Работа поршневого насоса заключается в чередовании двух последовательных процессов: всасывания и нагнетания. Всасывающим называется ход поршня, при котором жидкость или газ поступает в цилиндр, а нагнетательным — при котором жидкость или газ выталкивается из цилиндра.
Для пояснения принципа работы поршневого насоса можно воспользоваться схемой, приведенной на рис. 1 ,а. У неработающего насоса давления под поршнем и во всасывающем трубопроводе равны между собой. При движении поршня вверх (всасывающий ход) объем цилиндра под поршнем увеличивается, увеличивается и объем воздуха в нем. Давление падает, и под поршнем образуется разрежение. Всасывающий клапан открывается, так как снизу на него давит газ или вода с давлением большим, чем давление в цилиндре под поршнем насоса. Через клапан вода или газ поступает в цилиндр насоса, стремясь занять полностью объем, описываемый поршнем. Нагнетательный клапан в это время закрыт, так как сверху на него давит большее давление, чем снизу.
Ход поршня ограничивается конструктивно в обе стороны. Поэтому вводятся понятия верхняя и нижняя точки поршня (при горизонтальном положении цилиндра соответственно левая и правая крайние точки).
Как только поршень насоса дойдет до верхней точки и пойдет вниз, всасывание заканчивается и начинается нагнетатель¬ный ход. Поршень давит на газ или жидкость, находящуюся под ним, и давление в цилиндре повышается. Под действием возрастающего давления со стороны цилиндра всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный открывается. Жидкость или газ выталкивается из цилиндра насоса.
Как только поршень дойдет до нижней точки и пойдет снова вверх, описанный процесс повторится и таким образом производится перекачивание жидкости или газа. Следовательно, потребляемая насосом мощность затрачивается на создание разрежения в цилиндре во время всасывающего хода и на выталкивание жидкости или газа с необходимым напором из цилиндра в трубопровод во время нагнетательного хода поршня.
По кратности действия различаются насосы простого, дифференциального, двойного и многократного действия.
Насосом простого действия называется насос, у которого за два хода поршня или за один оборот вала происходит один раз всасывание и один раз нагнетание. Схема устройства такого насоса приведена на рис. 1 ,а. Насосы простого действия обладают самой большой неравномерностью всасывания и подачи жидкости по сравнению с другими поршневыми насосами.
Насосы дифференциального действия обеспечивают более равномерные всасывание и подачу жидкости. На рис. 1,б приведена схема устройства насоса с выравниванием подачи жидкости на нагнетании. Отличительная особенность насоса — две группы нагнетательных клапанов и поршневой шток с площадью сечения, равной половине площади поршня.
Всасывание производится за один ход при движении поршня вверх, а нагнетание— за каждый ход поршня. При движении поршня вниз половина поступившей в цилиндр воды выталкивается в нагнетательный трубопровод через верхний клапан. Другая половина жидкости поступает в полость цилиндра над поршнем.
При движении поршня вверх происходит всасывание в нижней полости цилиндра и выталкивание жидкости из верхней полости при закрытом нижнем нагнетательном клапане. Таким образом, подача жидкости происходит более равномерно по сравнению с насосом простого действия.
Аналогично устройству нагнетательной части насоса выполняется конструкция и всасывающей части, если требуется выравнивать подачу жидкости на всасывании.
Насосы двойного действия выполняются одноцилиндровыми или составными из двух насосов простого действия. На рис. 2 приведена схема устройства одноцилиндрового насоса двойного действия. Обе полости цилиндра насоса рабочие и каждая из них имеет свои всасывающие и нагнетательные клапаны. За каждый ход поршня происходит всасывание в одной и нагнетание в другой полости цилиндра, т. е. насос совершает два рабочих действия за один ход поршня.
Насосы многократного действия изготавливаются соединением в одном блоке нескольких насосов простого или двойного действия.
Производительность насосов простого и многократного действия, составленных из насосов простого действия, определяется по формуле:
По способу соединения с двигателем различаются приводные и прямодействующие насосы.
