Поршневой насос жидкостный: устройство и принцип действия

Устройство и принцип работы поршневого насоса

Насосы для воды на основе поршня используются в том случае, если более мощный жидкостный насос другого типа или насосы высокого давления не рентабельно использовать на небольшом участке.

Его можно применять в автономной системе водоснабжения из скважины, или же использовать ручной вариант. Ручной поршневой насос используется в том случае, если на даче нет света или же водопотребление не слишком большое или для опрыскивателя растений.

Устройство ручного поршневого насоса

Устройство поршневого водяного насоса очень простое и практически идентично автомобильному поршню.

Он состоит из таких элементов:

цилиндрический корпус;
шток;
поршень;
входная труба;
клапан в нижней крышке устройства;
выходная труба.

Поршень располагается внутри цилиндрического корпуса. В верхней крышке корпуса расположено отверстие (фланец) со специальной резиновой прокладкой. Через отверстие проходит шток, который одни краем приварен к поршню. Резиновая прокладка при этом отвечает за герметичность цилиндра и поддерживает высокое давление в нем.

Второй цикл движения поршня в верхнем направлении выдавливает жидкость в выпускную трубку. Оттуда она попадает в водоканал и двигается к крану, после чего весь цикл работы повторяется снова. Входная трубка устройства обычно выполнена из жестких материалов, так как она не должна склеиваться под действием втягивающего усилия. С этой целью используется армированный шланг или пластиковый трубопровод.

Принцип работы насоса

Крыльчатые насосы являются разновидностью поршневых насосов. Насосы этого типа были изобретены в середине 19 века.
Насосы являются двухходовыми, то есть подают воду без холостого хода.
Применяются, в основном, в качестве ручных насосов для подачи топлива, масел и воды из скважин и колодцев.

Конструкция:
Внутри чугунного корпуса размещены рабочие органы насоса: крыльчатка, совершающая возвратно-поступательные движения и две пары клапанов (впускные и выпускные). При движении крыльчатки происходит перемещение перекачиваемой жидкости из всасывающей полости в нагнетательную. Система клапанов препятствует перетоку жидкости в обратном направлении

Насосы этого типа имеют в своей конструкции сильфон (“гармошку”), сжимая который производят перекачку жидкости. Конструкция насоса очень простая и состоит всего из нескольких деталей.
Обычно, такие насосы изготавливают из пластика (полиэтилена или полипропилена).
Основное применение – выкачивание химически активных жидкостей из бочек, канистр, бутылей и т.п.

Низкая цена насоса позволяет использовать его в качестве одноразового насоса для перекачивания едких и опасных жидкостей с последующей утилизацией этого насоса.

Пластинчато-роторные (или шиберные) насосы представляют собой самовсасывающие насосы объемного типа. Предназначены для перекачивания жидкостей. обладающих смазывающей способностью (масла. дизельное топливо и т.п.). Насосы могут всасывать жидкость “на сухую”, т.е. не требуют предварительного заполнени корпуса рабочей жидкостью.

Принцип работы: Рабочий орган насоса выполнен в виде эксцентрично расположенного ротора, имеющего продольные радиальные пазы, в которых скользят плоские пластины (шиберы), прижимаемые к статору центробежной силой.
Так как ротор расположен эксцентрично, то при его вращении пластины, находясь непрерывно в соприкосновении со стенкой корпуса, то входят в ротор, то выдвигаются из него.
Во время работы насоса на всасывающей стороне образуется разрежение и перекачиваемая масса заполняет пространство между пластинами и далее вытесняется в нагнетательный патрубок.

Шестеренные насосы с наружным зацеплением шестерен предназначены для перекачивания вязких жидкостей, обладающих смазывающей способность.
Насосы обладают самовсасыванием (обычно, не более 4-5 метров).

Принцип действия:
Ведущая шестерня находится в постоянном зацеплении с ведомой и приводит её во вращательное движение. При вращении шестерён насоса в противоположные стороны в полости всасывания зубья, выходя из зацепления, образуют разрежение (вакуум). За счёт этого в полость всасывания поступает жидкость, которая, заполняя впадины между зубьями обеих шестерён, перемещается зубьями вдоль цилиндрических стенок в корпусе и переносится из полости всасывания в полость нагнетания, где зубья шестерён, входя в зацепление, выталкивают жидкость из впадин в нагнетательный трубопровод. При этом между зубьями образуется плотный контакт, вследствие чего обратный перенос жидкости из полости нагнетания в полость всасывания невозможен.

Насосы аналогичны по принципу работы обычному шестеренному насосу, но имеют более компактные размеры. Из минусов можно назвать сложность изготовления.

Принцип действия:
Ведущая шестерня приводится в действие валом электродвигателя. Посредством захвата зубьями ведущей шестерни, внешнее зубчатое колесо также вращается.
При вращении проемы между зубьями освобождаются, объем увеличивается и создается разряжение на входе, обеспечивая всасывание жидкости.
Среда перемещается в межзубьевых пространствах на сторону нагнетания. Серп, в этом случае, служит в качестве уплотнителя между отделениями засасывания и нагнетания.
При внедрении зуба в межзубное пространство объем уменьшается и среде вытесняется к выходу из насоса.

Название этого насоса происходит от формы рабочего органа – диска, выгнутого по синусоиде. Отличительной особенностью синусных насосов является возможность бережного перекачивания продуктов содержащих крупные включения без их повреждения.
Например, можно легко перекачивать компот из персиков с включениями их половинок (естественно, что размер перекачиваемых без повреждения частиц зависит от объема рабочей камеры. При выборе насоса нужно обращать на это внимание).

Размер перекачиваемых частиц зависит от объема полости между диском и корпусом насоса.
Насос не имеет клапанов. Конструктивно устроен очень просто, что гарантирует долгую и безотказную работу.

На валу насоса, в рабочей камере, установлен диск, имеющий форму синусоиды. Камера разделена сверху на 2 части шиберами (до середины диска), которые могут свободно перемещаться в перпендикулярной к диску плоскости и герметизировать эту часть камеры не давая жидкости перетекать с входа насоса на выход (см. рисунок).
При вращении диска он создает в рабочей камере волнообразное движение, за счет которого происходит перемещение жидкости из всасывающего патрубка в нагнетательный. За счет того, что камера наполовину разделена шиберами, жидкость выдавливается в нагнетательный патрубок.

