Поршневой насос: принцип работы, устройство, действие

Особенности конструкции и принцип действия

Если рассмотреть устройство центробежного насоса в разрезе, то в конструкции такого оборудования можно выделить следующие элементы.

Электродвигатель в устройстве центробежного насоса играет роль приводного элемента. Та часть внутренней конструкции центробежного насоса, где располагается его приводной электродвигатель, тщательно герметизируется, что необходимо для защиты силового агрегата от контакта с перекачиваемой жидкой средой.
Вал насоса передает вращение от электродвигателя рабочему колесу.
Конструкция центробежного насоса обязательно включает в себя рабочее колесо, на внешней цилиндрической поверхности которого расположены лопатки, перемещающие перекачиваемую жидкую среду по внутренней камере устройства.
Подшипниковые узлы обеспечивают легкое вращение вала с зафиксированным на нем рабочим колесом.
Уплотнительные элементы защищают узлы внутренней конструкции гидромашины от контакта с перекачиваемой жидкой средой.
Корпус насоса, как правило, выполнен в форме улитки и оснащен двумя патрубками – всасывающим и напорным.

Основные части центробежного насоса

Конструктивная схема центробежного насоса, кроме вышеперечисленных деталей, может включать в себя ряд дополнительных элементов:

шланг, по которому перекачиваемая жидкая среда поступает в напорную магистраль;
шланг, по которому жидкость поступает во внутреннюю камеру устройства;
обратный клапан, препятствующий перемещению уже перекачанной жидкой среды в обратном направлении;
фильтр грубой очистки, не дающий твердым включениям, содержащимся в составе жидкой среды, попадать во внутреннюю часть помпы;
вакуумметр, при помощи которого осуществляется контроль за степенью разреженности воздуха в рабочей камере;
манометр, посредством которого можно контролировать давление потока жидкой среды, создаваемого насосным оборудованием;
элементы запорной арматуры, позволяющей регулировать параметры потока жидкой среды, поступающей в насос и выходящей из него.

Устройство насосной части оборудования центробежного типа

Устройство и принцип действия любых центробежных насосов отличаются простотой. Так, принцип действия центробежного насоса заключается в следующем.

Жидкая среда, попадающая во внутреннюю рабочую камеру, захватывается лопатками рабочего колеса и начинает перемещаться вместе с ними.
Под воздействием центробежной силы жидкая среда отбрасывается к стенкам рабочей камеры, где создается избыточное давление.
Находясь под избыточным давлением, жидкая среда выталкивается через напорный патрубок.
В тот момент, когда жидкая среда из центральной части рабочей камеры отбрасывается к стенкам, создается разрежение воздуха, что и обеспечивает всасывание новой порции жидкости через входной патрубок.

Принцип действия центробежного насоса

Принцип работы центробежного насоса, описанный выше, относится к моделям как поверхностного, так и погружного типа. Основную функцию центробежного насосного оборудования выполняет рабочее колесо с лопатками. В соответствии с описанным выше принципом действия центробежных насосов такие устройства обеспечивают всасывание перекачиваемой жидкой среды и ее выталкивание в напорную магистраль в постоянном режиме, что гарантирует стабильность параметров создаваемого потока.

Типы поршневых установок

Поршневые насосные устройства имеют разные модификации. Так, аппараты бывают в вертикальном либо горизонтальном исполнении, с ручным и механическим приводом.

По типу рабочего элемента, вытесняющего жидкость, среди агрегатов выделяют:

1. Поршневые, где поршень представлен в форме диска.

2. Плунжерные. Поршень представлен в форме пустотелого длинного цилиндра.

3. Диафрагмовые. Перекачиваемый продукт от поршня отделяет диафрагма, а в цилиндрическую камеру залита эмульсия либо масло. Аппараты применяют для перекачки агрессивных веществ, строительных растворов, продуктов с примесями.

По способу действия аппараты выпускают:

1. Одинарного действия.

2. Двойного. Имеют 2 рабочие камеры, каждая оснащена нагнетающим и всасывающим клапаном, что значительно снижает пульсацию потока.

3. Дифференциальные поршневые устройства. Также имеют 2 камеры, но одна из них лишена клапанов. Поток жидкости становится еще более равномерным.

По размеру поршня:

с большим диаметром поршня (свыше 150 мм);
со средним (50–150 мм);
с малым (до 50 мм).

По степени быстроходности рабочего элемента выделяют:

тихоходные устройства (совершают 40–80 двойных ходов ежеминутно);
средней быстроходности (50–80 ходов);
быстроходные (150–350 ходов).