Приводными называются насосы, у которых шток или шатун поршня соединяется с двигателем посредством балансирного, эксцентрикового или мотылевого устройства. Привод насосов может быть различным.
У прямодействующих насосов приводом является только паровая машина, а штоки парового и гидравлического поршней соединяются общей муфтой. Таким образом, сила давления пара передается на гидравлический поршень прямо через штоки.
По расположению оси цилиндра различают горизонтальные, наклонные и вертикальные насосы.
Классификация насосов может быть и более подробной, для ее продолжения могут приниматься и такие признаки, как число водяных и паровых цилиндров, род перекачиваемой жидкости, давление, производительность и т. д.
mirmarine.net
1.2 Устройство поршневых насосов и принцип их действия
|
|
|
|
| Рис 1.2 Схема поршневого насоса одинарного действия |
Рис 1.3 Схемы гидравлической части насосов. а — одноцилиндровый поршневой насос двойного действия; б — плунжерный диафрагменный насос одинарного действия. |
|
На рис. 1.2 представлена схема горизонтального поршневого насоса одинарного действия. Он состоит из цилиндра 6, поршня 2 плотно пригнанного к стенкам цилиндра и движущегося возвратно-поступательно, и двух регулирующих клапанов — всасывающего 3 и нагнетательного 5. Снизу к корпусу присоединен всасывающий трубопровод 4 с приемной сеткой 1, предохраняющей насос от попадания в него посторонних предметов.
При повороте кривошипа 8 по стрелке со от 0° до 180° поршень 2 перемещается в сторону увеличения объема цилиндра и образует разреженное пространство. Всасывающий клапан 3 открывается и жидкость по всасывающей трубе 4, под действием атмосферного давления, устремляется из бассейна в цилиндр насоса. При обратном ходе поршня из правого крайнего положения влево, что соответствует повороту кривошипа от 180° до 360°, всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан 5 открывается и жидкость выталкивается в нагнетательный трубопровод 7.
Действие поршневого насоса за один оборот коренного вала можно расчленить на его составляющие: процесс всасывания, при котором происходит подъем жидкости из нижнего резервуара в цилиндр насоса, и процесс нагнетания, при котором жидкость вытесняется из цилиндра с энергией, достаточной для преодоления всех видов сопротивлений на напорной стороне насоса.
В насосах двойного действия обе стороны поршня являются рабочими. Цилиндры таких насосов имеют четыре клапана (см. рис. 1.3, а). При ходе поршня влево всасывающий 1 и нагнетательный 2 клапаны открыты. Через клапан 1 происходит всасывание, а через клапан 2 — вытеснение жидкости в нагнетательный трубопровод. В это время клапаны 3 и 4 закрыты. При обратном ходе поршня через клапан 3 жидкость поступает в цилиндр, а через клапан 4 производится подача жидкости в нагнетательный трубопровод. В рассматриваемых насосах всасывание и нагнетание жидкости происходит при каждом ходе поршня.
Трехцилиндровый насос одинарного действия составляет агрегат из трех соединенных вместе насосов одинарного действия. Поршни трехцилиндровых насосов одинарного действия получают движение от кривошипов, установленных под углом 120°. Данные насосы имеют общую всасывающую и нагнетательную линии.
Двухцилиндровые насосы двойного действия составляются из двух одноцилиндровых насосов двойного действия, включенных в общую всасывающую и нагнетательную линии.
В диафрагменном насосе, схема гидравлической части которого представлена на рис. 1.3, б, всасывание и нагнетание осуществляется изменением формы диафрагмы. Он представляет собой обычный насос одинарного действия, в котором перекачиваемая абразивная жидкость 1 отделена гибкой диафрагмой 2 (прорезиненная нейлоновая ткань) от рабочей жидкости 3.
1.3 Преимущества и недостатки поршневых насосов
Поршневые насосы применимы для перекачивания только чистых жидкостей, это объясняется наличием клапанов в конструкции поршневого насоса. Наличие примесей в перекачиваемой жидкости может привести к выходу из строя клапанов насоса. При возвратно-поступательном движении возникают большие силы инерции, поэтому средняя скорость движения поршня ограничивается значениями 0,5-1 м/с. Поршневые насосы обеспечивают прерывистую подачу жидкости. Имеют большие габариты по сравнению с центробежными, это объясняется сложностью их конструкции, при этом поршневые насосы способны обеспечивать большие напоры. Их подача не зависит от напора, что позволяет применять их в качестве насосов дозаторов. КПД поршневых насосов выше чем у центробежных.
