet gan gaisa kamerā. Daļa šķidruma aizplūst pa spiedvadu, bet daļa uzkrājas kamerā, saspiežot tur ieslēgto gaisu. Virzuļa padevei samazinoties, gaiss sāk izspiest kamerā uzkrāto šķidrumu spiedvadā. Tādā kārtā padevi spiedvadā ievērojami izlīdzina. Gaisa slānis amortizē arī spiediena triecienu.

Jo lielāku nepieciešams panākt izlīdzināšanas pakāpi, jo lielākam jābūt gaisa kameras tilpumam. Vienkāršas darbības virzuļu sūkņos spiedvadam parasti pierīko gaisa kameru, kuras tilpums 14/18 reizes pārsniedz sūkņa darba tilpumu.

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Virzuļu sūkņi.