Поршневые насосы. Классификация. Принцип действия. Поршневой насос жидкостный: устройство и принцип действия

Устройство, рабочий процесс, классификация поршневых насосов

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).

Читайте также:  Как отличить стеклянный диод от стабилитрона

Устройство аксиально-поршневого насоса

Устройство аксиально-поршневого насоса

Поршневые насосы
Принцип работы плунжерного насоса

Принцип работы

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

Принцип работы одностороннего поршневого насоса

Принцип работы одностороннего поршневого насоса

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

Поршневые насосы различаются по числу действий

Поршневые насосы различаются по числу действий

Поршневые насосы по роду действия

1) насосы простого действия;

2) насосы двойного действия.

У насосов двойного действия по обе стороны от цилиндра имеются рабочие камеры 1 и 2, в каждой из них есть нагнетательные 3 и 4 и всасывающие 5 и 6 клапаны. Поэтому как при ходе поршня 10, приводимого в движение штоком 12, в цилиндре 11 влево, так и вправо, идет одновременно всасывание и нагнетание. Например, при ходе поршня вправо в камере 1 открыт всасывающий клапан 5 и идет засасывание жидкости, а в камере 2 открыт нагнетательный клапан 4, жидкость подается в напорный трубопровод. Таким образом, за один рабочий ход поршня (движение вправо и влево) нагнетается почти удвоенный объем жидкости по сравнению с насосами простого действия, Воздушные колпаки 7 на всасывании и 8 на нагнетании, соединенные трубкой 9, служат для уменьшения пульсации перекачиваемой жидкости;

3) строенные насосы. Они состоят из трех цилиндров простого действия, поршни которых насажены на общий коленчатый вал, причем кривошипы расположены под углом 120° друг к другу. Таким образом, за каждую треть оборота вала засасывается и выдается одна порция воды, чем достигается более равномерная работа;

4) сдвоенные насосы двойного действия.

Читайте также:  Чернение латуни.

Насос состоит из двух насосов двойного действия, имеющих общие всасывающий и нагнетательный патрубки;

5) дифференциальные насосы.

В дифференциальном насосе подача жидкости осуществляется более равномерно, в два приема; за ход поршня 2 влево часть жидкости поступает в правую полость цилиндра 1, а за ход поршня вправо она подается в трубопровод при наличии всего двух клапанов 4 — всасывающий и 5 — нагнетательный, вместо четырех. На рис. показаны: 8 — воздушный колпак на всасывании, 6 — воздушный колпак на нагнеганни, 7 — напорный патрубок, 8 — шток. Размеры дифференциального насоса почти такие же, как и простого. Шток 8 дифференциального насоса делают с площадью сечения, равной половине площади поршня; тогда за каждый ход подаются равные объемы.

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.

Насосы двухстороннего действия

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

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

Принцип действия двухстороннего поршневого насоса

Принцип действия двухстороннего поршневого насоса

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

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

Преимущества и недостатки

Поршневой жидкостный насос характеризуется достаточно большим количеством достоинств и недостатков. К плюсам можно отнести:

  1. Простота конструкции. Как ранее было отмечено, подобные поршневые насосы были изготовлены еще несколько десятилетий назад и конструктивно они изменились несущественно.
  2. Высокая надежность, которую можно связать с простотой механизма и применением высококачественных материалов. Износостойкие материалы могут выдерживать длительное механическое воздействие.
  3. Возможность работы с различными носителями. Широкая область применения определена тем, что применяемые материалы не реагируют на воздействие различных химических веществ.

Есть и несколько серьезных недостатков. Примером можно назвать невысокую производительность. Подобные модели в меньшей степени подходят для перекачивания большого количества жидкости. Кроме этого, конструкция не подходит для продолжительной работы, так как активные элементы быстро изнашиваются и теряют свои эксплуатационные характеристики.

Устройство, рабочий процесс, классификация поршневых насосов

К поршневым насосам относят возвратно-поступательные насосы, у которых рабочие органы выполнены в виде поршней. Весьма рас­пространенной разновидностью поршневых насосов являются насосы плунжерного типа, применяемые, например, в качестве топливных насосов высокого давления в двигателях внутреннего сгорания.