Итак, к преимуществам поршневых насосов можно отнести
— независимость подачи от напора
— высокий КПД
— тихоходность
К недостаткам
— высокая стоимость
— сложность конструкции
— сложность регулирования подачи
— чувствительность к механическим примесям
— прерывистая подача рабочей жидкости
Раздел 2
2.1 Общие сведения
Буровые поршневые насосы применяются для промывки при бурении структурно-поисковых, нефтяных и газовых скважин. Буровые насосы подают промывочный раствор через колонну бурильных труб к забою скважины для выноса разрушенной долотом породы. В случае турбинного бурения, кроме очистки забоя, движущийся промывочный раствор передает энергию турбобуру, вращая долото.
Наиболее широко в бурении применяются двухцилиндровые поршневые насосы двойного действия. Однако все возрастающее использование находят трехцилиндровые поршневые насосы.
Буровые поршневые насосы по сравнению с поршневыми насосами, работающими на определенных режимах и перекачивающими ньютоновские жидкости с конкретными физико-механическими свойствами (вода, масло и т. п.), находятся в более тяжелых условиях.
С увеличением глубины скважины давление в напорном трубопроводе насоса увеличивается. Буровым насосом приходится перекачивать вязко-пластичные жидкости — глинистые растворы с плотностью от 1 до 2,2 г/см3, текучие и нетекучие и с различной степенью газонасыщенности.
Знание степени влияния перечисленных факторов на гидравлические показатели буровых поршневых насосов важно как с научной, так и с практической точек зрения.
В настоящее время в числе важнейших научно-технических тем в области нефтяной промышленности предусматривается разработка вопросов технологии проводки скважин на глубину 7 — 10 тыс. м. Известно, что с увеличением глубины бурящейся скважины растет давление на выкиде насоса. В связи с этим создаются буровые поршневые насосы, способные развивать высокие давления.
Рассмотрим подробно конструкцию поршневого насоса на примере поршневого бурового насоса УНБ-600 (У8-6М).
Общий вид насоса
Рис 2.1 Общий вид насоса УНБ-600 (1)
1 – станина; 2 – вал трансмиссионный; 3 – кривошипно-шатунный механизм; 4 – система смазки штоков
Рис 2.2 Общий вид насоса УНБ-600 (2)
1 – пневмокомпенсатор; 2 – клапан предохранительный; 3 – блок гидравлический; 4 – рама; 5 — подогреватель
2.2 Технические данные УНБ-600
| Ход поршня, мм | 400 |
| Диаметр поршня, мм | 170 |
| Максимальное число двойных ходов в минуту | 66 |
| Давление на выкиде, МН/м² | 13,9 |
| Теоретическая подача, дм³/с | 35,5 |
| Мощность приводная, кВт | 585 |
| Мощность гидравлическая, кВт | 497 |
| Масса, кг | 27020 со шкивом |
| Масса на единицу приводной мощности, кг/кВт | 46 |
| Диаметр всасывающего отверстия, мм | 275 |
| Диаметр нагнетательного отверстия, мм | 109 |
| Число цилиндров | 2 |
| Тип поршня | Дисковый гуммированный |
| Клапаны | Тарельчатые конические |
| Число клапанов | 8 |
| Диаметр проходного отверстия седла клапана, мм | 145 |
| Диаметр штока, мм | 80 |
| Тип передачи от приводного вала | Зубчатая с косым зубом (φ = 9°22´) |
| Передаточное число зубчатой передачи | 4,92 |
| Расчетный диаметр приводного шкива, мм | 1400 |
| Число клиновых приводных ремней типа Д | 18 |
| Скорость вращения приводного вала, об/мин | 325 |
| Габариты, мм: | |
| — длина | 5000 |
| — ширина | 2770 |
| — высота | 3235 |
2.3 Конструкция УНБ-600
Буровой насос УНБ-600 горизонтальный, поршневой, двухцилиндровый, двойного действия, состоит из гидравлической и приводной части, смонтированных на общей раме.