Основной рабочей частью эксцентрикового шнекового насоса является винтовая (героторная) пара, которая определяет как принцип работы, так и все базовые характеристики насосного агрегата. Винтовая пара состоит из неподвижной части – статора, и подвижной – ротора.

Статор – это внутренняя n+1-заходная спираль, изготовленная, как правило, из эластомера (резины), нераздельно (либо раздельно) соединенного с металлической обоймой (гильзой).

Ротор – это внешняя n-заходная спираль, которая изготавливается, как правило, из стали с последующим покрытием или без него.

Стоит указать, что наиболее распространены в настоящее время агрегаты с 2-заходными статором и 1-заходным ротором, такая схема является классической практически для всех производителей винтового оборудования.

Важным моментом, является то, что центры вращения спиралей, как статора, так и ротора смещены на величину эксцентриситета, что и позволяет создать пару трения, в которой при вращении ротора внутри статора создаются замкнутые герметичные полости вдоль всей оси вращения. При этом количество таких замкнутых полостей на единицу длины винтовой пары определяет конечное давление агрегата, а объем каждой полости – его производительность.

Винтовые насосы относятся к объемным насосам. Эти типы насосов могут перекачивать высоковязкие жидкости, в том числе с содержанием большого количества абразивных частиц.
Преимущества винтовых насосов:
– самовсасывание (до 7. 9 метров),
– бережное перекачивание жидкости, не разрушающее структуру продукта,
– возможность перекачивания высоковязких жидкостей, в том числе содержащих частицы,
– возможность изготовления корпуса насоса и статора из различных материалов, что позволяет перекачивать агрессивные жидкости.

Насосы этого типа получили большое распространение в пищевой и нефтехимической промышленности.

Насосы этого типа предназначены для перекачивания вязких продуктов с твердыми частицами. Рабочим органом является шланг.
Преимущество: простота конструкции, высокая надежность, самовсасывание.

Принцип работы:
При вращении ротора в глицерине башмак полностью пережимает шланг (рабочий орган насоса), расположенный по окружности внутри корпуса, и выдавливает перекачиваемую жидкость в магистраль. За башмаком шланг восстанавливает свою форму и всасывает жидкость. Абразивные частицы вдавливаются в эластичный внутренний слой шланга, затем выталкиваются в поток, не повреждая шланга.

Вихревые насосы предназначены для перекачивания различных жидкотекучих сред. насосы обладают самовсасыванием (после залива корпуса насоса жидкостью).
Преимущества: простота конструкции, высокий напор, малые размеры.

Принцип действия:
Рабочее колесо вихревого насоса представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопатками, расположенными на периферии колеса. В корпусе имеется кольцевая полость. Внутренний уплотняющий выступ, плотно примыкая к наружным торцам и боковым поверхностям лопаток, разделяет всасывающий и напорный патрубки, соединенные с кольцевой полостью.

При вращении колеса жидкость увлекается лопатками и одновременно под воздействием центробежной силы закручивается. Таким образом, в кольцевой полости работающего насоса образуется своеобразное парное кольцевое вихревое движение, почему насос и называется вихревым. Отличительная особенность вихревого насоса заключается в том, что один и тот же объем жидкости, движущейся по винтовой траектории, на участке от входа в кольцевую полость до выхода из нее многократно попадает в межлопастное пространство колеса, где каждый раз получает дополнительное приращение энергии, а следовательно, и напора.

Газлифт (от газ и англ. lift — поднимать), устройство для подъёма капельной жидкости за счёт энергии, содержащейся в смешиваемом с ней сжатом газе. Газлифт применяют главным образом для подъёма нефти из буровых скважин, используя при этом газ, выходящий из нефтеносных пластов. Известны подъёмники, в которых для подачи жидкости, главным образом воды, используют атмосферный воздух. Такие подъёмники называют эрлифтами или мамут-насосами.

В газлифте, или эрлифте, сжатый газ или воздух от компрессора подаётся по трубопроводу, смешивается с жидкостью, образуя газожидкостную или водо-воздушную эмульсию, которая поднимается по трубе. Смешение газа с жидкостью происходит внизу трубы. Действие газлифта основано на уравновешивании столба газожидкостной эмульсии столбом капельной жидкости на основе закона сообщающихся сосудов. Один из них — буровая скважина или резервуар, а другой — труба, в которой находится газожидкостная смесь.

Мембранные насосы относятся к объемным насосам. Существуют одно- и двухмембранные насосы. Двухмембраные, обычно выпускаются с приводом от сжатого воздуха. На нашем рисунке показан именно такой насос.
Насосы отличатся простотой конструкции, обладают самовсасыванием (до 9 метров), могут перекачивать химически агрессивные жидкости и жидкости с большим содержанием частиц.

Принцип работы:
Две мембраны, соединенные валом, перемещаются вперед и назад под воздействием попеременного нагнетания воздуха в камеры позади мембран с использованием автоматического воздушного клапана.

Всасывание: Первая мембрана создает разрежение, когда она движется от стенки корпуса.
Нагнетание: Вторая мембрана одновременно передает давление воздуха на жидкость, находящуюся в корпусе, проталкивая ее по направлению к выпускному отверстию. Во время каждого цикла давление воздуха на заднюю стенку выпускающей мембраны равно давлению, напору со стороны жидкости. Поэтому мембранные насосы могут работать и при закрытом выпускном клапане без ущерба для срока службы мембраны

Шнековые насосы часто путают с винтовыми. Но это совершенно разные насосы, как можно увидеть в нашем описании. Рабочим органом является шнек.
Насосы этого типа могут перекачивать жидкости средней вязкости (до 800 сСт), обладают хорошей всасывающей способностью (до 9 метров), могут перекачивать жидкости с крупными частицами (размер определяется шагом шнека).
Применяются для перекачивания нефтешламов, мазутов, солярки и т.п.

Внимание! Насосы НЕСАМОВСАСЫВАЮЩИЕ. Для работы в режиме всасывания требуется заливка корпуса насоса и всего всасывающего шланга)

Центробежные насосы являются самыми распространенными насосами. Название происходит от принципа действия: насос работает за счет центробежной силы.
Насос состоит из корпуса (улиитки) и расположенного внутри рабочего колеса с радиальными изогнутыми лопастями. Жидкость попадает в центр колеса и под действием центробежной силы отбрасывается к его перифирии а затем выбрасывается через напорный патрубок.

