Поршневые насосы устройство и принцип действия

 

У поршневых (плунжерных) насосов в закрытом цилиндре ходит поршень (плунжер), совершая возвратно-поступательное движение. Так как в поршневых насосах процессы всасывания и нагнетания попеременно чередуются в одном и том же пространстве, то поршневые насосы снабжают распределительными механизмами – клапанами, назначение которых попеременно соединять всасывающую и нагнетательную полость насоса с внутренним пространством.

Поршневые насосы подразделяются на насосы простого, двойного и дифференциального действия (см. рис. 3.1).

Принцип действия поршневых насосов основан на том, что во время всасывания вследствие возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре рабочий объём камеры увеличивается, создаётся разряжение, и в неё под действием атмосферного давления через всасывающий клапан поступает перекачиваемая среда (газ или жидкость). Во время нагнетания объём камеры уменьшается, перекачивающей среде сообщается энергия движения, и она выдавливается через нагнетательный клапан в напорную линию.

У поршневых насосов простого действия за два хода поршня (один цикл) происходит один раз всасывание и один раз нагнетание.

В поршневых насосах двойного действия всасывание и нагнетание происходит при каждом ходе поршня. Эти насосы по существу являются соединением двух насосов простого действия в одном агрегате.

У поршневых насосов дифференциального действия всасывание происходит за один ход поршня, а нагнетание за два хода, то есть всасывание происходит периодически, а нагнетание непрерывно. Так при движении поршня вправо в левой полости происходит всасывание жидкости, одновременно из правой полости вытесняется определённое количество перекачивающей среды. При обратном ходе из левой полости жидкость или газ выталкивается через нагнетательный клапан в нагнетательную трубу, соединяющую обе полости цилиндра. В это же время в правой полости освобождается пространство. Таким образом, подача будет одинакова за оба хода. Этот тип поршневых насосов обладает такой же равномерностью подачи, как и поршневые насосы двойного действия, выгодно отличаясь от последних меньшим числом клапанов.

 

У пластинчатого (шиберного) насоса (см. рис. 3.2) при вращении ротора 1, эксцентрично расположенного в корпусе насоса 4, объём 3 между двумя смежными шиберами в первый полупериод увеличивается, а затем уменьшается. Происходит постоянное всасывание жидкости или газа (на данном рисунке справа снизу) и нагнетание (влево наверх).

Шиберы в таких насосах выполнены в виде пластин, которые радиально перемещаются в специальных пазах ротора.

Аналогично шиберным насосам работают роликовые насосы, только вместо шиберов применяются ролики, которые также расположены в специальных профилированных пазах ротора.

Струйные насосы

Насосы струйного типа работают на принципе эжекции, то есть передачи энергии от рабочей среды к нагнетаемой. Они отличаются от других насосов тем, что у них нет подвижных частей, а рабочим органом является сама рабочая среда, в качестве которой могут служить жидкости и газы. В зависимости от рабочей среды струйные насосы разделяются на газоструйные и водоструйные.

Работа струйного насоса основана на законе сохранения энергии потока:

Е_к + Е_п = соnst,

где: Е_к – кинетическая энергия;

Е_п – потенциальная энергия.

На основании этого закона Бернулли вывел формулу для движения потока жидкости в определённом сечении трубопровода:

 

Р/γ + V²/2g + Z = соnst ,

где: Р/γ – пьезометрический напор (удельная потенциальная энергия давления);

Р – рабочее давление потока;

γ – удельный вес жидкости;

V²/2g – скоростной напор (удельная кинетическая энергия давления);

V – средняя скорость потока;

g – ускорение свободного падения;

Z – энергия положения.

Схема струйного насоса, основными конструктивными элементами которого являются сопло, вакуумная камера и диффузор, представлена на рис. 3.5.

При работе струйного насоса рабочая среда Q₁ (жидкость или газ) подходит к насадку с некоторым запасом потенциальной Р/γ и кинетической V²/2g энергии. Уменьшаясь в сечении, насадок увеличивает скорость потока V и, тем самым, кинетическую энергию потока. Тогда, в соответствии с законом сохранения энергии потока, пропорционально уменьшается потенциальная энергия потока, а именно рабочее давление потока Р. Увеличивая скорость потока можно получить такое уменьшение давления, что в вакуумной камере у сопла создастся разряжение (давление ниже атмосферного). Под действием атмосферного давления в вакуумную камеру поступает эжектируемая среда Q₂ и далее струёй рабочей среды Q₁ уносится в диффузор. В расширяющемся диффузоре скорость движения потока рабочей и подсасываемой среды уменьшается, а напор увеличивается, т. е. происходит преобразование кинетической энергии в потенциальную. Таким образом, в струйном насосе при увеличении скорости потока на выходе из сопла увеличивается разряжения в вакуумной камере, и соответственно возрастает количество эжектируемой (подсасываемой) среды.

Основным преимуществом струйных насосов является простота конструкции, за счёт чего область их применения в пожарной технике весьма широка. Их используют в качестве пеносмесителей, а в насосных установках в качестве вакуумных насосов. В пожарной технике эжектирующая способность данных насосов находит своё применение в работе гидроэлеваторов, пеногенераторов и другого оборудования.