Поршневые насосы классифицируют:

— по числу поршней: одно-, двух-, трех- имногопоршневые;

— по организации процессов всасывания и нагнетания: одно-, двухстороннего и дифференциального действия;

— по кинематике приводного механизма: вальные насосы с кри-вошипно-шатунным механизмом, кулачковые и прямодействующие;

Читайте также:  Споттер своими руками

— по другим признакам — быстроходности, подаче и т. д.

Наиболее простым является поршневой насос одностороннего дей­ствия с кривошипно-шатунным механизмом (рис. 11.1).В нем для вытеснения жидкости используется движение’ поршня лишь в одну сторону. При движении поршня вправо объем замкнутой части ци­линдра возрастает, что приводит к возникновению в ней вакуума, под действием которого открывается всасывающий клапан 3

и жид­кость заполняет цилиндр /, следуя за поршнем
2.
При обратном ходе поршня (справа налево) объем замкнутой части цилиндра уменьшается, давление при этом резко возрастает, вследствие чего открывается на­гнетательный клапан
4
и жидкость, вытесняемая поршнем, поступает в напорный трубопровод.

Насос двухстороннего действия (рис. 11.2)лишен наиболее суще­ственного недостатка насоса одностороннего действия — прекращение подачи в период всасывания. Вытеснение жидкости происходит при движении поршня в обе стороны. При движении поршня вправо проис­ходит всасывание жидкости в левую рабочую камеру и нагнетание из правой рабочей камеры. При движении поршня влево процессы в камерах насоса меняются на обратные.

Поршневой насос диф­ференциального дейст­вия (рис. 11.3) конструк­тивно отличается от опи­санного выше насоса двухстороннего действия тем, что всасывающий трубопровод подводится только к левой камере цилиндра насоса, а на выходе из правой каме­ры отсутствует нагнета­тельный клапан. Про­цесс всасывания проис­ходит так же, как и в

насеке одностороннего действия, а процесс вытеснения характерен тем, что жидкость поступает одновременно в нагнетательный трубо­провод и в правую рабочую камеру. Всасывание жидкости в левую камеру сопровождается вытеснением жидкости из правой камеры. Таким образом, подача осуществляется за двойной ход поршня, а всасывание — за один его код.

41.2. Подача поршневых насосов. Графики подачиидеальная подача насоса определяется по его рабочему объему и частоте вращения:

Если п

— частота вращения в минуту, то секундная идеальная по­дача

Действительная подача меньше идеальной вследствие утечек жид­кости в сопряжениях деталей и уплотнениях насоса, некоторого запаздывания открытия и закрытия клапанов, выделения воздуха из жидкости под действием вакуума:

где

объемный КПД.

Рабочий объем v

0 определяется следующим образом; ­­для насоса одностороннего действия (рис.
11.1);
где S— площадь поперечного сечения поршня, h

==
2г— ходпоршня (г-радиус кривошипа);

где Sш
— площадь сечения штока;

— для насоса двухстороннего действия (рис. 11.2):

— для насоса дифференциального действия (рис. 11.3):

Зависимость перемещения поршня х от угла поворота кривошипа (рис 11.11 поиближенно описывается выражением

Скорость перемещения поршня

где — угловая скорость кривошипа; ускорение поршня, а, следо­вательно, и жидкости, следующей за ним

Текущее значение идеальной подачи

Формула (11.8) показывает, что мгновенная подача насоса является величиной переменной: она изменяется по синусоидальному закону. На рис. 11.4 приведены для примера графики подачи поршневых на­сосов: а) одностороннего действия; б) двухстороннего действия; в) трехпоршневого одностороннего действия со смещением фаз рабочих цик­лов на 120°.

Из приведенных графиков видно, что наименьшей неравномерно­стью подачи обладают трехпоршневые насосы одностороннего дейст­вия, наибольшей — однопоршневые насосы одностороннего действия.