Насосы используются для перекачивания жидких сред. Существуют модели для химически активный жидкостей, песка и шлама. Отличаются материалами корпуса: для химических жидкостей используют различные марки нержавеющих сталей и пластика, для шламов – износостойкие чугуны или насосы с покрытием из резины.
Массовое использование центробежных насосов обусловлено простотой конструкции и низкой себестоимостью изготовления.

Многосекционные насосы – это насосы с несколькоми рабочими колесами, расположенными последовательно. Такая компоновка нужна тогда, когда необходимо большое давление на выходе.

Дело в том, что обычное центробежное колесо выдает максимальное давление 2-3 атм.

По этому, для получения более высоких значение напора, используют несколько последовательно установленных центробежных колес.
(по сути, это несколько последовательно соединенных центробежных насосов).

Такие типы насосов используют в качестве погружных скважинных и в качестве сетевых насосов высокого давления.

Трехвинтовые насосы предназначены для перекачивания жидкостей, обладающих смазывающей способностью, без абразивных механических примесей. Вязкость продукта – до 1500 сСт. Тип насоса объемный.
Принцип работы трехвинтового насоса понятен из рисунка.

Насосы этого типа применяются:
– на судах морского и речного флота, в машинных отделениях,
– в системах гидравлики,
– в технологических линиях подачи топлива и перекачивания нефтепродуктов.

Струйный насос предназначен для перемещения (откачки) жидкостей или газов с помощью сжатого воздуха (или жидкости и пара), подающегося через эжектор. Принцип работы насоса основан на законе Бернули (чем выше скорость течения жидкости в трубе, тем меньше давление этой жидкости). Этим обусловлена форма насоса.

Конструкция насоса чрезвычайно проста и не имеет движущихся деталей.
Насосы этого типа можно использовать в качестве вакуумный насосов или насосов для перекачивания жидкости (в том числе, содержащих включения).
для работы насоса необходим подвод сжатого воздуха или пара.

Струйные насосы, работающие от пара, называют пароструйными насосами, работающие от воды – водоструйными насосами.
Насосы, отсасывающие вещество и создающие разряжение, называются эжекторами. Насосы нагнетающие вещество под давлением – инжекторами.

Этот насос работает без подвода электроэнергии, сжатого воздуха и т.п. Работа насоса этого типа основана на энергии поступающей самотеком воды и гидроудара, возникающего при резком её торможении.

Принцип работы гидротаранного насоса:
По всасывающей наклонной трубе вода разгоняется до некоторой скорости, при которой отбойный подпружиненный клапан (справа), преодолевает усилие пружины и закрывается, перекрывая поток воды. Инерция резко остановленной воды во всасывающей трубе создает гидроудар (т.е. кратковременно резко возрастает давление воды в питающей трубе). Величина этого давления зависит от длины питающей трубы и скорости потока воды.
Возросшее давление воды открывает верхний клапан насоса и часть воды из трубы проходит в воздушный колпак (прямоугольник сверху) и отводящую трубу (слева от колпака). Воздух в колпаке сжимается, накапливая энергию.
Т.к. вода в питающей трубе остановлена, давление в ней падает, что приводит к открытию отбойного клапана и закрытию верхнего клапана. После этого вода из воздушного колпака выталкивается давлением сжатого воздуха в отводящую трубу. Так как отбойный клапан открылся, вода снова разгоняется и цикл работы насоса повторяется.

Конструктивные особенности

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

Принцип действия и классификация поршневых насосов

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.

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) 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.

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.

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;

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.

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.

Содержание

Конструктивная схема и принцип действия поршневого насоса
Характеристики поршневых насосов
Особенности обслуживания поршневых насосов
Основные неисправности в работе поршневых насосов и меры по их устранению

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 нагнетательный 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.

Конструктивная схема и принцип действия поршневого насоса

Поршневые насосы относятся к группе объемных насосов, в которых перемещение жидкости осуществляется в результате вытеснения ее из цилиндра рабочим органом — поршнем. Принципиальная схема простейшего поршневого насоса приведена на рис. 2.31. Поршень 3 насоса совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре 2. К цилиндру подсоединены два трубопровода: всасывающий 4 с приемной сеткой-фильтром и нагнетательный 1. При ходе поршня вправо в цилиндре создается разрежение, в результате которого перекачиваемая жидкость через открывающийся всасывающий клапан 5 заполняет цилиндр. При обратном движении поршня всасывающий клапан закрывается и поршень вытесняет жидкость через нагнетательный клапан 6 в нагнетательный трубопровод. Таким образом, в поршневом насосе происходит периодическое всасывание и нагнетание перекачиваемой жидкости.

Поршневые насосы по способу действия подразделяют на насосы однократного, двукратного, трехкратного и четырехкратного действия. На рис. 2.31 изображена схема насоса однократного, или простого, действия. За один двойной ход поршня у этого насоса жидкость всасывается и нагнетается один раз. В насосе двукратного действия за один двойной ход поршня осуществляются две подачи жидкости. Это достигается, как правило, тем, что в цилиндре нагнетательные и всасывающие клапаны расположены по обе стороны поршня. Насос трехкратного действия, состоящий из трех насосов простого действия, и насос четырехкратного действия, состоящий из двух насосов двукратного действия, за один двойной ход поршня производят соответственно три или четыре подачи жидкости в нагнетательный трубопровод.

Поршневые насосы по сравнению с лопастными обладают рядом преимуществ, основными из которых являются:

идеальная подача поршневых насосов не зависит от величины создаваемого напора;
поршневые насосы обладают хорошей способностью к сухому всасыванию;
поршневые насосы могут создавать большие напоры (до 3000 м вод. ст.) при достаточно высоком к.п.д.

Цикличность подачи жидкости в нагнетательный трубопровод (неравномерность подачи) является одним из недостатков поршневых насосов простого действия. Этот недостаток в значительной степени устраняется применением поршневых насосов многократного действия. С точки зрения обеспечения равномерности подачи наиболее приемлемыми являются насосы трехкратного действия, а с точки зрения массогабаритных показателей — насосы четырехкратного действия. Корабельные поршневые насосы в зависимости от конструкции поршня разделяют на собственно поршневые и скальчатые.