 

Центробежные насосы

В центробежных насосах движение перекачиваемой жидкости осуществляется за счёт возникающей при работе насоса центробежной силы частиц жидкости, т.о. центробежные насосы работают по принципу использования центробежной силы:

 

F = m ^. а = m ^. w^{2 .} R,

где: F – центробежная сила;

m – масса жидкости;

а – ускорение движения жидкости;

w — угловая скорость;

R – радиус рабочего колеса.

Центробежный насос (см. рис. 3.6) состоит из следующих основных конструктивных элементов: вал, рабочее колесо, всасывающий патрубок, напорный патрубок (спиральный отвод), корпус, спиральная камера.

Основной частью насоса является рабочее колесо 2 с профилированными лопатками. При вращении колеса, посаженного на вал 1, вода, находящаяся в каналах колеса (корпус насоса предварительно заполняется жидкостью), также начинает вращаться, под действием центробежной силы перемещаться от центра рабочего колеса к периферии и собираться в напорном патрубке (спиральном отводе) 4.
результате перемещения воды в центре рабочего колеса создаётся разрежение, куда через всасывающий патрубок 3 под действием атмосферного давления непрерывно поступает вода. В расширяющемся напорном патрубке 4 и в расположенном за ним диффузоре скорость движения потока жидкости уменьшается, и кинетическая энергия потока преобразуется в потенциальную (энергию давления).

Характерными признаками центробежного насоса является общее направление потока жидкости от центра к периферии.

Обязательное условие работы центробежных насосов – предварительная заливка их водой перед пуском в работу. При наличии внутри корпуса и рабочего колеса воздуха центробежная сила будет недостаточной для перемещения его по каналам рабочего колеса и создания разрежения, т.к. масса воздуха в 775 раз меньше массы воды.

 

 

megalektsii.ru

Поршневой насос (плунжерный насос) — один из видов объёмных гидромашин, в котором вытеснителями являются один или несколько поршней (плунжеров), совершающих возвратно-поступательное движение. Во время движения поршня влево часть жидкости отводится в штоковую полость, объём которой меньше объёма вытесняемой жидкости за счёт того, что часть объёма штоковой полости занимает шток

В отличие от многих других объёмных насосов, поршневые насосы не являются обратимыми, то есть, они не могут работать в качестве гидродвигателей из-за наличия клапанной системы распределения. Поршневые насосы не следует путать с роторно-поршневыми, к которым относятся, например, аксиально-поршневые и радиально-поршневые насосы.

Принцип работы:

Принцип работы таков: за счет поступательного движения поршня создаётся разряжение в полости под ним, и туда засасывается жидкость из подводящего (всасывающего) трубопровода. При обратном движении поршня на всасывающем трубопроводе закрывается клапан, предотвращающий протечку жидкости обратно, и открывается клапан на нагнетательном трубопроводе, который был закрыт при всасывании. Туда вытесняется жидкость, которая находилась под поршнем, и процесс повторяется. Недостаток такого насоса в том, что жидкость движется по трубопроводу с различной скоростью (скачками). Этот момент обычно обходят созданием насосов, в которых несколько поршней. Основное преимущество в том, что он способен закачивать жидкость, будучи в момент пуска незаполненным ею (сухое всасывание), и поэтому применяется обычно там, где этим преимуществом необходимо воспользоваться. Одной из разновидностей поршневого насоса является диафрагменный насос.

Поршневые насосы по типу привода могут быть:

С ручным приводом или ручные (для периодического перекачивания кислот, нефтепродуктов, цементных растворов и воды);

Прямодействующие, у которых поршень насоса составляет единый агрегат с поршнем двигателя, рабочим агентами которого обычно служит пар, но также могут быть использованы воздух, вода или масло;

Приводные (с кривошипно-шатунным механизмом или без него).

В зависимости от расположения оси насосы производятся горизонтальные и вертикальные.

По типу поршня – поршневые или плунжерные.

По числу цилиндров — с одним, двумя или тремя цилиндрами. По создаваемому давлению — насосы высокого, среднего и низкого давления.

По частоте вращения поршня в минуту тихоходные, нормальные средней быстроходности и быстроходные. По кратности действия: — насосы одиночного действия, имеющие одну рабочую полость и насосы двойного действия, в которых поршень работает двумя сторонами, используя обе стороны цилиндра. В таких насосах за один оборот коленчатого вала подается удвоенный объем перекачиваемой жидкости, что обеспечивает большую равномерность работы, чем у насосов одиночного действия. С целью увеличения равномерности работы по подаче жидкости также используются насосы многоцилиндровые, которые различаются по числу рабочих лопастей и конструкционно отличающиеся от описанных выше дифференциальные насосы, особенностью которых является периодическое всасывание и непрерывное нагнетание, благодаря наличию двух функционально различных камер.
на из этих камер соединена напрямую без клапанов с нагнетательным патрубком, а в другой располагаются и всасывающий, и нагнетательный клапаны. Равномерное нагнетание обеспечивается тем, что площадь сечения правой части плунжера вдвое меньшей левой. При ходе плунжера влево половина рабочей жидкости вытесняется в напорную трубу через нагнетательный клапан, а оставшаяся часть заполняет освобождающееся пространство в правой камере с меньшим диаметром плунжера. При ходе плунжера вправо в левую камеру, открывается всасывающий клапан и через него рабочая жидкость всасывается, а из правой вытесняется в нагнетательный патрубок.