2.3.1 Гидравлическая часть насоса УНБ-600
Гидравлическая часть насоса УНБ-600 состоит из следующих основных узлов: двух литых стальных гидравлических коробок, соединенных между собой снизу приемной коробкой, а сверху корпусом блока пневмокомпенсаторов.
На приемной коробке установлен всасывающий воздушный колпак. Приемная коробка насоса соединяет всасывающую трубу со всасывающими клапанами (рис. 2.3, 2.4 и 2.5 ).
Рис. 2.3 Клапан насоса УНБ-600 в сборе:
1 — втулка; 2 – пружина; 3 – тарелка клапана; 4 – седло в сборе
Рис 2.4 Седло насоса УНБ-600 в сборе:
1 – уплотнение клапана; 2 – кольцо пружинное; 3 – кольцо; 4 – кольцо наружное; 5 – седло; 6 – направляющая; 7 – втулка
Рис 2.5 Тарелка клапана насоса УНБ-600
Внутри гидравлических коробок устанавливаются сменные цилиндрические втулки (рис. 2.6, 2.7), внутренний диаметр которых выбирается в зависимости от требуемого давления и подачи насоса. Наружные размеры всех втулок одинаковы. С целью повышения сроков службы втулок внутренняя поверхность их подвергается термической обработке. Уплотнение цилиндровых втулок насоса УНБ-600 (рис. 2.6) производится путем установки между буртиком цилиндровой втулки 1 и стаканом 4 двух комбинированных уплотнений 2, разделенных стальным кольцом 3. Кольцо имеет по наружному и внутреннему диаметрам проточки с отверстиями. В случае износа уплотнения через специальное отверстие А в гидравлической коробке раствор должен вытекать наружу, что и явится сигналом о неисправности уплотнения цилиндровой втулки.
Закрепление цилиндровых втулок производится с помощью стакана 5 и крышки 7 подтягиванием гаек 8.
Рис 2.6 Уплотнение цилиндровых втулок насоса УНБ-600
Цилиндровая крышка 7 уплотняется при помощи самоуплотняющихся манжет 6 и 9. Подтяжка уплотнения 2 цилиндровой втулки производится с помощью болта 10.
Рис 2.7 Цилиндровая втулка насоса УНБ-600
В цилиндровых втулках перемещаются поршни (рис. 2.8). Поршень 13 (см. рис. 2.6) состоит из сердечника с конической расточкой и привулканизированных к нему двух резиновых манжет. Поршень насажен на конический хвостовик штока 14 и крепится к нему с помощью гайки 12 и контргайки 11.
Рис 2.8 Поршень П 170-7 (ГОСТ 11267-65) насоса УНБ-600
1 – сердечник; 2 – уплотнение
Шток (рис. 2.9) соединен с надставкой штока (рис. 2.10), резьбовый конец которого ввернут в корпус ползуна. При вращении эксцентрикового вала насоса УНБ-600 через шатуны, ползуны и штоки поршни получают возвратно-поступательное движение.
Для увеличения износостойкости штоков их рабочая поверхность закаливается на высокую твердость.
Рис 2.9 Шток поршня насоса УНБ-600
Рис 2.10 Шток ползуна насоса УНБ-600
Уплотнение (рис. 2.11, 2.12) состоит из корпуса 4, направляющей втулки 6, упорного резинового кольца 5, четырех уплотнительных резиновых колец 5, упорного кольца 11 и второй направляющей втулки.
Рис 2.11 Уплотнение штока насоса УНБ-600
Направляющие втулки и опорное кольцо изготавливаются из капролита. Упорное кольцо 11 поджимается при помощи втулки 7 через фланец 9.
Рис 2.12 Комплект уплотнителей штока насоса УНБ-600
1 – втулка; 2 – упорное кольцо; 3 – манжета уплотнения штока; 4- опорное кольцо
Подтяжка уплотнения производится при неработающем насосе с помощью гаек 10 и шпилек 8.
