Поршневой насос: принцип работы, устройство, действие

Устройство и принцип действия поршневых насосов

Поршневым насосом называется возвратно-поступательный насос, у которого рабочие органы выполнены в виде поршней. По количеству поршней эти насосы разделяются на однопоршневые, двухпоршневые, трехпоршневые и многопоршневые. По числу циклов нагнетания и всасывания за один двойной ход поршня различают насосы одностороннего действия, двустороннего действия и дифференциальные.

Схема однопоршневого насоса одностороннего действия представлена на

рис. 3.1.

При движении поршня вправо в левой полости цилиндра и в рабочей камере создается разрежение. За счет разрежения верхний нагнетательный клапан К_н прижимается к седлу, а нижний всасывающий клапан К_в приподнимается, и в создавшийся зазор по всасывающей трубе засасывается жидкость из источника в рабочую камеру. При движении поршня влево в рабочей камере создается повышенное давление, под действием которого всасывающий клапан К_в закрывается, а нагнетательный клапан К_н приподнимается, и жидкость вытесняется из цилиндра в напорный трубопровод.

При многократном возвратно-поступательном движении поршня вода перемещается по всасывающей трубе через цилиндр насоса в нагнетательную трубу и дальше к месту потребления. При этом подача жидкости в нагнетательную линию оказывается неравномерной, что является существенным недостатком насосов одностороннего действия. Для устранения этого недостатка применяются насосы двустороннего действия.

На рис. 3.2 представлена схема насоса двустороннего действия (с двумя рабочими камерами). Процесс всасывания в одной камере идет одновременно с процессом нагнетания в другой.

Для обеспечения равномерности подачи применяются дифференциальные насосы (поршневые и плунжерные). На рис. 3.3 показана схема дифференциального насоса с диаметрами поршней D₁ и D₂. На всасывающей стороне он работает как насос одностороннего действия, на нагнетательной стороне – как насос двустороннего действия. Его отличительной особенностью является то, что за один оборот вала кривошипа он производит всасывание за один ход поршня, а нагнетание жидкости – в течение обоих ходов поршня, вытесняя ее поочередно из камер А и Б в нагнетательный трубопровод.

По направлению оси движения рабочих органов поршневые (плунжерные) насосы могут быть горизонтальными и вертикальными.

Основные понятия, применяющиеся в теории насосов

На рис. 3.4 показана схема насосной установки, состоящей из насосного агрегата 1, в состав которого входят насос и двигатель (на схеме двигатель не показан), всасывающей трубы 2 и напорного трубопровода 3, отводящего из насоса жидкость к месту назначения.

В нижней части всасывающей трубы имеется сетка 4, предохраняющая всасывающую трубу от попадания посторонних предметов и обратный клапан, необходимый для заливки насоса жидкостью перед пуском (в лопастных насосах) и предупреждающий обратное движение жидкости в случае остановки насоса.

В теории насосов применяется ряд терминов и определений, относящихся к насосам всех типов, в том числе и к поршневым насосам.

В работающем насосе жидкости сообщается дополнительная энергия, которая расходуется на преодоление сопротивлений в напорном трубопроводе и на подъем жидкости в резервуар. Вертикальное расстояние h_вс от свободной поверхности водоема до центра насоса называется вакуумметрической высотой всасывания. Потери энергии во всасывающем трубопроводе называются потерями при всасывании Вертикальное расстояние h_н от центра насоса до уровня воды в резервуаре называется геодезической высотой нагнетания. Потери энергии в напорной линии называются потерями при нагнетании. Сумма геодезических высот h_вс + h_н, сложенная с суммой потерь энергии в системе, называется напором насосаН:

Напор, развиваемый насосом, представляет собой количество энергии, сообщаемое насосом единице массы перекачиваемой жидкости. Напор измеряется в метрах столба перекачиваемой жидкости или в единицах давления.