Неравномерность подачи насоса оценивается коэффициентом не­равномерности

Если пренебречь площадью сечения штока Sш, которая значительно меньше площади поперечного сечения поршня S, то после подста­новки значений Qmax, Qmin и Qи в формулу (11.9) и преобразований по­лучим = 0,5 = 1,57.

Читайте также:  Сварочный инвертор не регулируется ток причины

Аналогично можно показать, что для трехпоршневого насоса од­ностороннего где Qmax и Qmin — соответственно максимальная и минимальная мгновенные подачи насоса.

Для однопоршневого насоса одностороннего действия Qmjn = 0,

Qmax = r S sin 90° = r S (рис. 11.4, а), а идеальная подача

Подставляя значения Qmax,Qmin и Qи в формулу (11.9)и принимая во внимание то,что угловая скорость =,после преобразовании получаем = = 3,14.

Для насоса двухсторон­него действия Qmax = r sin 90° = r S, Qmin = 0 (рис. 11.4, б), а идеальная подача

од­ностороннего действия со смещением фаз рабочих циклов на 120° коэффициент неравномерности подачи = 1,05.

ПРИМЕРЫ

11.1. Поршневой насос двухстороннего действия (рис. 11.2)» диа­метром цилиндра D = 280 мм, ходом поршня h = 200 мм и диаметром штока dш = 120 мм заполняет бак вместимостью V = 1,6 м3 за 1,5 мин. Определить объемный КПД насоса, если частота вращения кривошипа n = 50 мин-1.

Решение. Рабочий объем насоса

Идеальная подача насоса

Подача насоса

Объемный КПД насоса

11.2. Поршневой насос двухстороннего действия (рис. 11.2) подает воду с расходом Q =. 10 л/с на высоту Hr= 40 м по трубопроводу длиной l= 80 м и диаметром d = 100 мм. Определить диаметры цилиндра и штока D и dш, ход поршня h и мощность насоса, если ча­стота вращения кривошипа n = 100 мин-1, объемный КПД насоса = 0,9, полный КПД = 0,8. Заданы отношения h/D = 1,5и dш/D> = 0,20, коэффициент потерь на трение = 0,03, суммарный коэф­фициент местных сопротивлений = 25.

Решение. Диаметр цилиндра D находим по формуле (11.1), в ко­торую необходимо подставить значение рабочего объема из формулы (11.3), а также учесть заданные отношения h/D и dш/D:

Определяем ход поршня и диаметр штока

Определяем скорость течения и потери напора в трубопроводе насосной установки:

Потребный напор насоса

Мощность насоса

11.3. Поршневой насос дифференциального действия (рис. 11.3)’ имеет диаметр поршня D =

250 мм, ход поршня
h =
300 мм, объемный КПД 0 = 0,9. Определить подачу насоса при частоте вращения
п
= 60 мин-1, а также диаметр его штока из условия равенства по­дачи при прямом и обратном ходе поршня.

Решение.Подачу насоса определяем по формуле (11.1) с учетом формулы (11.4):

Подача насоса при прямом и обратном ходе поршня будет одина­ковой, если сечение штока в два раза меньше площади сечения поршня:

11.4. Трехпоршневой насос одностороннего действия развивает давление р

= 0,64 МПа и подачу
Q
= 10 л/с. Определить частоту вращения вала насоса и его мощность, если диаметр поршня
D
= = 150 мм,:радиус кривошипа r = 60 мм, объемный КПД насоса 0
=
0,94, полный КПД = 0,80.

Решение.Рабочий объем насоса

Частоту вращения вала насоса находим из (ll.l)

Полезная мощность насоса

Сферы применения

Область применения жидкостных насосов поршневого типа достаточно широка, что объясняется их высокой универсальностью. Между тем конструкция таких машин не позволяет использовать их в тех случаях, когда перекачивать необходимо значительные объемы воды или другой жидкости. Одним из основных достоинств этих гидравлических машин является то, что их поршни, вытесняя жидкость через нагнетательную магистраль, одновременно всасывают ее новую порцию через подающий канал, что в условиях сухого цилиндра очень важно. Этим качеством и предопределяется назначение поршневых жидкостных насосов как наиболее эффективных устройств, используемых на предприятиях химической промышленности.