Для увеличения долговечности уплотнения штока осуществляется смазка и охлаждение штоков жидким маслом. Масло подается на штоки насосом Г11-22. Привод насоса осуществляется от трансмиссионного вала.
Рис 2.13 Уплотнение штока ползуна
Герметизация соединения гидравлической коробки с корпусом 4 осуществляется самоуплотняющейся манжетой 1 и резиновым кольцом 2.
Для того чтобы предотвратить попадание глинистого раствора в приводную часть насоса, создано специальное уплотнительное устройство (рис. 2.13). Глинистый раствор может быть внесен в приводную часть надставкой штока, поэтому отмеченное уплотнение сальникового типа. Манжеты 1, расположенные в корпусе сальника 2, поджимаются фланцем 3. Манжеты обжимают надставку штока и не дают возможность вносить глинистый раствор в приводную часть. Фланец 3 поджимается при остановке насоса. Поджатие осуществляется с тем, чтобы устранить попадание глинистого раствора, чрезмерная затяжка не требуется, так как при этом преждевременно выходят из строя манжеты.
www.kazedu.kz
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<рВ), 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=рB), тогда всасывающий клапан закрывается. Как только поршень начинает двигаться влево, давление в цилиндре возрастает (р>рВ) 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
2.4. Насос простого действия
Схема насоса простого действия изображена на рис. 3. 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, мІ; 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 QT называется объемным КПД поршневого насоса:
Объемный КПД — основной экономический показатель, характеризующий работу насоса.
2.5. Дифференциальный насос.
Рис. 4. Схема поршневого насоса с дифференциальным поршнем
Дифференциальный насос. В дифференциальном насосе (рис. 4) поршень 4 перемещается в гладко обработанном цилиндре 5. Уплотнением поршня служит сальник 3 или малый зазор со стенкой цилиндра. Насос имеет два клапана: всасывающий 7 и нагнетательный 6, а также вспомогательную камеру 1. Всасывание происходит за один ход поршня, а нагнетание за оба хода. Так, при ходе поршня влево из вспомогательной камеры в нагнетательный трубопровод 2 вытесняется объем жидкости, равный (F — f )l; при ходе поршня вправо из основной камеры вытесняется объем жидкости, равный fl. Таким образом, за оба хода поршня в нагнетательный трубопровод будет подан объем жидкости, равный
(F — f)l + fl = Fl
т.е. столько же, сколько подается насосом простого действия. Разница лишь в том, что это количество жидкости подается за оба хода поршня, следовательно, и подача происходит более равномерно.
studfiles.net
Устройство насоса
Основу агрегата представляет металлический цилиндр, в котором и происходят рабочие процессы с жидкостью. Физические манипуляции выполняет поршень, в котором предусмотрены клапаны. Специалисты также называют такую систему плунжерной – по типу используемых поршневых механизмов. В сущности, главную функцию в таких системах выполняет гидравлический пресс. Поршневой жидкостный насос действует по принципу возвратно-поступательное движения, хотя и отличается от классических гидродвигателей присутствием системы клапанного распределения. Структура приводного механизма также включает целый набор обслуживающих деталей и компонентов. К частям данной конструкции можно отнести кривошип и шатун, которые составляют основу уже силового рабочего органа.
Принцип действия
В упрощенном виде функция таких агрегатов напоминает обычный шприц или водозаборную колонку, в которой носитель замещается клапаном. Но, есть и особенности, которыми обладает поршневой жидкостный насос. Принцип действия в данном случае предусматривает, что принимающий трубопровод будет также иметь закрывающийся клапан. Благодаря такому устройству жидкость не может поступать обратно в цилиндр.
Несмотря на простую схему рабочего процесса, есть один существенный недостаток у таких насосов. Дело в том, что возвратно-поступательные действия не предполагают равномерную и плавную подачу носителя. Скачкообразные темпы, в которых работает поршневой жидкостный насос, могут доставлять трудности для последующего обслуживания принимающих коммуникаций. Впрочем, использование нескольких поршней позволяет минимизировать этот недостаток.