Характеристики поршневых насосов

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

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

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

К.п.д. поршневого насоса ɳ = f(Q), (рис. 2.34, б) минимален при малых подачах и растет с увеличением подачи, однако в диапазоне изменения подач от 40 до 140% номинальной изменяется незначительно. Кривая ɳ_max относится к прямодействующим насосам большой подачи при малых напорах (Q=100-300 м 3 /ч; Н=40-60 м вод. ст.).

Кривая n_min относится к быстроходным насосам малой подачи при больших напорах (Q = 25-80 м 3 /ч; Н = 100-500 м вод. ст.).

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

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

Особенности обслуживания поршневых насосов

Поршневые насосы относятся к группе объемных насосов и обладают рядом специфических свойств. В отличие от лопастных насосов подача поршневых насосов не зависит практически от напора. Ошибочное закрытие клапана на напоре работающего поршневого насоса или пуск насоса с закрытым нагнетательным клапаном приводит к разрыву трубопровода, поломке насоса или выходу из строя приводного двигателя. Поэтому пуск поршневого насоса допускается только при открытых нагнетательном и всасывающем клапанах. Регулирование подачи поршневого насоса дросселированием недопустимо, поэтому его осуществляют изменением частоты вращения привода или перепуском перекачиваемой жидкости.

Поршневые насосы обладают способностью к сухому всасыванию и большой высотой всасывания. Перед пуском они не заполняются перекачиваемой жидкостью. Поршневые насосы работают в различных условиях. Обслуживание каждого из них зависит от конкретных условий работы и осуществляется в строгом соответствии с инструкциями по эксплуатации. Однако имеются общие правила, которые следует выполнять при обслуживании всех поршневых насосов. Перед пуском необходимо осмотреть и подготовить насос к пуску. В процессе осмотра необходимо убедиться, что крепления насоса надежны, прокладки и сальники находятся в удовлет-ворительном состоянии, контрольно-измерительные приборы исправны. Особенно тщательно проверяется количество и качество масля в масляных системах.

После внешнего осмотра надо проверить состояние всех клапанов системы и провернуть их. По окончании проворачивания клапаны закрывают. Убедившись в исправности системы, открывают клапан на напорном трубопроводе, затем на всасывающем трубопроводе. Пустив насос, машинист трюмный наблюдает за его работой, следит за показаниями амперметра, мановакуумметра, манометра, температурой масла в масляной системе. Повышенные показания амперметра свидетельствуют о неисправностях насоса, повышенное давление в напорном трубопроводе-о засорении системы, неполном открытии клапанов, увеличении вакуумметрической высоты всасывания, засорении фильтров. В процессе работы насоса контролируют состояние сальников: их температуру (на ощупь) и достаточную плотность.

При работе насоса необходимо записывать в эксплуатационных журналах параметры, требуемые инструкциями.

Останавливают насос выключением приводного двигателя, после чего клапаны на напорном и всасывающем трубопроводах закрывают. Насос осматривают, устраняют выявленные неисправности и приводят в состояние немедленной готовности к пуску.

Основные неисправности в работе поршневых насосов и меры по их устранению

Наиболее вероятными причинами неисправностей в работе поршневого насоса являются: механические повреждения клапанов и фильтров, приемного и напорного трубопроводов, попадание воздуха в систему и насос, износ и поломка деталей блока клапанов насоса, износ и механическая поломка движущихся частей насоса, неисправности привода насоса.

Механические повреждения клапанов и фильтров приемного и напорного трубопроводов вызывают снижение подачи насоса и срыв его работы. К часто встречающимся неисправностям этого типа относятся:

засорение приемных фильтров (насос работает с меньшей подачей, повышается вакуумметрическая высота всасывания) — фильтры необходимо очистить;
неисправность клапана на приемном трубопроводе (при неполном открытии клапана насос работает с неполной подачей, повышается вакуумметрическая высота всасывания, при полностью закрытом клапане происходит срыв работы насоса) — неисправность необходимо устранить;
неисправность клапана на напорном трубопроводе (при неполном открытии клапана напор насоса превышает спецификационный, приводной двигатель работает с перегрузкой, что может привести к выходу его из строя; при пуске насоса с закрытым клапаном на напорном трубопроводе отсутствует подача) — клапан необходимо открыть, при неисправности — исправить.

Попадание воздуха в систему и насос через неплотности всасывающего трубопровода и его арматуры или через частично обнажившуюся приемную сетку всасывающего трубопровода. Наиболее вероятными местами возникновения неплотности всасывающего трубопровода являются прокладки в местах соединений трубопроводов и сальников штоков клапанов. При незначительных поступлениях воздуха подача насоса уменьшается. При значительных поступлениях воздуха всасывающий трубопровод может не заполниться жидкостью. Подача полностью прекращается. Неплотности необходимо устранить.

Износ и поломка деталей блока клапанов насоса приводят к ненормальному шуму при работе насоса, уменьшению подачи, срыву работы насоса. К наиболее часто встречающимся повреждениям деталей блока клапанов относятся:

поломка или ослабление пружины клапана (возникает характерный стук клапанов) — необходимо отрегулировать или заменить пружины;
ослабление крепежных гаек или шпилек узлов блока (возникает посторонний шум) — необходимо устранить слабины крепежа;
неплотности прилегания тарелок к гнездам (подача насоса уменьшается) — необходимо притереть клапаны;
неисправность предохранительного (перепускного) клапана (жидкость перепускается из напорной во всасывающую полость, подача насоса уменьшается) — необходимо отрегулировать предохранительный клапан.

Износ и механическая поломка движущихся частей насоса могут являться причиной повышенного шума при работе насоса, уменьшения подачи или заклинивания насоса. К часто встречающимся повреждениям относятся:

износ, забоины колец поршней, неправильная их установка (через неплотности уплотнения поршней жидкость перепускается из напорной во всасывающую полость цилиндра, подача насоса уменьшается) — необходимо заменить кольца;
срабатывание вкладышей подшипников, втулок, пальцев (при работе насоса возникают шумы, стуки) — насос необходимо перебрать, изношенные детали заменить;
поломка поршневых колец, заклинивание поршней, погиб штоков, наличие посторонних предметов в цилиндре — необходим ремонт насоса.