Гидравлический поршневой насос для автокрана

Гидравлический поршневой насос для автокрана

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

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



Вал и подшипники

Какой бы вид колеса не применялся, он закреплен на вращающемся валу. Вал должен быть закреплен в корпусе подшипниками одним из 2 способов:

  1. Консольно
  2. Симметрично

Консольное закрепление

При консольном укреплении вала, рабочее колесо закреплено на одном конце, а подшипники на другом.

Такая конструкция располагает всасывающее и напорное отверстие перпендикулярно друг другу, а всасывающее отверстие – прямо перед центром колеса.

Такие насосы называются насосы с торцевым всасыванием. Они широко распространены из-за своей дешевизны и простоты производства, но они имеют один недостаток, связанный с путём движения жидкости.

Читайте также:  Медная руда — добыча меди, рафинирование, месторождения

Во время работы насоса, создается зона с низким давлением во всасывающем отверстии.

Есть зона повышенного давления на выходе из колеса, из которого жидкость, получившая энергию, попадает в спиральный кожух.

Жидкость течет к задней пластине в открытых и полуоткрытых колесах, что полностью разрушает баланс давлений. В результате возникает осевая сила или нагрузка – выталкивающая колесо к всасывающему отверстию.

Это можно компенсировать, устанавливая сильные подшипники или просверлив дырки в пластине колеса для выравнивания давлений. Но это не эффективные способы.

Симметричное крепление

Более действенное решение – расположение вала на подшипниках с двух сторон. Это называется симметричной конструкцией.

Поддержку вала улучшает не только расположения подшипников с двух сторон, но и возможность использовать симметрические закрытые колеса с двойным всасыванием.

Поскольку есть такие же зоны с высоким и низким давлением на обеих сторонах колеса, это успешно устраняет нагрузочные силы, благодаря балансу давлений. Так же эта конструкция имеет иное преимущество. Всасывающее и напорное отверстия расположены параллельно друг другу на противоположных сторонах насоса, и корпус разделён по оси.









Просто открутив болты и сняв крышку, обслуживающий техник может добраться до вращающейся части насоса внутри него без извлечения всего насоса из системы.

Благодаря раздельной осевой конструкции, насосы в симметричном расположении подшипников называют насосами с разборным корпусом.

Всё это, конечно же, очень весомые причины для того чтобы установить в своей шахте такой насос прямо сейчас. Но есть некоторые недостатки. Потому что обслуживающие операции и требования к уплотнению более сложные для насосов с разборным корпусом, чем для насосов с торцевым всасыванием. Они так же более дорогие.

Корпус

Он сделан в форме спирали с уменьшающимся радиусом, похожим на раковину улитки. Полость этого корпуса не остается одной и той же везде. Площадь проходного сечения увеличивается при приближении к напорному патрубку.

Там, где заканчивается спиральный корпус и начинается напорный патрубок, есть выступающий клин, называемый водорезом.

Он физически разделяет спиральный корпус и напорный патрубок и гарантирует, что жидкость будет покидать насос, а не просто крутиться по кругу в спиральном корпусе.

Расширяющаяся часть спирального корпуса очень важна, т. к. с помощью неё насос создает давление.

Поршневой жидкостной насос

Для перекачивания жидкостей не протяжении многих лет применяется поршневой насос Подобная конструкция получила весьма широкое распространение, так как работает на принципе вытеснения жидкости за счет передачи давления.

Принцип действия поршневого насоса современных реализаций намного сложнее в сравнении с первыми моделями, за счет чего существенно повышается надежность и эффективность. Рассмотрим особенности подобного механизма подробнее.

Поршневой насос

Принцип работы

Рассматривая принцип работы поршневого насоса следует учитывать, что первая конструкция появилась много десятилетий назад. Схема работы имеет следующие особенности:

  1. Механизм имеет подвижный элемент, который совершает возвратно-поступательное движение. Он изготавливается при применении современных материалов, за счет которых существенно повышаются изоляционные качества.
  2. Подвижный элемент находится в изоляционном контейнере цилиндрической формы. При движении поршень создает разряженный воздух в рабочей камере, за счет чего происходит всасывание жидкости из трубопровода.
  3. Обратное движение подвижного элемента приводит к выдавливанию жидкости в отводящую магистраль. Устройство клапанов не позволяет попасть жидкости во всасывающую магистраль на момент ее выталкивания.