По сравнению с насосом одиночного действия расход энергии более равномерно распределяется и на прямой, и на обратный ход плунжера.

Самыми первыми гидравлическими машинами, преобразующими механическую энергию движения поршня в механическую энергию жидкости и известными еще до нашей эры, были именно поршневые насосы. Претерпевая различные дополнения, принцип их действия не менялся с тех самых пор. В поршневом насосе, за счет циклического изменения объема, происходит циклическое заполнение цилиндров жидкостью с последующим ее вытеснением. В качестве простейшего образца работы любого современного поршневого насоса, может служить рабочий цикл простой одноступенчатой гидравлической машины, состоящей из цилиндрической рабочей камеры с двумя отверстиями напорным и всасывающим и совершающего внутри нее возвратно-поступательные движения поршня.
я преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное конструкцией предусматривается кривошипно-шатунный механизм. Всасывание жидкости в таком устройстве происходит за счет создания в рабочей камере низкого давления во время движения поршня вправо при закрытом нагнетательном клапане, а напор перекачиваемой жидкости открывает всасывающий клапан и рабочая камера полностью заполняется.

 

Затем при возвратном движении поршня, в цилиндре создается избыточное давление, значительно большее, чем в нагнетательном патрубке. Всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный открывается для подачи, за счет чего и происходит процесс нагнетания или вытеснения жидкости, равной объему рабочей камеры, в напорный коллектор трубопровода. Полезный объем рабочей камеры это разница между максимальным и минимальным ее объемами, обусловленными положением поршня. От частоты движения поршня зависит непрерывность поступления рабочей жидкости. Чтобы давление внутри напорного трубопровода было стабильным, обычно используются гидравлические агрегаты двухстороннего действия с несколькими рабочими камерами, точнее, цилиндры в них поделены на две равные части, в каждой из которых имеются оснащенные клапанами всасывающие и напорные патрубки.
кая конструкция позволяет в разных частях иметь разное давление. В то время, как в одной части под действием движения поршня идет процесс всасывания, в другой осуществляется нагнетание и наоборот. Для борьбы с пульсацией применяют воздушные колпачки и гидроаккумуляторы. К поршневым насосам одинарного действия относятся плунжерный или скольчатый насос, а также диафрагменный насос. Диафрагменный отличается от плунжерного лишь наличием в его рабочей камере специальной активной или пассивной диафрагмы. Активные диафрагмы, передавая усилие на жидкость от штока, находятся под высоким давлением и поэтому из-за своей низкой усталостной прочности применяются в поршневых насосах низкого давления с большим числом качаний. А пассивные диафрагмы лишь отделяют жидкость, передающую энергию от плунжера к перекачиваемой жидкости и поэтому их применяют в насосах с высокими давлениями при малом числе качаний. Более сложную конструкцию имеют поршневые насосы двойного действия, обеспечивающие более равномерную подачу перекачиваемой жидкости за счет наличия в них двух и более рабочих камер. Каждая камера работает в качестве насоса одинарного действия, а, в так называемых, дифференциальных насосах в правой рабочей камере, используемой как вспомогательная, отсутствуют клапаны, но за счет ее наличия подача жидкости не зависит от движений поршня. Возможность регулирования напорного давления за счет варьирования частотных диапазонов поршневого хода, малые габариты и взаимозаменяемость узлов деталей являются основными плюсами поршневых насосов. К недостаткам можно отнести невозможность из-за высокого давления на входе последовательно соединить нескольких поршневых насосов в одну цепь, невозможность перекачивания жидких сред с абразивными частицами, потребность в дополнительной охлаждающей системе и в дополнительном уплотнении между поршнем и стенками цилиндров рабочих камер. А также, в отличие от других объёмных насосов, поршневые насосы не обратимы из-за наличия клапанов, поскольку не могут работать в режиме гидродвигателя.

lektsia.com

Самыми первыми гидравлическими машинами, преобразующими механическую энергию движения поршня в механическую энергию жидкости и известными еще до нашей эры, были именно поршневые насосы. Претерпевая различные дополнения, принцип их действия не менялся с тех самых пор.

В поршневом насосе, за счет циклического изменения объема, происходит циклическое заполнение цилиндров жидкостью с последующим ее вытеснением.

В качестве простейшего образца работы любого современного поршневого насоса, может служить рабочий цикл простой одноступенчатой гидравлической машины, состоящей из цилиндрической рабочей камеры с двумя отверстиями напорным и всасывающим и совершающего внутри нее возвратно-поступательные движения поршня. Для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное конструкцией предусматривается кривошипно-шатунный механизм.

Всасывание жидкости в таком устройстве происходит за счет создания в рабочей камере низкого давления во время движения поршня вправо при закрытом нагнетательном клапане, а напор перекачиваемой жидкости открывает всасывающий клапан и рабочая камера полностью заполняется.

Затем при возвратном движении поршня, в цилиндре создается избыточное давление, значительно большее, чем в нагнетательном патрубке. Всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный открывается для подачи, за счет чего и происходит процесс нагнетания или вытеснения жидкости, равной объему рабочей камеры, в напорный коллектор трубопровода.

Полезный объем рабочей камеры это разница между максимальным и минимальным ее объемами, обусловленными положением поршня.