Модели двухстороннего действия
Появление данной разновидности поршневых насосов обусловлено стремлением производителей устранить эффект пульсации, который возникает именно по причине ритма, в котором поршень выталкивает порции жидкости. В таких насосах штоковая и поршневая полости имеют индивидуальные клапанные системы. Такой принцип распределения подачи воды позволяет не только устранять пульсацию, но и повышать производительность. Правда, односторонние жидкостные поршневые насосы все же имеют свои преимущества, которые выражаются в более высокой степени надежности и долговечности. Еще одной модификацией, которая должна была устранить ритмическую подачу жидкости, является насос, дополненный гидроаккумулятором. В момент пикового давления такие агрегаты собирают энергию, а при ее понижении – наоборот, отдают. Впрочем, полностью устранить пульсацию получается не всегда и эксплуатирующим предприятиям приходится соответствующим образом разрабатывать конфигурации приема жидкости уже вне конструкции насоса.
Назначение насосов
Используют такие агрегаты в разных областях. Его принцип действия не предполагает работу с большими объемами носителя, но зато имеет немало других полезных качеств. Так как в ходе вытеснения каждой новой «дозы» поршнем выполняется прием новой жидкости в условиях сухого цилиндра, использование конструкции себя оправдывает в химической промышленности. Специализированное назначение поршневых жидкостных насосов допускает работу с агрессивными средами, взрывоопасными смесями и некоторыми видами топлива. Но этим не ограничивается применение поршневых агрегатов. Их также используют в бытовых нуждах, для снабжения чистой водой и полива. Опять же, такие модели не рассчитываются на большие объемы циркуляции, но отличаются надежностью и деликатным обращением с обслуживаемой жидкостью – собственно, этот фактор и обусловил широкое распространение насосов в пищевой промышленности.
Преимущества и недостатки конструкции
Среди достоинств таких систем можно отметить выносливость конструкции. Это объясняется не только использованием высокопрочных материалов для изготовления составных частей, но и самим принципом работы. Кроме этого, поршневой жидкостный насос отличается возможностью работы с носителями, у которых высокие требования к условиям пуска. В частности, многие специалисты отмечают выгоду от «сухого» всасывания, которое может обеспечить далеко не всякий насос. Что касается недостатков, то они преимущественно относятся к низкой производительности. Конечно, теоретически возможно и расширение технических параметров агрегата, но это приведет к повышению эксплуатационных требований оборудования. Тем более что многие альтернативные конструкции способны обеспечить достаточную продуктивность при меньших затратах.
Заключение
Насосы такого типа занимают отдельное место на рынке, удовлетворяя при этом и запросы частных пользователей, и нужды крупных предприятий. В современных модификациях поршневой жидкостный насос позволяет выполнять широкий спектр задач. Некоторые из них вполне могут реализовать и агрегаты другого типа, но есть направления, в которых не обойтись именно без гидравлического принципа перекачки. Это относится к упомянутым отраслям химической и пищевой промышленности. С другой стороны, востребованность поршневых насосов в быту обусловлена их простой конструкцией и нетребовательностью в содержании. И это не говоря о высоком эксплуатационном ресурсе данной техники.
fb.ru
У поршневого насоса подача осуществляется при помощи вытеснителя (поршня или плунжера), совершающего возвратно-поступательное движение в цилиндре. Простейший поршневой насос показан на рис. 4.
В цилиндре 3 помещен поршень 4, плотно прилегающий своей боковой поверхностью к стенке цилиндра. Поршень получает движение от двигателя (не показан) при помощи кривошипно-шатунного механизма 6 и штока 5. К цилиндру прикреплена (или отлита заодно с ним) клапанная коробка 2, в которой размещены всасывающий 9 и напорный (нагнетательный) 10 клапаны. К клапанной коробке присоединены всасывающая 7 и напорная 1 трубы. Насос забирает жидкость из резервуара 8. Через обозначена геометрическая высота всасывания насоса.
| |
| Рисунок 4 – Принцип действия поршневого насоса простого действия |
Клапаны насоса самодействующие и пропускают жидкость только в одном направлении – снизу вверх. Пространство, заключенное между поршнем и клапанами, называется рабочей камерой насоса. Расстояние между крайними положениями поршня называется его ходом ( ):
| |
(1.8) |
где – радиус кривошипа.