Принцип действия поршневого насоса

Простейший принцип работы определяет длительную и стабильную работу. Стоит учитывать, что поток, создаваемым подобным устройством, может двигаться с различной скоростью. Слишком большой объем рабочей камеры приводит к тому, что поток будет передвигаться скачками. Для того чтобы исключить появление подобного эффекта проводится установка устройства с несколькими поршнями.

Устройство

Плунжерный насос обладает относительно простой конструкцией. Среди особенностей отметим нижеприведенные моменты:

Читайте также:  ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА И СТАЛИ

  1. Рабочая камера. Она представлена герметичным корпусом, который во внутренней части имеет зеркальную поверхность. За счет этого существенно упрощается ход подвижного элемента. Рабочая камера является частью цилиндра, которая определяется максимальным ходом штока. Поверхность цилиндра изготавливается при применении материала, который характеризуется высокой устойчивостью к воздействию жидкости.
  2. Для отвода и подвода жидкости предназначены напорная и всасывающая трубка. Они могут иметь различный диаметр. Кроме этого, подобный конструктивный элемент может иметь систему клапанов, которые существенно повышают эффективность механизма.
  3. Поршень создает давление в системе. Устройство поршневого насоса имеет поршень, за счет которого проводится перекачивание жидкости. Он изготавливается при применении нескольких уплотнительных материалов. За счет этого поршень может ходить по цилиндру и при этом создавать вакуум. Именно на поверхность поршня оказывается серьезное давление. Некоторые варианты исполнения разборные, за счет чего можно провести ремонт. К примеру, при длительной эксплуатации изнашиваются уплотнители, которые можно заменить при необходимости для существенного продления срока службы механизма. Однако, встречаются и неразборные варианты исполнения, ремонт которых возможен только в специальных мастерских.
  4. Поршню передается усилие через шток. При изготовлении этого элемента применяется качественная сталь с повышенной жесткостью и прочностью. Кроме этого, применяемые материалы характеризуются высокой коррозионной стойкостью, за счет чего существенно продлевается эксплуатационный срок конструкции. Этот элемент связан с приводом, через который передается усилие. При слишком высокой нагрузке шток может существенно деформироваться.

Устройство насоса

Возвратно-поступательное движение передается от электрического двигателя через специальный механизм, который преобразует вращение. Современные варианты исполнения компактные, они могут устанавливаться для работы под открытом небом или в помещении. Кроме этого, при изготовлении корпуса применяется металл, обладающий высокой защитой от воздействия окружающей среды.

Устройство двусторонней модели имеет довольно большое количество особенностей:

  1. Есть цилиндр и поршень, а также шток. Эти элементы немного отличаются в сравнении с теми, которые применяются при создании одностороннего механизма.
  2. В отличии от предыдущего варианта исполнения, у рассматриваемого две рабочей камеры.
  3. Две рабочие камеры имеют собственные нагнетающие и всасывающие клапана.

Несмотря на существенное увеличение эффективности работы поршневого насоса, его конструкция довольно проста. В этом случае каждый ход предусматривает всасывание и выталкивание жидкости. Это существенно повышает значение КПД.

Разновидности

В продаже встречаются самые различные варианты исполнения поршневых насосов. Классификация проводится по следующим признакам:

  1. Количеству поршней, которые создают давление в системе.
  2. Количеству циклов нагнетания и всасывания за один ход.

В продаже встречается поршневой насос двойного действия, а также вариант исполнения с одним и тремя, несколькими поршнями. Как ранее было отмечено, за счет увеличения количества подвижных элементов исключается вероятность пульсирующего движения потока. Что касается количества циклов, то выделяют модели одностороннего и двустороннего действия, а также дифференциальные модели.