От частоты движения поршня зависит непрерывность поступления рабочей жидкости. Чтобы давление внутри напорного трубопровода было стабильным, обычно используются гидравлические агрегаты двухстороннего действия с несколькими рабочими камерами, точнее, цилиндры в них поделены на две равные части, в каждой из которых имеются оснащенные клапанами всасывающие и напорные патрубки. Такая конструкция позволяет в разных частях иметь разное давление. В то время, как в одной части под действием движения поршня идет процесс всасывания, в другой осуществляется нагнетание и наоборот. Для борьбы с пульсацией применяют воздушные колпачки и гидроаккумуляторы.

К поршневым насосам одинарного действия относятся плунжерный или скольчатый насос, а также диафрагменный насос. Диафрагменный отличается от плунжерного лишь наличием в его рабочей камере специальной активной или пассивной диафрагмы. Активные диафрагмы, передавая усилие на жидкость от штока, находятся под высоким давлением и поэтому из-за своей низкой усталостной прочности применяются в поршневых насосах низкого давления с большим числом качаний. А пассивные диафрагмы лишь отделяют жидкость, передающую энергию от плунжера к перекачиваемой жидкости и поэтому их применяют в насосах с высокими давлениями при малом числе качаний.

Более сложную конструкцию имеют поршневые насосы двойного действия, обеспечивающие более равномерную подачу перекачиваемой жидкости за счет наличия в них двух и более рабочих камер. Каждая камера работает в качестве насоса одинарного действия, а, в так называемых, дифференциальных насосах в правой рабочей камере, используемой как вспомогательная, отсутствуют клапаны, но за счет ее наличия подача жидкости не зависит от движений поршня.

Возможность регулирования напорного давления за счет варьирования частотных диапазонов поршневого хода, малые габариты и взаимозаменяемость узлов деталей являются основными плюсами поршневых насосов.

К недостаткам можно отнести невозможность из-за высокого давления на входе последовательно соединить нескольких поршневых насосов в одну цепь, невозможность перекачивания жидких сред с абразивными частицами, потребность в дополнительной охлаждающей системе и в дополнительном уплотнении между поршнем и стенками цилиндров рабочих камер. А также, в отличие от других объёмных насосов, поршневые насосы не обратимы из-за наличия клапанов, поскольку не могут работать в режиме гидродвигателя.

www.ence-pumps.ru

Поршневой насос представляет собой объемную машину с возвратно-поступательным движением поршня в цилиндре.

На рисунке 6.1 представлена схема гидравлической части однопоршневого насоса одностороннего действия.

Рисунок 6.1

Принцип действия такого насоса заключается в следующем. При ходе поршня 1 вправо в рабочей камере цилиндра 2 освобождается объем и давление снижается (р<р_В), открывается всасывающий клапан 3. По мере движения поршня цилиндр заполняется жидкостью — этот процесс называется процессом всасывания.

Когда поршень дойдет до конца хода и остановится, чтобы изменить направление движения справа налево (p=р_B), тогда всасывающий клапан закрывается. Как только поршень начинает двигаться влево, давление в цилиндре возрастает (р>р_В) и открывается нагнетательный клапан 4.

Жидкость поршнем вытесняется из цилиндра — происходит процесс нагнетания до конца хода поршня влево.

Из принципа действия поршневого насоса выявляются особенности его конструкции:

• рабочая камера (цилиндр) изолирована от подводящего и напорного трубопроводов клапанами;
• подача насоса зависит от геометрических размеров насоса (длины хода и площади поршня) и от числа двойных ходов поршня;
• пределы преодолеваемого поршнем давления (напора) зависят от установленной мощности и прочности деталей насоса, т.е. насос может развивать любой напор;
• поршень движется с переменной скоростью (от 0 в начале хода до максимальной в середине хода и снижающейся до нуля в конце хода).

В зависимости от условий работы и свойств перекачиваемых жидкостей насосы имеют весьма разнообразные конструкции. Ниже изложены некоторые принципы классификации поршневых насосов.

1. По типу приводной части различают насосы приводные, прямодействующие, ручные.

Приводные насосы — это насосы, у которых в приводной части имеется кривошипно-шатунный механизм для преобразования вращательного движения приводного вала в возвратно-поступательное движение поршня.

Рисунок 6.2

На рисунке 6.2 приведена схема приводного насоса, у которого приводная часть состоит из крейцкопфа 1, шатуна 2 и кривошипного вала 3. Кроме этих частей, для снижения числа ходов поршня в приводной части обычно имеется редуктор.

Прямодействующие насосы — это насосы, у которых поршень насоса общим штоком связан с поршнем двигателя.

На рисунке 6.3 представлена схема прямодействующего насоса, у которого приводная часть представляет собой паровую машину, состоящую из парового цилиндра 1, поршня 2 со штоком 3, непосредственно соединенным со штоком гидравлической части насоса, и золотниковой коробки распределения пара 4. В качестве двигателя прямодействующего насоса могут быть применены также гидравлические силовые цилиндры и пневмоцилиндры.

Рисунок 6.3

1. Ручные насосы — это насосы, у которых движение поршня осуществляется с помощью рукоятки вручную.

2. По расположению осей цилиндров насосы бывают горизонтальные, вертикальные и с осями, расположенными наклонно по отношению к основанию.