Напор, развиваемый работающим насосом, можно определить также по формуле (7.9) с использованием показаний вакуумметра и манометра, которыми обычно оборудуются насосные установки (рис. 3.4):

h_м – показание манометра, выраженное в метрах столба перекачиваемой жидкости;

h_в – показание вакуумметра, выраженное в метрах столба перекачиваемой жидкости;

Δh – вертикальное расстояние между точками присоединения манометра и вакуумметра, м;

w_н, w_в – скорости в нагнетательной и всасывающей линиях (в местах присоединения манометра и вакуумметра), м/с;

Одним из основных технических показателей насоса является также давление насоса р:

Напор насоса Н и давление насоса р связаны между собой зависимостью

Область применения

Шестеренные насосы активно используются в составе гидросистем, которые работают при невысоком уровне давления (не выше 20 МПа). Такие агрегаты используются в дорожных, сельскохозяйственных и коммунальных отраслях, смазочных системах (подают смазку) и гидравлике (вырабатывают гидравлическую энергию и поставляют ее гидроприводам второстепенных механизмов, входящих в комплексные системы). Кроме того, данные насосные установки применяются для питания систем управления.

Шестеренные насосы внутреннего зацепления обеспечивает подачу вещества с низким уровнем пульсации потока и умеренным уровнем шума, благодаря чему они активно используются в закрытых помещениях. Помимо этого, данные агрегаты получили широкое применение в таких отраслях как производство и обработка металла, переработка пластмасс и отходов, а также в пищепроме и упаковке продуктов питания.

Нерегулируемые пластинчатые насосы

В нерегулируемых насосах отсутствует возможность изменения рабочего объема. Подачу таких насосов можно регулировать путем изменения частоты вращения приводного двигателя или использовать дроссельное регулирование гидропривода.

//www.youtube.com/embed/P_cCwSbwusA

Устройство пластинчатого насоса двукратного действия

Внутренняя поверхность статора 1 имеет овальную форму. Ротор 2 установлен соосно статору. В пазах 3 ротора установлены пластины 4, которые могут свободно перемещаться внутри пазов. При вращении ротора пластины за счет центробежной силы пластины прижимаются к поверхности статора образуя рабочие камеры. В связи с тем, что внутренняя поверхность статора имеет овальную форму при вращении ротора объем рабочих камер будет изменяться. В зонах 6 и 7 увеличения объема камеры выполнено отверстие для всасывания рабочей жидкости, в зонах 5 и 8 уменьшения объема камеры – отверстие для нагнетания.

В насосах двойного действия устанавливается четное число пластин (не менее 8).

Расчет рабочего объема пластинчатого насоса двойного действия

Рабочий объем насоса определяется минимальным Rc1 и максимальным радиусами Rc2 внутренней поверхности статора, толщиной ∆ и количеством z пластин, а также углом их наклона ξ.

Вычислить рабочий объем насоса двойного действия можно по формуле:

Подача пластинчатого насоса

Подача объемного насоса – это произведение его рабочего объема на частоту вращения приводного двигателя.

Q = V · n

Принцип работы пластинчатого насоса однократного действия

Пластинчатый насос однократного действия показан на рисунке.

Ротор 1 установлен в статоре 2 с эксцентриситетом. В роторе 1 в радиальном направлении выполнены пазы 3, в которых установлены подвижные пластины 4. При вращении ротора пластины под действием центробежной силы прижимаются к цилиндрической поверхности статора. За счет эксцентриситета между осями вращения ротора и статора обеспечивается изменение объемов рабочих камер.

В зоне 6 увеличения объема камеры происходит всасывание рабочей жидкости, зоне 5 уменьшения – нагнетание.

В насосах одинарного действия используется нечетное число пластин (не менее 3).

Расчет рабочего объема пластинчатого насоса одинарного действия

Рабочий объем насоса зависит от радиусов ротора r статора R и эксцентриситета e.

Эти величины связаны зависимостью:

e = R – r – a

где a – минимальный зазор между ротором и статором.