Неисправности привода насоса могут препятствовать нормальному пуску насоса, явиться источником повышенной шумности при его работе, привести к выходу насоса из строя.

Наиболее распространенными на кораблях являются насосы с электроприводом и прямодействующие паровые насосы. Неисправности электропривода, последствия неисправностей и способы их устранения аналогичны описанным для электропривода центробежных насосов. Кроме того, у прямодействующих паровых насосов могут быть следующие типичные неисправности:

слишком большой ход поршней (поршни ударяют о крышки и днища паровых цилиндров, насос работает с повышенным шумом) — необходимо уменьшить число двойных ходов насоса, проверить правильность работы парораспределения, при необходимости отрегулировать ход поршней;
износ вкладышей подшипников или ослабление креплений (насос работает с повышенным шумом) — необходимо перебрать привод, заменить изношенные детали, подтянуть крепления;
механические повреждения клапана отработавшего пара (при полностью открытом клапане свежего пара и полном давлении пара насос не работает) — клапаны отработавшего пара необходимо перебрать.

Устройство и принцип действия поршневых насосов

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

Схема однопоршневого насоса одностороннего действия представлена на

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

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

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

Для обеспечения равномерности подачи применяются дифференциальные насосы (поршневые и плунжерные). На рис. 3.3 показана схема дифференциального насоса с диаметрами поршней D 1 и D 2 . На всасывающей стороне он работает как насос одностороннего действия, на нагнетательной стороне – как насос двустороннего действия. Его отличительной особенностью является то, что за один оборот вала кривошипа он производит всасывание за один ход поршня, а нагнетание жидкости – в течение обоих ходов поршня, вытесняя ее поочередно из камер А и Б в нагнетательный трубопровод.

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

Основные понятия, применяющиеся в теории насосов

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

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

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

Напор насоса

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

Н = h вс + h н + h wвс + h wн . (7.9 )

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

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

H = h м +h в + Δh + (w н 2 – w в 2) / (2g ) , (7.10 )

где Н – напор насоса, м ;

h м – показание манометра, выраженное в метрах столба перекачиваемой жидкости;

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

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

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

g м/с 2 .

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

р = р к – р н + ρ (w к 2 – w н 2) / (2g ) + ρ g (z к – z н) , (7.11 )

где р к , р н – давление на выходе и на входе в насос, Па ;

ρ – плотность жидкой среды, кг/м 3 ;

w к , w н – скорость жидкой среды на выходе и на входе в насос, м/с ;

g – ускорение свободного падения, м/с 2 ;

z к , z н – высота центра тяжести сечения выхода и входа в насос, м .

Напор насоса Н и давление насоса р связаны между собой зависимостью

Н = р / (ρ g ) , (7.12 )

где ρ – плотность жидкой среды, кг/м 3 ;

g – ускорение свободного падения, м/с 2 .

«История изобретения паровых машин» — Трудно представить нашу жизнь без электричества. Первый паровоз. Первый паровой автомобиль. Паровые машины. Преимущества. Определение. История изобретения паровых машин. Паровая турбина Герона. Цель. Паровая машина. Немного истории.

«Тепловые машины» — Рабочим веществом может быть водяной пар или газ. Двс. «Младший брат» — паровоз. Определить пути повышения КПД. Финиш. КПД идеального теплового двигателя. Решающая роль. Средняя скорость движения 72 км/ч. Домашнее задание. Цикл Карно. Экологические последствия работы тепловых двигателей. Сел на пароход, отправлявшийся в Лондон.

«Изобретение паровой машины» — Последующие изобретатели внесли много усовершенствований в насос Ньюкомена. Такой двигатель двойного действия был разработан Уаттом в 1782 году. Паровая машина Томаса Севери. Давление пара, подаваемого в цилиндр из котла (1), поднимало поршень. С 1776 года началось фабричное производство паровых машин.

«История паровой машины» — Паровые машины с возвратно-поступательным движением. Паровая машина. Первая в России двухцилиндровая вакуумная паровая машина. Вакуумные машины. Создание вакуума в закрытом цилиндре. Как она работает. Вид паровых двигателей. Какое у них преимущество. Преимущество паровых машин. Реальная паровая турбина.

«Тепловые насосы» — Система работает устойчиво, колебания температуры и влажности в помещении минимальны. Сечение различных типов вертикальных грунтовых теплообменников. Конструкция грунтового зонда. Зимой теплонасосная система передает в дом тепло неостывшей земли. Объекты жилищного строительства (коттеджи, многоквартирные дома).

«Тепловая машина» — Первый паровоз был сконструирован в 1803 г. английским изобретателем Ричардом Тревитиком. Презентация к уроку физики в 8 классе «Тепловые машины». Машины, преобразующие внутреннюю энергию топлива в механическую, называются тепловыми двигателями. Шотландский инженер, механик и изобретатель, интересовался паром и конденсацией воды.

Всего в теме 11 презентаций

Данная разновидность насосов является одной из самых древних. Механическое вытеснение жидкостной среды можно назвать простейшей реализацией принципа перекачки. В наши дни конструкции таких агрегатов, конечно, имеют более сложное устройство по сравнению с первыми представителями класса. В современном виде поршневой жидкостный насос имеет прочный корпус, развитую элементную базу и предполагает наличие широких возможностей для коммуникации. Последний аспект обуславливает распространение оборудования в разных сферах от бытовых нужд и вплоть до промышленных узкоспециализированных отраслей.

Основные понятия, применяющиеся в теории насосов

Классификация поршневых насосов

За принципом функционирования насосы делятся следующим образом:

Поршневые насосы для воды. Несложные по конструкции агрегаты. Подходят для бытового использования. Модельный ряд таких насосов очень широк. Возможна самостоятельная регулировка устройства при незначительных неисправностях. Самые простые модели можно изготовить своими руками. Собственноручно изготовленный агрегат для бытового использования по техническим параметрам практически идентичный промышленно произведённым аналогам;

Аксиально-поршневые насосы. Конструкция с несколькими цилиндрами. Это немного усложняет процесс ремонта, требуются определённые знания в данной области. Рабочим инструментом выступает не только поршень, но и плунжер. В модельном ряде регулируемые, нерегулируемые насосы с наклонным блоком. Специфика агрегатов в возможности добиться высокого уровня давления, также они имеют неплохие технические характеристики;

Роторно — поршневой для нагнетания высокого уровня давления во всей системе. Такая конструкция отлично подходит для гидромоторов, но крайне редко используется как насосная станция. Радиально — поршневой насос и гидронасос используются только в условиях, где невозможно добыть воду обычным насосом.