Достоинства и недостатки

Аксиально-поршневой гидромотор и гидравлический насос данного типа при сравнении с радиальными и паровыми устройствами отличаются следующими достоинствами:

При достаточно компактных размерах и небольшом весе такие устройства обладают внушительной мощностью и достойной производительностью.
За счет компактных размеров и небольшого веса насосы, относящиеся к аксиально-поршневому типу, при работе создают небольшой момент инерции.
Частоту вращения выходного вала аксиально-поршневого гидромотора регулировать очень легко.
Данные устройства эффективно функционируют даже при достаточно высоком давлении рабочей среды и при этом создают соответствующий крутящий момент выходного вала.
В таких установках можно изменять объем рабочей камеры, чего не удается достичь при использовании гидронасосов и гидромоторов радиально-поршневых.
Частота, с которой вращается выходной вал гидромоторов данного типа, в зависимости от модели может находиться в диапазоне 500–4000 об/мин.
В отличие от насосов радиально-поршневых, которые могут работать при давлении рабочей жидкости, не превышающем значение 30 мПа, аксиальные установки способны функционировать при давлении, доходящем до 35–40 мПа. При этом потери величины такого давления будут составлять всего 3–5%.
Поскольку поршни аксиальных насосов устанавливаются в рабочих камерах с минимальными зазорами, достигается высокая герметичность таких установок.
При использовании насосов данного типа можно регулировать как направление подачи, так и давление рабочей жидкости.

Регулируемый аксиально-поршневой гидромотор применяется на погрузчиках, экскаваторах и автокранах

Как и у любых других технических устройств, у аксиально-поршневых насосов есть недостатки:

Такие насосы стоят достаточно дорого.
Сложность конструктивной схемы значительно затрудняет ремонт аксиально-поршневых гидронасосов.
Из-за не слишком высокой надежности эксплуатировать гидравлические механизмы данного типа следует только согласно инструкции, иначе можно столкнуться не только с невысокой эффективностью работы такого устройства, но и с его частыми поломками.
При использовании насосного оборудования данного типа жидкость в гидравлическую систему подается с большой пульсацией и, соответственно, расходуется неравномерно.
Из-за высокой пульсации, характерной для функционирования таких насосов, гидравлика, которой оснащена трубопроводная система, может работать некорректно.
Гидравлические механизмы аксиально-поршневого типа очень критично реагируют на загрязненную рабочую среду, поэтому использовать их можно только с фильтрами, размер ячеек которых не превышает 10 мкм.
Аксиально-поршневые гидравлические устройства из-за особенностей своей конструкции издают при работе значительно больше шума, чем модели насосов и гидравлических моторов пластинчатого и шестеренного типа.

К аксиально-поршневому типу, как упомянуто выше, могут относиться не только гидравлические насосы, но и гидромоторы. Принцип работы гидромотора практически идентичен принципу действия аксиально-поршневого насоса. Основная разница состоит в том, что совершается такая работа в обратной последовательности: в устройство под определенным давлением подается жидкость, которая и заставляет двигаться поршни гидромотора, приводящие во вращение его выходной вал.

Струйные типы насосов

Предназначены для работы со всеми типами жидкостей. Струйные насосы могут устанавливаться вертикально или горизонтально. В конструкции агрегатов предусмотрено несколько входов, которые используются для всасывания постоянного потока жидкости с использованием давления для создания подъемной силы. Давление на всасывании и скорости жидкости обеспечивают выталкивание жидкости из источника, транспортируя ее в конечную точку.

Струйный насос или инжектор объединяет в себе функции струйного и центробежного устройства. Конструктивно наличие части центробежного насоса в составе струйного специально разработана для работы в сочетании с инжектором. Сам инжектор увеличивает давление центробежного насоса примерно на 60 процентов, обеспечивая нужное давление. Струйные насосы превосходят центробежные именно благодаря своей способности повышать давление.

В зависимости от глубины скважины определяют принцип работы оборудования. Так, для использования в неглубокой скважине дна труба соединяется со входом скважины и проходит вниз в источник с жидкостью. Если же нужно выкачать воду из более глубокого источника, нужно два канала для воды. Один используется для вытеснения воды, второй – для промывочной воды. Струйные насосы для глубоких скважин бывают однотрубные и двухтрубные.

Для работы всех струйных насосов действует универсальное правило: должен быть обратный клапан внизу всасывающей трубы. Такая система исключает попадание воды обратно в колодец при выключенном положении оборудования. Многие струйные насосы являются самовсасывающими, поэтому способны поддерживать достаточный уровень вакуума для всасывания жидкости.