Максимальный рабочий объем пластинчатого насоса одинарного действия можно определить по формуле:

Если полости под пластин при их выдвижении соединяются с линией всасывания, а при задвижении – с линией нагнетания, то рабочий объем такого насоса можно определить по формуле:

∆ – толщина пластин z – количество пластин b – ширина статора

Для точного определения объема рабочей камеры необходимо учесть закон перемещения пластин в роторе во время его вращения. Уточненная формула для определения рабочего объема однократного пластинчатого насоса выглядит следующим образом:

Значение коэффициента k будет зависеть от количества пластин в насосе.

В пластинчатых насосах однократного действия нагрузки неравномерны, сила давления действует на ротор только со стороны полости нагнетания. По этой причине насосы однократного действия предназначены для работы на давлении до 12 МПа. Эта проблема устранена в насосах двойного действия, где действие сил давления на ротор уравновешено.

Важные моменты при выборе и монтаже поршневого насоса

Выбор оптимальной модели помпы – важный этап, который стоит поручить профессионалам. Пренебрежение их рекомендациями чревато потраченными впустую деньгами

Итак, необходимо обращать внимание на следующие моменты:

назначение поршневых насосов (где будет применяться оборудование);
с какой средой будет работать устройство, ее особенности;
из каких материалов выполнены элементы помпы – цилиндр, клапана, уплотнители, камеры и т.д.;
возможности и теххарактеристики оборудования;
какая фирма произвела насос, какие гарантии она дает.

Выбрав оптимальную модель насосного оборудования, важно правильно установить его на технику. Монтаж поршневого насоса также стоит поручить профессионалам, поскольку от их действий, соблюдения технологии подключения зависит многое

Например, корректность работы устройства и всей гидравлики, трансмиссии машины (гидросистема подключается к силовой передачи автомобиля). Неправильная установка может вызвать повышенное потребление ресурсов, снижение продуктивности, преждевременное изнашивание элементов.

По окончанию монтажных работ важно обеспечить правильную эксплуатацию устройства, соблюдение рекомендаций и инструкций производителя. Техобслуживание, а в случае необходимости ремонт поршневых насосов стоит проводить на сертифицированных СТО с помощью качественных материалов, оригинальных запчастей и расходников

Если вы не знаете, где лучше всего покупать поршневое насосное оборудование то обращайтесь в «Гидролидер». Оформить заказ здесь можно легко и быстро, цены являются экономически обоснованными. Консультанты помогут определиться с выбором и организуют доставку в любой регион России.

Принцип работы насосов

Вытеснителями в аксиально-поршневых машинах могут быть поршни или плунжеры.

Насосы с плунжерами иногда называют аксиально-плунжерными. Однако часто эту особенность названия и не отражают, и называют насос аксиально-поршневым, не зависимо от того, что является вытеснителем – поршень или плунжер.

В аксиально-поршневых насосах с наклонным блоком, оси рабочих органов находятся под углом к оси приводного вала. Этот угол определяет величину хода поршней. Его величина меньше 45 °. В большинстве конструкций угол наклона составляет 20°-30°.

При вращении вала, ротор или блок цилиндра также приводится во вращение через шарнирно установленные на приводном валу поршней.

Ротор прижимается к сферической поверхности распределительного диска, на которой выполнены два серповидных паза.

При вращении приводного вала, каждый из поршней перемещается в отверстиях ротора. Величина перемещения зависит от угла наклона блока.

Когда поршень перемещается, увеличивая объем рабочей камеры, жидкость через серповидный паз всасывается и заполняет камеру.

Когда поршень движется в противоположное направление, объем рабочей камеры уменьшается. Жидкость через другой серповидный паз вытесняется. Отверстия в роторе, в которых перемещаются поршни, распределены равномерно. В тот момент, пока одни поршни вытесняют жидкость, другие – движутся в обратном направлении. Это обеспечивает непрерывную подачу рабочей жидкости насоса со значительно сниженными пульсациями.