Виды поршневых насосов в зависимости от ключевой рабочей детали:

Поршневой насос. Поршень по форме дискообразный;
Плунжерный насос. Цилиндрообразной по форме поршень и плунжер.

Поршневые насосы для воды имеют различный тип привода:

Ручной. Выполняется периодическое перекачивание различных жидкостей и воды при ручном управлении;
Прямодействующий. Поршень насоса и поршень мотора составляют единое устройство;
Приводной. Наличие или отсутствие кривошипно-шатунного механизма.

На агрегате для мойки или дома может быть установлено один, два или три цилиндра. Также насосы могут создавать высокое, среднее или низкое давление.

Классификация в зависимости от частотности вращения поршня:

Тихоходные. Выполняется в пределах 40-80 ходов за минуту;
Средней быстроходности. Количество ходов от 50 до 80;
Быстроходные. Выполняется от 150 до 350 ходов в минуту.

В зависимости от способа действия выделяют следующее насосное оборудование для воды:

Одинарного действия. С одной рабочей камерой;

Двойного действия. Вода поступает намного равномернее из-за двух рабочих камер. Потому при одном обороте поршня жидкость нагнетается дважды.

Насосы могут перекачивать различную жидкость:

Обычные холодную воду;
Горячие горячую воду;
Буровые различные растворы;
Кислотные кислотные вещества и т. д.

Насосы могут перекачивать различную жидкость:

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.

Поршневой насос (плунжерный насос) – один из видов объёмных гидромашин, в котором вытеснителями являются один или несколько поршней (плунжеров), совершающих возвратно-поступательное движение.

Рис. 2. Дифференциальная схема включения поршневого насоса. 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.

Устройство и принцип работы поршневого насоса, компрессора

Что такое поршневой компрессор и как он работает? Это поршневой насос сжимающий газ. Если сжимается жидкость, говорят о насосе. Если сжимается какой-либо газ, то говорят о компрессоре. Принцип действия у поршневого насоса и поршневого компрессора одинаков.

Схема работы поршневого компрессора

На рисунке показана минимальная компоновка поршневого компрессора:

Впускной клапан
Выпускной клапан
Поршень
Шатун
Коленчатый вал
Цилиндр

Слева показан цикл впуска газа в цилиндр. Когда поршень идет вниз, под впускным клапаном возникает разряжение. Этот клапан, прижатый к седлу пружиной, открывается (из-за разности давлений над ним и под ним). Газ всасывается в цилиндр. Справа показан цикл сжатия газа. Поршень идет вверх, сжимая газ. Под давлением закрывается впускной клапан, открывается выпускной, газ устремляется в нагнетательную трубу.

Привод компрессора может быть электрическим, бензиновым, дизельным. Соответственно, коленчатый вал получает вращение от электродвигателя или же от двигателя внутреннего сгорания, бензинового или солярочного.

Схема работы поршневого компрессора

Подписи к слайдам:

Устройство поршневого жидкостного насоса: 2 – клапаны 1 – поршень

Устройство и принцип действия поршневых насосов

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

Схема однопоршневого насоса одностороннего действия представлена на

рис. 3.1.

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

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

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

Основные понятия, применяющиеся в теории насосов

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

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

Напор насоса

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

Н = h_вс + h_н + h_wвс + h_wн. (7.9)

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

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

H = h_м +h_в + Δh + (w_н 2 – w_в 2 ) / (2g), (7.10)

где Н – напор насоса, м;

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

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

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

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

g – ускорение свободного падения, м/с 2 .

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

р = р_к – р_н + ρ (w_к 2 – w_н 2 ) / (2g) + ρ g (z_к – z_н), (7.11)

где р_к, р_н – давление на выходе и на входе в насос, Па;

ρ – плотность жидкой среды, кг/м 3 ;

w_к, w_н – скорость жидкой среды на выходе и на входе в насос, м/с;

g – ускорение свободного падения, м/с 2 ;

z_к, z_н – высота центра тяжести сечения выхода и входа в насос, м.

Напор насоса Н и давление насоса р связаны между собой зависимостью

Н = р / (ρ g), (7.12)

где ρ – плотность жидкой среды, кг/м 3 ;

g – ускорение свободного падения, м/с 2 .

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

Устройство и принцип действия поршневых насосов

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

Схема однопоршневого насоса одностороннего действия представлена на

рис. 3.1.

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

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

Основные понятия, применяющиеся в теории насосов

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

Напор насоса

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

Н = h_вс + h_н + h_wвс + h_wн. (7.9)

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

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

H = h_м +h_в + Δh + (w_н 2 – w_в 2 ) / (2g), (7.10)

где Н – напор насоса, м;

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

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

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

g – ускорение свободного падения, м/с 2 .

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

р = р_к – р_н + ρ (w_к 2 – w_н 2 ) / (2g) + ρ g (z_к – z_н), (7.11)

где р_к, р_н – давление на выходе и на входе в насос, Па;

ρ – плотность жидкой среды, кг/м 3 ;

w_к, w_н – скорость жидкой среды на выходе и на входе в насос, м/с;

g – ускорение свободного падения, м/с 2 ;

z_к, z_н – высота центра тяжести сечения выхода и входа в насос, м.

Напор насоса Н и давление насоса р связаны между собой зависимостью

Н = р / (ρ g), (7.12)

где ρ – плотность жидкой среды, кг/м 3 ;

g – ускорение свободного падения, м/с 2 .

Дата добавления: 2016-10-26 ; просмотров: 9838 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

g – ускорение свободного падения, м/с 2 .