При выборе струйного насоса обязательно учитывается тип перекачиваемой жидкости. От него зависит скорость потока. Например, в скважинах с примесями твердых частиц лучше применять агрегат с кольцевым соплом. Струйные насосы могут быть изготовлены из высокопрочных видов пластика, стали, нержавеющей стали. Если вы выбираете материалы, поддающиеся коррозии, обязательно нужно обеспечить антикоррозийную защиту.

Борьба с пульсацией

Одним из недостатков поршневых насосов, как и других объёмных насосов, являются пульсации подачи и давления. Пульсации можно уменьшить, расположив несколько поршней в ряд и соединив их с одним валом таким образом, чтобы циклы их работы были сдвинуты друг относительно друга по фазе на равные углы. Другим способом борьбы с пульсацией является использование дифференциальной схемы включения насоса (рис. 2), при которой нагнетание жидкости осуществляется не только во время прямого хода поршня, но и во время обратного хода.

Также широко применяют насосы двустороннего действия, у которых как поршневая, так и штоковая полость имеют (в отличие от дифференциальной схемы включения) свою клапанную систему распределения. У таких насосов коэффициент пульсаций ниже, а КПД выше, чем у насосов одностороннего действия (рис. 1).

Для борьбы с пульсацией также применяют гидроаккумуляторы , которые в момент наибольшего давления запасают энергию, а в момент спада давления отдают её.

Радиально поршневой насос

Радиально поршневой насос – это объемный насос, в конструкции которого, ось ведущего вала перпендикулярна осям движения рабочих поршней или угол между ними составляет величину не меньше 45°. Механизмы, угол которых меньше 45° относят к аксиальному типу.

Радиально поршневой насос часто называют радиально-плунжерным.

Такие насосы применяю в гидравлических системах с большим давлением. Наиболее часто они применяются в установках с давлением до 32 МПа, бывают и агрегат работающие на большем давлении и достигают значений в 100 МПа. Агрегаты радиально поршневого типа ограничены в частоте вращения вала до 1500 об/мин. Это обусловлено большой инерционностью вращающихся частей.

Устройство

Можно выделить два вида конструкции, таких гидравлических систем:

Гидронасос с эксцентричным ротором. На схеме под буквой А
Гидронасос с эксцентричным валом. На схеме под буквой Б

Устройство с эксцентричным ротором

Главной частью является ротор со встроенными в него поршнями. Поршней может быть много и располагаться они могут в несколько рядов. Ротор вращается в корпусе(Статоре). Ось ротора установлена со смещением центра относительно оси статора на величину «е» как показано на рисунке. Системы забора и нагнетания расположены в центре и отделяются друг от друга специальной перемычкой.

Устройство с эксцентричным валом

В данном устройстве гидравлической системы, поршни располагаются в статоре насоса. Ось статора и вала совпадают, но на вале есть специального рода кулачек, смещенный по отношению к статору на расстояние «е». Такие гидравлические установки имеют клапанное распределение. При сжимании рабочей камеры клапан всасывания закрывается и открывается клапан нагнетания. При расширении рабочей камеры происходит обратная ситуация.

Принцип работы

Ротор вращается в статоре (корпусе) вместе с поршнями, поршни скользят по корпусу, плотно прижимаясь к нему за счет пружин. В результате вращения ротора, поршни совершают возвратно-поступательные движения. Поршни двигаясь по кругу переключаются между двумя фазами:

Фаза всасывания. Поршень совершает выдвижение, рабочая камера увеличивается,клапан нагнетания закрывается и открывается клапан всасывания, он соединён с отверстием забора жидкости. Поршень движется по кругу до максимальной точки его выдвижения.
Фаза нагнетания. Поршень переключается на отверстие нагнетания, и начинает вдвигаться, клапан всасывания закрывается и открывается клапан нагнетания, рабочая камера уменьшается в результате чего создается давление и жидкость вытесняется из насоса. Поршень находится в данной фазе до максимальной точки сжатия рабочей камеры, а затем переключается на фазу всасывания.

Радиально поршневой насос может быть двух и более кратного действия. Это означает что один плунжер совершает несколько рабочих ходов за одно вращение ротора. Такой эффект достигается за счет специального изменения поверхности статора.

Вычисление производительности

Q – производительность насоса;

e – эксцентриситет, смещение относительно оси вращения вала на рисунках выше также обозначался как «е»;

L – ход плунжера в цилиндре, в стандартной ситуации L=2*e;

a – число плунжеров в блоке;

Производительность в регулируемых насосах, регулируется изменение величины отклонения оси «e».