3. По числу цилиндров насосы выполняются одно, двух, трех и многоцилиндровыми.

4. По конструкции поршня насосы бывают:

а) собственно поршневые, т.е. поршень представляет собой диск с уплотнениями, которые плотно прилегают к цилиндру (рисунок 6.4), такие поршни применяются в насосах двухстороннего действия, имеющих большие подачи;

Рисунок 6.4 Рисунок 6.5

б) плунжерные — плунжер имеет длину, значительно превышающую диаметр (рисунок 6.5) и применяются при значительных давлениях и малых подачах;

в) с проходным поршнем, имеющим в теле нагнетательный клапан (рисунок 6.6). Такие поршни находят широкое применение в глубинных насосах для добычи нефти, в которых диаметр цилиндра ограничен размерами скважины;

Рисунок 6.6

г) диафрагменные насосы, в которых изменением формы эластичной пластины достигается изменение объема рабочей камеры (рисунок 6.7).

Насосы с диафрагмой имеют малую длину хода и создают малые подачи.

Рисунок 6.7

5. По числу действия различают насосы:

а) одностороннего действия, когда один ход поршня, сопровождается всасыванием жидкости, а другой — нагнетанием (рисунок 6.8)

Рисунок 6.8 Рисунок 6.9 Рисунок 6.10

б) двухстороннего действия, когда каждый ход поршня сопровождается процессами всасывания и нагнетания (рисунок 6.9).

в) дифференциального действия (рисунок 6.10), в котором — совершается один процесс всасывания при ходе поршня вправо и два процесса нагнетания. При ходе вправо жидкость нагнетается из камеры Б, а при ходе влево из камеры А часть жидкости протекает в камеру Б, а другая — в напорный трубопровод, улучшая равномерность ее поступления.

studopedia.ru

Поршневые насосы относятся к числу объемных насосов, в которых перемещение жидкости осуществляется путем ее вытеснения из неподвижных рабочих камер вытеснителями. Рабочей камерой объемного насоса называют ограниченное пространство, попеременно сообщающееся со входом и выходом насоса. Вытеснителем называется рабочий орган насоса, который совершает вытеснение жидкости из рабочих камер (плунжер, поршень, диафрагма).

Классифицируются поршневые насосы по следующим показателям:
1) по типу вытеснителей: плунжерные, поршневые и диафрагменные;

2) по характеру движения ведущего звена: возвратно-поступательное движение

ведущего звена; вращательное движение ведущего звена (кривошипные и кулачковые насосы);

3) по числу циклов нагнетания и всасывания за один двойной ход: одностороннего действия; двухстороннего действия.

4) по количеству поршней: однопоршневые; двухпоршневые; многопоршневые.

Рис. 1.1 Насос поршневой простого действия

Насос простого действия. Схема насоса простого действия изображена на рис. 1. Поршень 2 связан с кривошипно-шатунным механизмом через шток 3, в результате чего он совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре 1. Поршень при ходе вправо создает разрежение в рабочей камере, вследствие чего всасывающий клапан 6 поднимается и жидкость из расходного резервуара 4 по всасывающему трубопроводу 5 поступает в рабочую камеру 7. При обратном ходе поршня (влево) всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан 8 открывается, и жидкость нагнетается в напорный трубопровод 9.

Так как каждому обороту двигателя соответствует два хода поршня, из которых лишь один соответствует нагнетанию, то теоретическая производительность в одну секунду будет

где

F –площадь поршня ,м²;
l — ход поршня, м;
n — число оборотов двигателя, об/мин.

 

Для повышения производительности поршневых насосов их часто выполняют сдвоенными, строенными и т.д. Поршни таких насосов приводятся в действие от одного коленчатого вала со смещением колен.

Действительная производительность насоса Q меньше теоретической, так как возникают утечки, обусловленные несвоевременным закрытием клапанов, неплотностями в клапанах и уплотнениях поршня и штока, а также неполнотой заполнения рабочей камеры.

Отношение действительной подачи Q к теоретической Q_T называется объемным КПД поршневого насоса:

Объемный КПД — основной экономический показатель, характеризующий работу насоса.

