Клапаны поршневых насосов размещаются в специальных клапанных коробках, которые непосредственно примыкают к насосным цилиндрам и конструктивно являются их частью. В клапанной коробке на пути от трубопровода к рабочей полости цилиндра имеется отверстие, конструктивно оформленное в виде гнезда, которое прикрывается клапаном при его посадке. Так происходит разобщение цилиндра от примыкающего к нему всасывающего или нагнетательного трубопровода.
При подъеме клапана рабочая полость цилиндра сообщается с нагнетательным или всасывающим трубопроводом.
Теоретически предполагается, что подъем или опускание соответственных клапанов происходит мгновенно при достижении поршнем крайних (мертвых) положений поршня.
Практически для нормальной работы клапанного устройства насоса необходимо, чтобы клапан свободно подымался и опускался на седло без удара и защемления в направляющем приспособлении; инерция клапана должна быть минимальной; поэтому клапан стремятся сделать легким, компенсируя массу клапана действием пружины. Форма клапана должна быть обтекаемой для уменьшения гидравлического сопротивления. В закрытом положении клапан должен плотно садиться на гнездо, герметизируя его.
В настоящее время применяются почти исключительно самодействующие клапаны, т. е. клапаны, подымающиеся и опускающиеся только под действием разности давлений жидкости по обе стороны клапана и под действием силы тяжести.
При необходимости могут быть применены клапаны принудительного действия, обладающие механическим приводом, работающим согласованно с движением поршня.
Конструкция клапанов в зависимости от назначения насосов, их подачи и условий применения бывает различной.
Показан простейший тарельчатый клапан / с нижними направляющими ребрами и гнездом. Наиболее подходящим материалом для изготовления таких клапанов является бронза, допускающая тщательную притирку клапана к гнезду и их соприкосновение по одной линии, что обеспечивает достаточную герметизацию клапана.
Тарельчатый клапан с верхней направляющей колонкой и нажимной пружиной. Клапанная пружина применяется для того, чтобы тщательно прижимать к седлу клапан, имеющий относительно небольшую массу и, следовательно, обладающий малой инерцией. При перекачке загрязненных жидкостей опорная плоскость тарельчатого клапана снабжается резиновой или кожаной прокладкой.
Разновидностью тарельчатого клапана является откидной или шарнирный клапан; он применяется в насосах с небольшой частотой вращения кривошипного вала при перекачке, главным образом, загрязненных жидкостей. Такие клапаны изготовляются с кожаными или резиновыми прокладками.
Насосы для перекачки вязких, густых жидкостей снабжаются шаровыми клапанами. Шаровые
клапаны малых размеров изготовляются из стали и чугуна или бронзы, а шары больших размеров делаются полыми из металла или из резины с металлическим сердечником.
Для перекачки больших количеств жидкости применяются групповые клапаны, т. е. вместо одного большого клапана устанавливается несколько малых, или же один двухкольцевой клапан.
Чтобы судить о работе клапанов, необходимо уметь хотя бы приближенно определять зависимость основных параметров их работы от положения поршня в цилиндре насоса. Этой цели служит элементарная теория клапанов, с помощью которой приближенно определяется зависимость высоты подъема клапана, скорости его подъема и ускорения — в функции скорости поршня и положения его в цилиндре.
Часто такие насосы применяются в небольших котельных для питания котлов, так как по правилам техники безопасности питательные насосы должны иметь самостоятельный привод. Паровой цилиндр такого насоса питается паром из котла, в который должна подаваться вода насосным цилиндром того же насоса с некоторым избытком давления по сравнению с давлением в котле. Поэтому в таких насосах диаметр парового цилиндра и соответственно диаметр поршня всегда больше диаметра водяного цилиндра. расход пара на насос прямого действия определяется по общим формулам для расхода пара паровой машиной с учетом 100% наполнения цилиндра.