Достоинства и недостатки радиально поршневых насосов

Производят высокое давление в гидравлической системе;
Есть модели с опцией регулирования рабочего объема подачи;
КПД находится на достаточно высоком уровне при большом давлении;
Высокая энергоемкость на единицу массы;

Сложное устройство, небольшая надежность;
Необходимость специфичной обработки деталей, а также сложное строение самого насоса приводит к высокой цене на данные агрегаты;
Нужна тонкая фильтрация рабочей жидкости;
Высокая пульсация подачи и расхода;
Занимают много места;
Низкий вращающий момент основного вала;

Область применения [ править | править код ]

Данный вид машин широко используется в системах объёмного гидропривода, в системах смазки и др. Например, гидропривод бульдозеров на базе тракторов Т-100, Т-130 и Т-180 имеет силовой шестерённый насос НШ-100.

Шестерённые насосы применяются для получения давлений до 30 МПа (при очень чистой жидкости и высокой современной точности изготовления).

Героторные насосы применяют для подачи цементной и бетонной смеси от бетономешалки до места заливки. Кроме того, героторные гидромашины используют в качестве центрального звена в некоторых дифференциалах с повышенным внутренним сопротивлением В ряде случаев требуется синхронная подача перекачиваемой (перекачиваемых) жидкости к разным точкам потребления — в этих случаях целесообразно применение многопоточных насосов с единым приводом. Преимущество состоит в том, что подачи могут быть только одновременными. Конструкция с применением многопоточных насосов получается компактнее, проще и легче.

Сферы применения

Область применения жидкостных насосов поршневого типа достаточно широка, что объясняется их высокой универсальностью. Между тем конструкция таких машин не позволяет использовать их в тех случаях, когда перекачивать необходимо значительные объемы воды или другой жидкости

Одним из основных достоинств этих гидравлических машин является то, что их поршни, вытесняя жидкость через нагнетательную магистраль, одновременно всасывают ее новую порцию через подающий канал, что в условиях сухого цилиндра очень важно. Этим качеством и предопределяется назначение поршневых жидкостных насосов как наиболее эффективных устройств, используемых на предприятиях химической промышленности

Гидравлический поршневой насос для автокрана

Сферы применения жидкостных насосов поршневого типа расширяются и за счет того, что такое оборудование может успешно использоваться для работы с химически агрессивными средами, некоторыми видами топлива и взрывоопасными смесями. Активно применяются насосы данного типа и в бытовых целях, с их помощью можно создавать трубопроводные системы для автономного водоснабжения частных строений и для полива. Между тем, решив использовать такой прибор, не забывайте о том, что для перекачивания больших объемов жидкости он не предназначен.

Еще одной сферой, в которой активно используются жидкостные насосы поршневого типа, является пищевая промышленность. Это объясняется тем, что такие устройства отличаются очень деликатным отношением к перекачиваемой через них жидкости.

Пример наших технических предложений/разработок на поршневые насосы

Поршневой насос для непрерывной работы

Предлагаемый насос является поршневым насосом, предназначенным для непрерывной работы, которые позволяют использовать его в широком диапазоне для различных применений.

Характеристики, достоинства и преимущества

1. Чешуйчатая микроструктура графитовой поверхности чугунной рамы силовой части насоса обеспечивает прочность, устойчивость к истиранию в течение срока эксплуатации и великолепную устойчивость к изнашиванию движущихся поверхностей.

2. Все цилиндры выполнены из кованой углеродистой стали, дуплексной нержавеющей стали или сплава «никеля-алюминия-бронзы», чтобы повысить срок эксплуатации.

3. Особые комплектующие: коленчатый вал, соединительные штоки, крейцкопф и подшипники, имеют больший размер по сравнению со стандартными промышленными комплектующими, что позволяет обеспечить устойчивость к непрерывной эксплуатации при тяжёлых эксплуатационных условиях.

4. Масляный картер спроектирован таким образом, чтобы равномерно смазывать крейцкопф и кривошипные поршневые пальцы во время эксплуатации, чтобы сократить изнашивание и продлить срок эксплуатации. Поставщики насосов часто исключают эту критическую характеристику, чтобы упростить дизайн и сократить стоимость приводной части насоса.

5. Доступны различные виды уплотнений, чтобы обеспечить требования любого типа применения:

а) Стандартное уплотнение, с ручной регулировкой. б) Опционально: уплотнение с пружинным нажимом, не требует ручной регулировки. в) Опционально: конструкция с сальниковым уплотнением обеспечивает минимизацию просачивания жидкости или паров в атмосферу для особых жидкостей.