helpiks.org

В возвратно-поступательных насосах силовое взаимодействие рабочего органа с жидкостью происходит в неподвижных рабочих камерах, которые попеременно сообщаются с полостями всасывания и нагнетания за счет впускного и выпускного клапанов. В качестве рабочего органа используется поршень, плунжер или гибкая диафрагма. В связи с этим они подразделяются на поршневые, плунжерные и диафрагменные. Привод прямодействующего насоса осуществляется за счет возвратно-поступательного воздействия непосредственно на вытеснитель. Рассмотрим устройство и принцип работы поршневого насоса с вальным приводом. На рис. приведена конструктивная схема поршневого насоса с кривошипно-шатунным механизмом. Приводной вал 7 через кривошип 6 радиусом  и шатун 5 приводит в движение поршень 3 площадью , который движется возвратно-поступательно в корпусе (цилиндре) 4. Насос также имеет два подпружиненных клапана: впускной 1 и выпускной 2. Рабочей камерой насоса является пространство слева от поршня, ограниченное корпусом 4, поршнем 3, а также клапанами 1 и 2. При движении поршня 3 вправо жидкость через впускной клапан 1 заполняет рабочую камеру, т.е. обеспечивается всасывание. При движении поршня 3 влево жидкость нагнетается в напорный трубопровод через клапан 2. Рассматриваемый насос имеет одну рабочую камеру (), и за один оборот вала поршень 3 совершает один рабочий ход, т.е. это насос однократного действия (). По рис. легко заметить, что рабочий ход  поршня 3 равен двум радиусам кривошипа 6. Тогда в соответствии с (6.1) его рабочий объем может быть вычислен по формуле: . Насосы с поршнем в качестве вытеснителя являются наиболее распространенными из возвратно-поступательных насосов. Они могут создавать значительные давления (до 30…40 МПа). Однако выпускаются также насосы, рассчитанные на значительно меньшие давления (до 1…5 МПа). Скоростные параметры этих насосов (количество рабочих циклов в единицу времени) во многом определяются конструкцией клапанов, так как они являются наиболее инерционными элементами. Насосы с подпружиненными клапанами допускают до 100…300 рабочих циклов в минуту. Насосы с клапанами специальной конструкции позволяют увеличивать этот параметр до 300…500 циклов в минуту. В поршневых насосах существуют все три вида потерь, т.е. объемные, гидравлические и механические потери. Полный КПД η для большинства поршневых насосов составляет 0,85…0,92.

students-library.com

Жидкостный поршневой насос – это одно из древнейших устройств, назначением которых является перекачивание жидких сред. Поршневые насосы работают на основе простейшего принципа вытеснения жидкостей, которое осуществляется механическим способом. По сравнению с первыми моделями подобных устройств, современные жидкостные насосы поршневого типа отличаются значительно более сложной конструкцией, они более надежны и эффективны в использовании. Так, поршневые насосы, выпускаемые современными производителями, имеют не только эргономичный и прочный корпус, но и развитую элементную базу, а также предоставляют более широкие возможности для монтажа в трубопроводные системы. Благодаря такой универсальности насосы жидкостные поршневого типа активно используются в трубопроводных системах как промышленного, так и бытового назначения.

Поршневой насос для незамкнутых гидравлических систем

Основным элементом жидкостного поршневого насоса является полый металлический цилиндр, в котором и протекают все рабочие процессы, осуществляемые с перекачиваемой жидкостью. Физическое же воздействие на жидкость осуществляет поршень плунжерного типа. Благодаря этому элементу данный жидкостный насос и получил свое название.

Принцип работы поршневого насоса основывается на возвратно-поступательном движении его рабочего органа, действующего как гидравлический пресс. При этом в конструкции такой машины, в отличие от классических гидравлических устройств, присутствует механизм клапанного распределения, а также ряд дополнительных конструктивных элементов (в частности, кривошип и шатун, составляющие основу силовой части насоса жидкостного поршневого типа).

Устройство аксиально-поршневого насоса

От большинства из тех, кто подбирает технические устройства для оснащения трубопроводных систем, специалисты слышат: «Объясните работу поршневого насоса с воздушной камерой». Следует сразу сказать, что принцип, по которому действует жидкостный поршневой насос, изобретенный еще несколько столетий назад, достаточно прост. Заключается он в следующем: совершая поступательное движение, поршень создает разрежение воздуха в рабочей камере, за счет чего в камеру и всасывается жидкость из подводящего трубопровода. При обратном движении поршня такого насоса, который, по некоторым историческим данным, изобрел древнегреческий механик, жидкость из рабочей камеры выталкивается в нагнетающую магистраль. Поршневые насосы, как уже говорилось выше, оснащаются клапанным механизмом, основная задача которого состоит в том, чтобы не дать перекачиваемой жидкости попасть обратно во всасывающий канал в тот момент, когда она выталкивается в нагнетательную магистраль.

Принцип работы одностороннего поршневого насоса

Принципом, по которому работают поршневые насосы, объясняется тот факт, что поток, создаваемый такими устройствами, двигается по трубопроводу с различной скоростью, скачками. Чтобы избежать этого негативного явления, используют насосы, оснащенные сразу несколькими поршнями, работающими в определенной последовательности. Преимущества, которые достигаются при использовании жидкостных насосов с несколькими поршнями, заключается еще и в том, что такие устройства способны закачивать жидкость даже в тот момент, когда их рабочая камера ею не заполнена. Такое качество многопоршневого плунжерного насоса, которое получило название «сухое всасывание», актуально во многих сферах, где используются подобные устройства.

Поршневые насосы различаются по числу действий

Основная причина, по которой был разработан и стал активно применяться поршневой насос двойного действия, заключается в стремлении производителей уменьшить уровень пульсации потока жидкости, нагнетаемой в трубопроводную систему. Для того чтобы разобраться в преимуществах использования насосного устройства двойного действия, достаточно понять, как работает поршневой жидкостный насос данного типа.

Особенность устройства жидкостного поршневого насоса двойного действия заключается в том, что штоковые и поршневые полости этой машины оснащены индивидуальными клапанными системами. Такая конструкция поршневого насоса двойного действия, уникальность которой можно заметить даже по фото, позволяет не только устранить пульсации потока в трубопроводной системе, но и значительно повысить эффективность использования самой машины. Между тем поршневые насосы одностороннего действия, если сравнивать их с двухсторонними моделями, из-за простой конструкции отличаются более высокой надежностью и долговечностью.