В аксиально-поршневых насосах с наклонным диском, оси рабочих органов параллельны оси приводного вала. Перемещение поршней или плунжеров внутри ротора обеспечивается наклонным диском, на которую через толкатели опираются плунжеры.

Ротор зафиксирован на валу с помощью шпонки, поэтому, при вращении приводного вала, вращается и ротор, а вместе с ним и плунжеры.

Плунжеры, при вращении приводного вала, перемещаются в отверстиях ротора.

При увеличении рабочей камеры жидкость заполняет её. Когда плунжер движется в противоположном направлении, жидкость вытесняется в напорную магистраль.

Применение:

Чистка любых поверхностей от краски;
Прочистка труб в различных системах;
Вычищение внутренних поверхностей емкостей;
Чистка топок, котлов, теплообменников;
Резка бетона, кирпича, цемента;
Снятие шпаклевки, резины, коррозии с любых поверхностей;
Удаление разметки на асфальте
Счистка граффити
Предание шероховатости поверхностям для их последующего склеивания;
Чистка железнодорожных вагонов изнутри;
Опреснение соленой воды;
Очистка воды обратным осмосом;
Дробление камней, грунта;
Разрезание кожи, дерева, пластмассы;
Удаление тугоплавких смол с поверхностей;
Удаление нечистот со дна автомобилей, поставленных на ремонт.

Принцип работы поршневого насоса

Поршневой гидронасос принцип работы имеет следующий: вытеснитель под воздействием направленной на него силы осуществляет поступательный шаг. При этом воздух, находящийся рабочей камере, разрезается, благодаря чему происходит всасывание текущей среды из всасывающего канала. Во время обратного движения рабочего элемента жидкость проталкивается в полость нагнетания, где удерживается клапанным механизмом. Далее следует повторение цикла.

Движение потоков гидрожидкости происходит с различной скоростью, из-за чего в системе могут случаться скачки. Предотвратить их образование помогает использование нескольких работающих последовательно поршней. Такие модели поршневых насосов в России популярны благодаря их способности закачивания рабочей среды при незаполненной камере (так называемое сухое всасывание).

Виды поршневых насосов

Существует два вида поршневых насосов – одностороннего и двухстороннего действия. Первые – это самые простые модели, принцип работы которых описан выше. Двухсторонние устройства имеют усовершенствованную конструкцию, которая позволяет уменьшить пульсацию напора и подачи. Все штоковые и поршневые полости такой модели комплектуются индивидуальными клапанами для нормализации пульсации в трубопроводе. Также с целью уменьшить пульсацию и устранить ее негативные последствия используют гидроаккумулятор. Это агрегат, способный накопить энергию текущей жидкости во время ее максимального давления и отдать ее при снижении напора ниже минимума для поддержки функциональности.

Технические характеристики поршневого насоса двухстороннего превышают аналогичные показатели односторонней модели. Они более эффективны, но менее надежны и долговечны по сравнению с последними.

Недостатки и преимущества поршневых насосов

Многочисленные преимущества поршневых насосов являются причиной их высокой популярности в нашей стране. К сильным сторонам агрегатов можно отнести:

простую конструкцию и принцип поршневого насоса, благодаря чему он является очень надежным, безотказным, ремонтопригодным и долговечным;
доступную стоимость устройств;
стабильно эффективную работу агрегата, которую обеспечивают высококачественные элементы и материалы, применяемые в производстве;
способность работать с жидкой средой, при перекачивании которой насосы должны соответствовать особо жестким требованиям.

Помимо сильных сторон, помпы данного типа имеют существенные недостатки, которые накладывают определенные ограничения на их использование. Поршневой насос характеристики и возможности имеет небольшие, у них малая продуктивность, а еще они не пригодны к перекачиванию существенных объемов жидкости.