Во время работы насоса поршень передвигается внутри цилиндра возвратно-поступательно на длину хода. Крайнее левое и крайнее правое положения поршня называют соответственно левой и правой мертвыми точками. У вертикальных насосов крайнее нижнее и крайнее верхнее положения поршня называют нижней и верхней мертвыми точками.
При движении поршня из крайнего левого положения вправо объем рабочей камеры увеличивается, и давление в ней понижается. Так как клапаны насоса самодействующие, то всасывающий клапан 9 откроется и жидкость по всасывающей трубе 7 под действием внешнего давления устремится из резервуара 8 в рабочую камеру насоса. По достижении поршнем крайнего правого положения всасывание жидкости прекращается, и всасывающий клапан закроется. В дальнейшем поршень при движении справа налево будет давить на находящуюся в рабочей камере жидкость и вытеснять ее через напорный клапан 10 в напорную трубу 1.
У насоса, изображенного на рис. 4, жидкость вытесняется при движении поршня только в одну сторону. Такие насосы называются насосами одностороннего (простого) действия. Если жидкость вытесняется при движении поршня в обе стороны, то такие насосы называются насосами двустороннего (двойного) действия (рис. 5).
| |
| Рисунок 5 – Принцип действия поршневого насоса двойного действия |
Всасывание и нагнетание у данного насоса совершаются при каждом ходе поршня. При ходе поршня влево всасывающий 4 и напорный 2 клапаны открыты. Через клапан 4 происходит всасывание жидкости в рабочую камеру, а через клапан 2 – вытеснение жидкости в напорную трубу. В это время клапаны 1 и 3 закрыты. При обратном ходе поршня через клапан 1 жидкость поступает в рабочую камеру, а через клапан 3 производится подача жидкости в напорную трубу, клапаны 4 и 2 закрыты.
1.4 Центробежный насос типа «К», конструкция и принцип действия
На рис. 6 показан продольный разрез центробежного насоса консольного типа (тип К, ГОСТ 22247–76Е). Насос состоит из следующих основных частей: корпуса 17, крышки 19 с входным патрубком рабочего колеса 1, вала 7 и опорной стойки 15, к которой крепится корпус при помощи шпилек 5. Вход жидкости в насос – осевой.
Из насоса жидкость выходит через напорный патрубок 4. Для держания рабочего колеса от осевого смещения служит колпачковая гайка 20.
| |
| Рисунок 6 – Центробежный насос типа К |
Опорами вала являются шариковые подшипники 8 и 10, которые смазываются маслом, заливаемым в корпус опорной стойки. Контроль уровня масла осуществляется при помощи масломерника 9. Отверстие, закрываемое пробкой 2, служит для присоединения мановакуумметра. В месте выхода вала из корпуса насоса имеется сальник, состоящий из корпуса (показан штриховой линией), просаленной хлопчатобумажной набивки 13, нажимной крышки 12 и кольца 14 гидравлического затвора, к которому подводится вода по каналу б. В районе набивки установлена втулка 6, защищающая вал от износа. Для разгрузки от осевой силы в заднем диске колеса имеются отверстия а. В крышке насоса установлено защитно-уплотняющее кольцо 18. Такое же кольцо имеется в корпусе насоса. Радиальный зазор между кольцами и цилиндрическими поверхностями колеса не превышает 0,2÷0,4 мм.
В верхней части корпуса находится закрытое пробкой 3 отверстие, через которое можно отсасывать воздух в тех случаях, когда без этого нельзя запустить насос. В нижней части корпуса предусмотрена пробка 16, вывинчивание которой позволяет удалять оставшуюся в насосе жидкость.
При помощи упругой пальцевой муфты 11 вал насоса соединяется с валом электродвигателя. Насосы типа К получили широкое распространение в различных судовых водяных системах.
helpiks.org
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. Одна 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. 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.
lektsia.com
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