Принцип действия двухстороннего поршневого насоса

Существует еще одна конструктивная схема поршневого насоса, при использовании которой удается добиться устранения пульсационных процессов в трубопроводных системах. Насосное оборудование, выполненное по данной схеме, предполагает применение специального гидроаккумулятора. Основное назначение таких гидроаккумуляторов, используемых для оснащения насосных станций, заключается в том, чтобы накапливать энергию потока жидкости в моменты пикового давления в трубопроводе и отдавать ее тогда, когда такого давления для нормальной работы системы недостаточно.

Однако какие бы виды поршневых насосов ни использовались и какими бы дополнительными техническими устройствами ни оснащались насосные станции, устранить пульсационные процессы в трубопроводах не всегда удается. В таких ситуациях часто применяется дополнительное оборудование, обеспечивающее эффективный отвод лишней жидкости за пределы насосной станции.

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.

Если говорить о достоинствах, которыми обладают насосы поршневого типа, служащие для перекачивания жидких сред, то к наиболее значимым можно отнести:

• простоту конструкции, которую демонстрируют даже картинки и схематическое изображение подобных устройств;
• высокую надежность, которая определяется не только использованием высокопрочных материалов для производства таких машин, но и принципом действия поршневого насоса;
• возможность работы с носителями, при использовании которых предъявляются особые требования к условиям пуска насосного оборудования.

Основным недостатком рассматриваемого насосного оборудования, упомянутым выше, является его невысокая производительность. Конечно, расширить технические возможности таких устройств можно, но зачем это делать, если данная задача решается с меньшими финансовыми затратами посредством насосного оборудования другого вида.

Выбирая жидкостные насосы поршневого типа, сначала определитесь с тем, для чего такое оборудование будет использоваться. Если не предполагается перекачивание слишком больших объемов жидкости, то доступные по стоимости и надежные жидкостные насосы поршневого типа оптимально подойдут для реализации ваших целей.

vizada.ru

Работа поршневого насоса

Работа поршневого насоса в общем случае выглядит следующим образом

В цилиндре (позиция 8) перемещается поршень (позиция 7), жестко соединенный со штоком (позиция 9), являющимся исполнительной частью приводного кривошипно-шатунного механизма. При ходе поршня “вправо” полезный объем цилиндра, т.е. объем, заполняющийся жидкостью, увеличивается, вследствие чего давление в нем уменьшается. Всасывающий клапан(позиция 4) при этом поднимается, жидкость под действием внешнего давления на ее поверхности, чаще всего атмосферного, входит в цилиндр через сосун (позиция 1), открытый обратный клапан (позиция 2) и всасывающую трубу(позиция 3).

При ходе поршня “влево” жидкость, ранее вошедшая в цилиндр, выталкивается движущимся поршнем. Давление в цилиндре насоса при этом повышается. Всасывающий клапан (позиция 4) закрывается, а нагнетательный клапан(позиция 5) поднимается и жидкость из цилиндра поступает в нагнетательный трубопровод (позиция 6). Подача жидкости в нагнетательный трубопровод происходит вследствие вытеснения из цилиндра движущимся поршнем предварительно засосанной жидкости.

Подача поршневого насоса

Подачей насоса называется объемное количество жидкости, подаваемое насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени. Это определение относится ко всем насосам независимо от типов их конструкций.

Подача поршневого насоса Q выражается произведением вытесненного за один ход объема V на число рабочих ходов за единицу времени.

Объем V=f*S, где f – площадь поршня, а S – его ход.

Подача

Q = f*(S*i/60), где i – число ходов в минуту.

S*i/60 = Vср – средняя скорость движения поршня с учетом перемещения только при рабочем ходе.

Таким образом Q = f*Vср

Если рассматривать характеристику насоса, то подача поршневого насоса циклически изменяется во времени, график подачи жидкости в напорный трубопровод для насоса одностороннего действия имеет прерывистый характер.

В целях выравнивания графика подачи применяют поршневые насосы двойного действия.

Отличие поршня от плунжера

По конструкции рабочего органа, вытесняющего жидкость из цилиндра, поршневые насосы бывают с дисковым поршнем и плунжерные.

Поршень насоса (на рисунке слева) имеет вид диска, уплотнение которого в цилиндре осуществляется с помощью специальных пружинящих разрезных металлических(а чаще всего чугунных) колец. Тщательное уплотнение дискового поршняв цилиндре может быть осуществлено также с помощью резиновых или кожанных манжет.

В отличии от поршня, плунжер (на рисунке справа) представляет собой пустотелый цилиндр. Он перемещается в уплотняющем сальнике не соприкасаясь со стенками рабочего цилиндра. Плунжеры изготавливаются в виде стержня(штока).

Плунжерные насосы

Всасывание жидкости в цилиндр насоса происходит при движении плунжера вверх. При этом всасывающий клапан К1 поднимается и жидкость под действием внешнего давления входит в цилиндр насоса. При возвратном движении плунжера вниз клапан К1 прижимается к своему гнезду, закрывая его, а нагнетательный клапан К2 открывается, пропуская вытесняемую из цилиндражидкость в нагнетательный трубопровод.