<< Популярное Поршневые насосы EATON

Ручные гидравлические насосы НРГ

Гидронасосы НРГ очень надежные устройства и весьма распространены у нас в России так как производятся здесь же. Линейка НРГ насосов содержит устройства с распределителями. В конце обозначения таких инструментов обычно ставится буква «Р». Эта буква означает что инструмент может работать с гидроустройствами двустороннего действия. Рассмотрим несколько моделей НРГ гидронасосов ручного типа:

Насосы НРГ

Модель нрг-7020Р. Создает максимальное давление в 700 бар. И имеет номинальный объем бака 2 литра. В комплекте идет гидрораспределитель который позволяет работать с устройствами как одностороннего, так и двустороннего действия.
Модель нрг-7007. Также создает давление в 700 бар. Номинальный объем бака 0,7 литра. Достоинствами этой модели является присутствие предохранительного клапана, усилие на рукоятке минимально, и две ступени подачи масла. Данный инструмент предназначен для гидроинструмента одностороннего действия, с пружинным возвратом штока.
Модель нрг-67016Р. Номинальный объем бака равен 14 литрам. Усилие на рукоять 55 кг. Давление максимум 4Мпа. Производительность 115 куб см. Весит такое устройство целых 30 кг и весьма габаритно. Подойдет для небольшого автосервиса.

Роторные насосы

Это типы водяных насосов, которые отличаются от других типов отсутствием клапана. Перекачивание воды происходит за счет ее выталкивания под давлением. Основным рабочим механизмом в конструкции считается ротор. При движении ротор меняет объем замкнутого пространства. В таком положении элемента жидкость выталкивается.

Роторные водяные насосы работают с минимальным уровнем шума и без вибраций, поэтому пользуются спросом для решения бытовых задач. Конструкцией роторного насоса предусмотрена возможность обратной подачи жидкости. Роторный насос способен выкачивать жидкости любой плотности и вязкости. Такие модели имеются высокий коэффициент полезного действия.

Роторный насос по своим свойствам превосходит центробежный при определенных условиях эксплуатации

При выборе эффективного насоса стоит обратить внимание на диаграмму диапазона и характеристики конкретной модели. Современные модели роторных насосов отличаются надежностью и улучшенным рабочим диапазоном. Их часто используют в среде с ограниченным доступом к энергопотреблению

В таких условиях они демонстрируют максимальную эффективность

Их часто используют в среде с ограниченным доступом к энергопотреблению. В таких условиях они демонстрируют максимальную эффективность.

Конструкция роторного насоса включает несколько элементов:

насосную полость с элементами, которые проводятся в действие приводным валом. Это вращательное движение является отличительной чертой роторных агрегатов;
всасывающий патрубок. Через него вращающиеся элементы насоса втягивают жидкость.

Насосные элементы характеризуются плотно прилегающими рабочими зазорами. Такие насосы не нуждаются в отдельных впускных или выпускных клапанах. Объем перекачиваемой жидкости или смещение определяются ротором и насосной полостью.

Что такое плунжерный насос?

Плунжер, в переводе с английского, означает нырять или погружаться, поэтому применение эти устройства нашли для гидравлических машин.

Плунжерным называется объемный скальчатый насос с простым действием, который оснащен рабочим органом выполненным в виде плунжера.

В свою очередь, плунжер — деталь разного вида насосов, связанных с гидравликой и многоступенчатых компрессоров для газа.

Основные особенности и виды плунжерных агрегатов

По исполнению, специфике работы и строению насос плунжерного типа похож на поршневой агрегат. Наличие специального поршня, в виде плунжера, является главной отличительной чертой плунжерных от поршневых. Из-за создания высокого давления в системе насосы плунжерного типа не применяются в быту.

Свое главное применение установки повышенного давления нашли в химической и нефтеперерабатывающей отраслях. Использование таких устройств позволяет смешивать с высокой точностью компоненты растворов в необходимых для процесса пропорциях, что очень удобно в производственных процессах. Конструктивным особенностям этих насосов присущи различия, и поэтому плунжерные устройства подразделяются на:

Из-за определенной специфики работы плунжерный насосный агрегат изготавливают износостойким, герметичным, прочным и обеспечивающим непрерывную и надежную работу плунжером.