Где используются подобные приспособления

Агрегаты обоих типов, как с поршнем, так и с плунжером, можно часто увидеть в любой сфере. Принцип их работы не подразумевает, что устройство будет иметь дело с очень объемными носителями. Несмотря на это, его полезные качества, например, прием жидкости в сухом цилиндре в ходе вытеснения вещества, пригодятся в химической промышленности.

Можно выделить возможность работы поршневых конструкций в агрессивных условиях, со смесями с повышенной взрывоопасностью и даже с топливом.

Но это далеко не все возможные варианты, ведь агрегат можно эксплуатировать и в быту для водоснабжения.

Среди основных преимуществ можно отметить то, что конструкция достаточно выносливая благодаря тому, что все детали, которые являются ее компонентами, сделаны из прочных материалов. Также, подобный агрегат есть возможность использовать с носителями, которые ставят высокую планку условия спуска. Специалисты говорят еще о плюсе «сухого всасывания», их можно увидеть не у каждого насоса. Если говорить о недостатках, связаны они лишь с небольшой производительностью. Конечно, дальше производители постараются расширить функциональные возможности и параметры агрегатов, но не все так просто. Такие манипуляции могут привести к тому, что условия эксплуатации тоже повысятся. Но даже несмотря на маленькие недостатки, насосы все равно способны продуктивно работать при небольших затратах.

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.

LenBogd › Блог › о гидравлических насосах

Гидравлические насосы отличаются простой конструкцией и отличными эксплуатационными характеристиками. В процессе работы устройства преобразуют механическую энергию вращения в гидравлическую. Принцип работы основан на системе “поршень-поршень”, когда двигатель насоса генерирует крутящий момент, образуется давление, которое приводит в действие поршень. Корпус всех гидронасосов содержит две изолированные камеры: нагнетающую и всасывающую. Во время работы между камерами движется жидкость. Такая замкнутая система отличается высокой производительностью, износоустойчивостью, ремонтопригодностью.

Сфера применения и основные параметры

Современные гидравлические насосы оснащаются насадками, значительно расширяющими функциональные возможности даже самых простых моделей. Устройства могут эксплуатироваться как самостоятельные агрегаты, так и включаться в состав сложных гидроприводов и узлов. Гидронасосы применяются во многих сегментах промышленности: нефтегазовой, лесоперерабатывающей, химической. Также оборудование является конструктивным элементов автокранов, грузовых и дорожных машин, электроподвижного состава. Некоторые модели используются в строительстве, машиностроении, ЖКХ.

Главные технические параметры гидронасосов :

1. Рабочий объем (см.куб/об).
2. Частота вращения (оборот./мин).
3. Допустимое рабочее давление (Мпа).
4. Объем рабочих камер (см.куб).
5. Допустимый уровень вязкости рабочей жидкости (Па•сек).
6. Размеры и масса.

При выборе гидронасоса большое значение имеет тип его конструкции, который подбирается, исходя из предполагаемых условий эксплуатации.

Гидравлические шестеренные насосы – это роторные гидромеханизмы, используемые в системах с давлением не более 20 МПа. Главным рабочим органом этих гидронасосов являются шестерни. Существует два вида устройств:

1. Насосы внешнего зацепления

Принцип работы гидронасосов внешнего зацепления следующий: шестерни вращаются и жидкость, которая попадает во впадины зубьев, движется от всасывающего к выходному патрубку. При этом зубья шестерен вытесняют больше жидкости, чем умещается в пространстве, образующемся зацепляющимися зубьями. Разность объемов выталкиваемой жидкости образует зону “запертого” объема, что приводит к нагнетанию гидростатического давления. Шестерни большинства насосов имеют классическую форму прямоугольного зубца, реже встречаются устройства с косыми или шевронными зубцами.

— простая конструкция и ремонтопригодность;
— частота вращения до 5 тыс. оборотов/мин.;
— доступная стоимость владения и обслуживания.

— невысокий КПД, в сравнении с другими типами насосов;
— возникновение пульсации.

2. Насосы внутреннего зацепления

Принцип работы шестеренного гидронасоса с внутренним зацеплением также основан на переносе жидкости в заглублениях шестерен. Отличительная особенность данного конструктивного решения — меньший уровень пульсаций и сниженный уровень шума. Насосы такой конструкции используются в закрытых помещениях.

— частота вращения до 4 тыс. оборотов/мин.;
— минимальный уровень шума, вибрации;
— демократичная стоимость и простое ТО.

— относительно невысокий КПД.

В гидронасосах пластинчатой конструкции в качестве выталкивателя рабочей жидкости используются пластины. Элементы расположены радиально и в процессе работы насосного оборудования производят возвратно-поступательные движения. Такой тип гидронасосов часто называют шиберными. Оборудование отличается низким уровнем шума и равномерностью подачи. Оптимальное рабочее давление для пластинчатых насосов — 20-22 Мпа. Некоторые модификации могут применяться при давлении до 30 МПа.

Основными рабочими частями пластинчатого насоса являются: кольцо, плоский распределитель с входными/выходными отверстиями, ротор и пластины. У гидронасосов однократного действия может меняться рабочий объем посредством изменения значения эксцентриситета. Устройства двойного действия имеют по две зоны всасывания и нагнетания.

Принцип работы гидравлического пластинчатого насоса: источник движения соединен с валом, приводимым в действие ротором, в котором располагаются рабочие пластины. При вращении ротора образуется центробежная сила, которая действует на пластины. Под действием силы пластины движутся по неподвижному кольцу, создавая принудительное уплотнение. Центр ротора смещен в плоскости от центра кольца, за счет чего объемы кольца циклично изменяются.

— бесшумная работа и отсутствие вибрации;
— возможность регулирования рабочего объема (в моделях однократного действия);
— низкие требования к чистоте жидкостей;
— длительный эксплуатационный ресурс;
— доступная стоимость.

— сложный ремонт, многие элементы при выходе из строя требуют полной замены узла.

В поршневых гидронасосах жидкость перекачивается при помощи возвратно-поступательных движений поршневых механизмов в камерах. Поршневые агрегаты повсеместно применяются в разных отраслях для обеспечения гидроэнергией двигателей и вспомогательных механизмов. Часто этот тип гидронасосов используется в качестве резервного источника гидравлической энергии. Устройства работают при давлении до 50 МПа.