Плунжер 1 насоса в работе соприкасается только с элементами сальника 2, уплотняющими плунжер в цилиндре. При этом тщательность уплотнения достигается сжимаемой сальниковым стаканом набивкой, уменьшающей трение и износ соприкасающихся поверхностей. Благодяря этому цилиндр плунжерного насоса не изнашивается, а служит только емкостью, заполняемой и опорожняемой в зависимости от направления движения плунжера.

Плунжерные насосы являются разновидностью насосов вытеснения. Отличием плунжерного насоса является рабочий орган — плунжер. Его задачей является перемещение вдоль оси цилиндра. Перемещаются плунжеры за счет электропривода, раскручивающего коленвал.

Плунжерные насосы способны работать с водной средой и любыми жидкостями, наподобие воды, которые отличаются низкой вязкостью и не могут вступать в реакцию с металлическими деталями оборудования. Прибор работает, как дозатор. Плунжерный насос может быть ручной или автоматический. При этом дозировочный насос осуществляет перекачку жидкости за счёт высокого давления.

В отличие от поршневого особенностью плунжерного насоса является отсутствие внутреннего уплотнения поршня. Это приводит к широкому использованию их в области высоких давлений.

При этом плунжерный насос высокого давления обладает рядом преимуществ:
   насос довольно прост в монтаже
  управлять плунжерным насосом высокого давления не составляет большого труда
  предусмотрена система смазки, позволяющая легко к ней добраться
  есть возможность отрегулировать плунжерный насос высокого давления на выход нужного рабочего давления

Подача плунжерного насоса

Подача плунжерного насоса тройного действия равна утроенной подаче насоса одинарного действия.

Q = 3*f*(S*i/60)

Трехплунжерный насос создает в сравнении с поршневыми насосами равномерную подачу жидкости в систему нагнетания и, как правило, не нуждается в установке специальных устройств для выравнивания графика подачи.

Это свойство является существенным достоинством данного типа насосов.

Поршневой воздушный насос

Поршневой воздушный насос, всасывающий газ или воздух при давлении ниже атмосферного и выталкивающие их в атмосферу, называются вакуум-насосом.

В пищевой промышленности вакуум-насосы применяются главным образом, для отсасывания несконденсировавшихся паров и газов в выпарных станциях, варочных станциях заводов и фабрик, оборудованных вакуум-аппаратами, а также для создания вакуума в секциях вакуум-фильтров. Чаще применяются вакуум-насосы низкого вакуума, которые создают у своего всасывающего патрубка вакуум до 92-95% от атмосферного давления.

По принципу действия поршневой воздушный насос является компрессором, всасывающим газ при пониженном давлении, сжимающим его, а затем нагнетающим этот газ. Хотя практически давление давление нагнетания не намного превышает атмосферное, степень сжатия в поршневом воздушном насосе значительно больше, чем в обычном компрессоре.

При такой степени сжатия объемный КПД выходит небольшим – около 35%. Для повышения объемного КПД используют технические методы выравнивания давления на всасывании и нагнетании насоса, таким образом достигается высокий объемный КПД.

Преимущества и недостатки поршеного и плунжерного насоса

Огромным преимуществом насоса является его надежность и высокая ремонтопригодность. Эти два параметра вытекают не только из принципа работы, но и из конструкции насоса — насос изготавливается из высокопрочных материалов. Насос способен работать со средами у которых высокие требования к условиям пуска. Огромные преимуществом этого типа насосов, в отличии от циркуляционных насосов, является наличие возможности “сухого” всасывания, которым может похвастаться не каждый насос.

Из недостатков следует отметить низкую производительность. В настоящее время на рынке существуют модели, где этот показатель находится на приемлемом уровне, но у таких насосов отмечаются повышенные требования к параметрам эксплуатации, что выливается в высокую стоимость насоса.

Применение поршневого и/или плунжерного насоса

В насосах вытеснения величина напора принципиально не ограничена. Повышение же подачи может быть достигнуто лишь увеличением конструктивных размеров и числа рабочих ходов (числа оборотов).

В поршневых и плунжерных насосах, вследствие цикличности движения тела вытеснения поток жидкости является неустановившимся, и повышение скорости потока, а следовательно, и подачи за счет увеличения числа оборотов ограниченно явлениями инерции.

Отсюда областью применения поршневых и плунжерных насосов становятся высокие давления при относительно малых подачах.

В прессовых установках и химической промышленности строятся насосы с напором в 1000 атмосфер и более. Специализированные поршневые насосы допускается использовать при работе с агрессивными средами, взрывоопасными смесями и некоторыми видами топлива. Но область применения этого типа насосов не ограничивается только промышленной сферой. Эти насосы применяют так же для обеспечения чистой водой в бытовых нуждах.

Хотя поршневой жидкостный насос не рассчитан на большие объемы циркуляции, но отличается высокой надежностью и при своевременном техническом уходе способен проработать очень длительный срок.

Поршневой насос относится к типу насосов вытеснения. Для составления мнения об этом типе насосов прочитайте статью о винтовых насосах.

Поршневые насосы занимают отдельную нишу на рынке, они удовлетворяют требования как частных пользователей, так и потребности крупных производств. Потребность же насосов этого типа в бытовых нуждах обусловлена как простотой их конструкции и нетребовательностью содержания, так и высоким эксплуатационным ресурсом техники этого типа.

www.nektonnasos.ru