Эти агрегаты относятся к высокопроизводительным устройствам, обладающим высоким КПД, который составляет до 90%. По свойствам конструктивных особенностей плунжерные устройства классифицируются на виды:

вертикальные;
горизонтальные;
ручной;
автоматический;
многоплунжерный;
многоцилиндровый;
с герметизированными цилиндрами.

Плунжерные насосы обладают рядом преимуществ над аналогами, которые четко выделяются:

досконально проработана система смазки и имеет хороший доступ для потребителя;
благодаря конструктивному исполнению, есть возможность изменения параметров и характеристик под заказчика;
обладают понятным и простым управлением аппарата, а так же простой в установке;
существует возможность выполнять увеличение либо уменьшение рабочего давления в гидравлической системе путем изменения количества групп поршней.

Основные сферы применения

В химической промышленности для изготовления химических веществ, которые не вступают в химическую реакцию с металлом.
В химической промышленности для бурения скважин и транспортировки и последующей переработки нефтепродуктов.
В энергетики для изготовления электроприводов для парогенераторов.
Для оборудования с гидравлическим приводом в машиностроении.
В коммунальных хозяйствам для выполнения ремонтных работ, связанных с гидравлическими коммуникациями.
В аппаратах, выполняющих обратный осмос, предназначенных для пищевой промышленности.
Плунжерный насос высокого давления для воды применяется для автомоек.

Характеристики поршневых насосов

Важнейшие характеристики поршневых насосов: зависимости подачи от напора при постоянной частоте вращения Q= f (n), к.п.д. от подачи ɳ = f (Q), а также мощности от частоты вращения (числа двойных ходов поршня), от подачи n напора N=f(n); N = f(Q); N=f(H). Они, как правило, представлены графически в формулярах.

Характеристика поршневого насоса Q= f(H) изображена на рис. 2.34, а. Подача поршневого насоса при постоянной частоте вращения приводного двигателя теоретически не зависит от напора. Поэтому теоретическая характеристика представляет собой изображенную пунктирную прямую линию QT. В действительности при увеличении напора увеличиваются протечки через зазоры, поэтому подача несколько уменьшается и реальная характеристика представляет собой монотонно нисходящую кривую Q = f(H).

Подача поршневого насоса, как и любого другого объемного насоса, изменяется пропорционально часто те вращения вала приводного двигателя насоса. Ха рактеристика при любой частоте вращения (числе двойных ходов поршня) имеет вид кривой, изображенной на рис. 2.34, a, но проходит в зависимости от частоты вращения выше или ниже ее.

К.п.д. поршневого насоса ɳ = f(Q), (рис. 2.34, б) минимален при малых подачах и растет с увеличением подачи, однако в диапазоне изменения подач от 40 до 140% номинальной изменяется незначительно. Кривая ɳmax относится к прямодействующим насосам большой подачи при малых напорах (Q=100-300 м3/ч; Н=40-60 м вод. ст.).

Кривая nmin относится к быстроходным насосам малой подачи при больших напорах (Q = 25-80 м3/ч; Н = 100-500 м вод. ст.).

Зависимости мощности от частоты вращения (числа двойных ходов поршня), от подачи и напора N = f2 (n); N = f2 (Q); N = f3 (H) изображены на рис. 2.34, в и свидетельствуют, что мощность поршневого насоса линейно зависит от частоты вращения, от подачи и напора. Характеристики каждого конкретного насоса приведены в формуляре насоса.

Поршневые насосы обладают свойством сухого всасывания и большой высотой всасывания. Напор поршневых насосов ограничивается только мощностью приводного механизма и прочностью конструкций самого насоса. Насос может работать с практически одинаковой подачей в большом диапазоне изменения напоров.

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.