§48. Поршневой жидкостный насос

Вопросы

1. Какое явление используют в устройстве поршневого водяного насоса?

Ответ:

Вода поднимается за поршнем под действием атмосферного давления. Когда поршень втягивается в цилиндр, образуется вакуум, в него и загоняется вода, а потом поршень при обратном ходе выдавливает ее через обратный клапан на поверхность.

2. Как устроен и действует такой насос?

Ответ:

Насос в разрезе изображен на рисунке 142, б. Рассмотрим его устройство. Корпус насоса цилиндр, при этом в нижней части цилиндра штуцер для забора жидкости и обратный клапан, чтобы жидкость проходила лишь в корпус насоса. Сверху вставлен поршень - 1 , также с обратным клапаном, но здесь жидкость может лишь выходить выше поршня. Клапана показаны на рисунке под позицией 2.

 Так вот, при движении поршня вниз вода, находящаяся под поршнем, давит на обратный клапана внизу, он закрывается, а клапан на поршне открывается. Вода переходит в верхнюю часть цилиндра. При этом, при переходе воды через верхний клапан, она там скапливается и при движении поршня вверх выдавливается через носик. Тут же одновременно вода через нижний клапан поступает вверх под поршень, так как там происходит разряжение давления и воду давит под этот поршень. И так раз за разом.

рис. 142, б. Устройство колонки с поршневым насосом.

Упражнение 24

1. На какую предельную высоту вручную можно поднять воду поршневым насосом (см. рис. 142) при нормальном атмосферном давлении?

рис. 142. Колонка с поршневым насосом

Ответ: 

Необходимо посчитать с каким давлением давит атмосферное давление на воду и на какую высоту давление способно поднять воду.
Дано:
p= 101308 Па;
ρ = 1000 кг/$м^{3}$;
h−?
Решение:
p = gρh;
$h=\frac{p}{gρ}$;
g = 9,8 Н/кг
$h=\frac{101308}{9,8 * 1000} = 10,3$ м.
Ответ. 10,3 м.

2. На какую наибольшую высоту вручную можно поднять спирт, ртуть поршневым насосом (см. рис. 142) при нормальном атмосферном давлении?

рис. 142. Колонка с поршневым насосом

Ответ:

Дано:
p= 101308 Па;
$ρ_{сп}$= 800 кг/$м^{3}$;
$ρ_{рт}$= 13600 кг/$м^{3}$
$h_{сп}$−?
$h_{рт}$ −?
Решение:
Ртуть можно поднять на 760 мм по определению давления ртутного столба. Можно подтвердить расчётом:
p = gρh;
$h=\frac{p}{gρ}$;
g = 9,8 Н/кг
$h_{рт}=\frac{101308}{9,8 * 13600}$ = 0,76 м = 760 мм.
$h_{сп}=\frac{101308}{9,8 * 800}$ = 12,9 м.
Ответ. 760 мм, 12,9 м.

3. Объясните работу поршневого насоса с воздушной камерой (рис. 143), где
1 — поршень;
2 — всасывающий клапан;
3 — нагнетательный клапан;
4 — воздушная камера;
5 — рукоятка.
Какую роль играет в этом насосе воздушная камера? Можно ли поднять этим насосом воду с глубины, большей 10,3 м?

рис. 143

Ответ:

 Насос с камерой работает следующим образом. Через рычаг давим на поршень, и это усилие переда­ется на клапан 3 (открывает его) и клапан 2 (закры­вает его). Через клапан 3 вода выходит через трубку наружу. Рычаг поднимает поршень вверх, воздух 4 давит на воду, которая закрывает клапан 3. Атмосферное давление давит уже на жидкость в нижнем сосуде, и она открывает обратный клапан 2, через который жидкость и заполняет ка­меру. В итоге, насос с воздушной камерой создаёт непрерывный напор за счёт сжатого подпружиненного воздуха в камере.
 Так вот, чтобы вода появилась над поршнем, необходимо чтобы вода достигла этого поршня. А достичь его вода может только под действием атмосферного давления, равного 10,3 метров водяного столба. Воду с глубины больше 10,3 м этим насосом поднять нельзя.