Стандартные элементы поршневого насоса: плоский распределитель, поршни с подпятниками, цилиндрический блок, наклонный диск, прижимная шайба, оснащенная пружиной. Наклонный диск располагается под углом к ротору и поршню с подпятником.

Принцип работы поршневого гидронасоса: при вращении ротора осуществляется фиксация подпятником наклонного диска, который остается без движения. Поршень начинает возвратно-поступательные колебания, создавая положительный объем. В следующем цикле объем значительно уменьшается, создается давление. Для разделения входящих и выходящих потоков рабочей жидкости служит плоский разделитель.

Различают несколько конструктивных видов поршневых гидравлических насосов: аксиально-поршневой, с объемным регулированием и радиально-поршневой. Каждый тип имеет свои особенности, рабочие характеристики.

Насосы аксиально-поршневой конструкции являются самыми востребованными в промышленности. Особенность данного типа оборудования заключается в следующем: к ротору присоединен вал, который располагается со стороны наклонного диска (реже — с противоположной стороны). В центре наклонного диска находятся отверстия для вала. В таком насосе поршни движутся вокруг одной оси с рабочим валом. В качестве вытеснителя жидкости в некоторых моделях используются не поршни, а плунжеры.

Аксиально-поршневые агрегаты имеют оптимально весогабаритные характеристики относительно КПД. Насосы способны выдавать давление до 40 МПа и работать длительное время с высокими частотами вращения — до 4 тыс. оборотов/мин. Разработаны и успешно применяются гидронасосы этого типа с частотой вращения до 20 тыс. оборотов/мин.

— простота конструкции, ремонтопригодность;
— работа на высоком давлении;
— высокий КПД;
— оптимальное соотношение мощности и производительности.

— более высокая цена по сравнению с другими гидронасосами.

Разновидностью аксиально-поршневых гидронасосов являются регулируемые насосные агрегаты.

Аксиально-поршневой насос с объемным регулированием

Устройство применяется, когда требуется переменная подача. Регулировка производится посредством изменения частоты вращения ротора или рабочего объема. Первый вариант является экономически невыгодным, поэтому распространение получил второй вариант. В устройствах такого типа количество жидкости зависит от положения статорного кольца в пластинчатых агрегатах или наклонного диска — в поршневых.

Конструктивные элементы аксиально-поршневого насоса с изменяемой подачей: ротор, плоский распределитель, наклонный регулируемый диск, регулирующий поршень, прижимная шайба, рабочие поршни с подпятниками, регулятор объема, компенсатор, жиклер, сервоклапан, пружины.

Принцип работы аксиально-поршневого гидронасоса с объемным регулированием: стержень с резьбой ограничивает поворотный угол наклонного диска. При достижении крайнего положения ограничителя пружина двигает наклонный диск на максимально возможный угол. В это же время под действием движения ротора выполняется прижимание поршневых подпятников к поверхности диска. Возникают возвратно-поступательные движения поршневой группы, при этом первая половина поршней внутри ротора выдвигаются, создавая увеличенный объем. В результате этого жидкость заполняет рабочий объем через входное отверстие. Вторая половина поршней входят в ротор, создавая уменьшенный объем, а рабочая жидкость выходит через выходное отверстие.

При уменьшении угла поворота диска ход поршней будет сокращаться, и количество рабочей жидкости уменьшится. Наибольший объем достигается при повороте диска на максимально возможный угол.

— компактные размеры в сочетании с внушительной мощностью;
— минимальный момент инерции;
— простая регулировка направления, давления;
— частота вращения до 4 тыс. оборотов/мин.;
— оптимальное давление до -40 МПа;
— высокий КПД — до 97%.

— высокая стоимость в сравнении с нерегулируемыми гидронасосами;
— требуют точной настройки.

Оборудование этого типа имеет клапанное распределение. В процессе движения вала поршни выходят из цилиндров и наполняются жидкостью, поступающей через всасывающие клапаны. Гидронасосы радиально-поршневые редко применяются в качестве помпы. В основном они входят в состав гидравлических моторов и систем с давлением более 40 МПа. Устройства способны длительное время эксплуатироваться, выдавая рабочее давление 100 МПа. Большинство моделей радиально-поршневых гидронасосов относится к тихоходным. Частота вращения, как правило, составляет 1,2-2 тыс. оборотов/мин. Модификации с малым рабочим объемом могут развивать частоту до 3 тыс. оборотов/мин.

Радиально-поршневое насосное оборудование выпускается в двух вариациях: с эксцентричным ротором или валом. В первом случае рабочая поршневая группа располагается на роторе. При этом ось вращения неподвижного статора смещена для создания поступательных движений поршней. Распределение жидкости выполняется золотником.

— высочайшая надежность, редкие поломки;
— компактные размеры;
— большой диапазон рабочего давления.

— наличие пульсации;
— большой вес при малых габаритах.

Аксиально-поршневой насос с наклонным блоком

Конструкция аксиально-поршневого гидронасоса оснащенного наклонным блоком имеет несколько особенностей. В процессе работы совместно с валом вращаются цилиндры, а поршни движутся поступательно. Цилиндры прилегают к распределителю с двумя пазами. При движении поршня цилиндр перемещается над всасывающим пазом, при этом заполняясь жидкостью. При прохождении нижней точки, когда поршень максимально выдвинут, происходит соединение цилиндра со вторым пазом и жидкость выталкивается под давлением. В качестве распределителя применяется стандартный золотник.

Еще одна особенность данных гидронасосов — наличие дренажной линии. Она необходима для стабилизации растущего давления по причине утечки рабочей жидкости из цилиндра в процессе нагнетания. При нарушении дренажной линии корпус устройства через некоторое время разрушится.

Для нормальной работы гидронасоса с наклонным блоком необходима синхронизация вала с цилиндрами. Синхронизация может выполняться силовым или несиловым карданом, поршневыми шатунами или зубчатым сцеплением.

— эксплуатация на давлении до 60 МПа;
— высокий КПД;
— оптимальная мощность.

— необходимость синхронизации;
— сложность ТО.

Критерии выбора гидронасоса

При выборе гидравлического насоса необходимо учитывать условия работы гидросистемы. Подбирая насос и тип его конструкции важно обращать внимание на уровень давления, характеристики жидкости, КПД и пр.