Нерегулируемое уплотнение в гидравлической части смазывается перекачиваемой жидкостью.
Смазка приводной части и саленблока осуществляется под давлением.

Плунжерный насос: принцип работы, типы и применение

Старое насосное оборудование, предназначенное для перекачки воды, постепенно устраняется из домашней обстановки и производственных условий. Теперь вместо традиционного поршневого устройства используется плунжерный насос, направленный на смешивание различных компонентов жидкости и правильно их дозирующих. Часто даже в бытовых условиях возникает потребность в создании раствора из нескольких жидких компонентов. В таких случаях механизм будет отличным помощником.

Особенности конструкции и принцип действия

Фирменный плунжерный насос

По своим особенностям устройство относят к классу гидравлических механизмов. Все эти конструкции подразделяются на объемные и необъемные и являются разновидностью поршневых агрегатов. Единственным отличием насосов является установленный во внутрь цилиндрический поршень для работы, называемый плунжером. В процессе работы металлический стержень не имеет контакта со стенками корпуса насоса. В этих инструментах дозировочного типа плунжеры соответствуют качествам прочности, долговечности и герметичности.

Работоспособность установки основывается на движении цилиндрического поршня (плунжера). Если этот механизм поступательно двигается в правую сторону, давление снижается в механизме, в то время, когда его показатели во всасывающей трубе сохраняются на должном уровне. Если плунжер направляется в противоположную сторону — происходит обратный процесс действия.

Важно! Если происходит смена уровней давления плунжерного механизма, возможно появление пульсирующих движений, что небезопасно для дальнейшей работоспособности конструкции. Для этих случаев характерно устранение проблемы

Разновидности плунжерных насосов и их характеристика

Каждое насосное оборудование для воды разделяется на типы, благодаря которым использование агрегатов становится более удобным, а особенность действия практичной. Доказано, что водные плунжерные насосы действуют на подобие поршневого агрегата, поэтому их разновидности могут быть схожими. По конструкционным особенностям водный насос подразделяют на:

Конструкция плунжерного насоса чертеж

горизонтальный;
вертикальный;
многоплуженный или одноплуженный;
по типу управления: автоматические или ручные;
с обогревом и без;
многоцилиндрованные и с одним цилиндром;
с герметиком на цилиндрах.

Теперь по порядку рассмотрим принцип конструкции перечисленных разновидностей.

В плунжерных установках горизонтального действия, рабочим механизмом служит пускательный клапан, который не требует специальной обработки цилиндра, как это случается в насосе традиционного поршневого типа. Конструкция уплотнена при помощи сальника, за счет чего увеличивается функциональность цилиндра.

В вертикальном типе жидкостного насоса рабочим механизмом служит пустотельный стакан. Конструкция подвержена длительной работе из-за установленного уплотнителя. В случае разбалтывания механизма его легко подтягивают, а при необходимости проводят замену сальника. Его применение сосредоточено в рабочих отраслях.

Присутствие рубашки обогрева необходимо для действия охлаждения системы. Это позволяет осуществлять работу таким насосом непрерывно, при отсутствии подобной функции рекомендуется для жидкостного агрегата составлять индивидуальный режим работы.

Промышленный плунжерный насос

Многоплунжерные насосы отличаются от одноплунжерных количеством вращательных механизмов, если в одиночном насосе присутствует всего один стержень, то во втором их насчитывается более трех.

Плунжерный жидкостный насос может быть оснащен автоматической или ручной комплектацией. От этого зависит каким будет принцип управления установкой. Также устройство различают по количеству цилиндров и присутствие герметичного слоя на них.

Внимание! Дозирующий насос должен отвечать всем характеристикам, которые указаны по отношению к нему в паспорте. В противном случае, установка считается неработоспособной. При обнаружении в насосе неполадок, обязательно прекратите его использование

При обнаружении в насосе неполадок, обязательно прекратите его использование.

Сфера использования плунжерных насосов и их назначение

На сегодняшний день, насос поршневого типа (плунжерный) широкого действия, применяется во всех промышленных сферах и для определенных бытовых целей. Некоторые установки предназначены для откачивания агрессивных загрязнений и жидкостей. Отдельные агрегаты специализируются на перекачивании воды в технических агрегатах и участвуют в системе охлаждения.

Поршневой жидкостной насос

Особенности конструкции и принцип действия

Типы поршневых установок

Достоинства и недостатки

Популярные публикации:

Струйные типы насосов

Борьба с пульсацией