Двусторонний поршневой насосУстройство поршневого насоса двустороннего действия

Классификация может проводится также по следующим критериям:

  1. Мощности.
  2. Пропускной способности или производительности.
  3. Размерам конструкции.
  4. Особенностям компоновки.

Производством поршневых насосов занимаются самые различные компании. Качество может зависеть от типа применяемых материалов, популярности бренда и предназначения конкретной модели.

Сферы применения

Жидкостный насос может применяться для решения самых различных задач. Создаваемая конструкция характеризуется высокой универсальностью. Однако, наличие подвижного элемента и применение уплотнительных колец при создании поршня определяет отсутствие возможности использования поршневого насоса для перекачивания большого объема жидкостей.

Применение поршневого насоса в садоводствеПрименение насоса для перекачки воды

Рассматривая область применения отметим нижеприведенные моменты:

  1. Применяемые материалы при изготовлении могут выдерживать воздействие различных химических веществ. Именно поэтому поршневые насосы применяются для работы с различными видами топлива, взрывоопасными смесями и химически агрессивными средами.
  2. В продаже встречается довольно большое количество моделей, которые можно использовать для работы в домашних условиях.
  3. В пищевой промышленности конструкция также применяется крайне часто. Это связано с деликатным воздействием на перекачиваемую среду.

Поршневой насос в нефтедобывающей промышленности

При изготовлении конструкции могут применяться самые различные материалы, которые и определяют область применения.

Преимущества и недостатки

Поршневой жидкостный насос характеризуется достаточно большим количеством достоинств и недостатков. К плюсам можно отнести:

  1. Простота конструкции. Как ранее было отмечено, подобные поршневые насосы были изготовлены еще несколько десятилетий назад и конструктивно они изменились несущественно.
  2. Высокая надежность, которую можно связать с простотой механизма и применением высококачественных материалов. Износостойкие материалы могут выдерживать длительное механическое воздействие.
  3. Возможность работы с различными носителями. Широкая область применения определена тем, что применяемые материалы не реагируют на воздействие различных химических веществ.

Есть и несколько серьезных недостатков. Примером можно назвать невысокую производительность. Подобные модели в меньшей степени подходят для перекачивания большого количества жидкости. Кроме этого, конструкция не подходит для продолжительной работы, так как активные элементы быстро изнашиваются и теряют свои эксплуатационные характеристики.

Нюансы конструкции

Любой описываемый насос является достаточно объемным аппаратом. Неважно, импортная модель или отечественная. Рабочие детали двигаются возвратно-поступательным путем.

Алгоритм работы деталей движения:

  1. Во внутреннем строении камеры находятся всасывающий и напорный клапаны. Также располагается цилиндр, который задействует плунжер.
  2. Перемещение последнего при работе происходит аксильно.
  3. Внутренняя камера подсоединяется к заборному и выходному трубопроводу.
  4. Рабочий процесс заключается в полном повороте кривошипа. Этого периода хватает для захвата плунжером порции воды из всасывающего трубопровода и направления жидкости в напорную трубу.

Количество жидкости, которую может прокачать насос, зависит от размера плунжера и его хода. Есть приборы высокого давления, которые используют принцип двустороннего действия. При работе они задействуют сразу две части цилиндра. Полуоборота коленвала хватает для забора и опрыскивания жидкости одновременно с движением плунжера в одну сторону. А при полном обороте коленвала происходит сразу два процесса, но в разных направлениях.

Двусторонняя конструкция подразумевает двукратное увеличение подачи воды, что отличает эту модель от односторонней. Кроме того, работа двустороннего агрегата обеспечивает равномерный поток.

Читайте также:  Термошайба для поликарбоната — правильный монтаж конструкции

Прибор с высокой шкалой давления обойдется достаточно дорого. Высокая стоимость обусловлена точностью изготовления деталей. При подгонке деталей зазоры составляют несколько микрон. На поверхности штока должна быть обеспечена минимальная шероховатость. Для твердости покрытия шток закаляется в печах ТВЧ. Центральная часть более мягкая и обеспечивает изделию пластичность.

Поршневой насос: аксиальный, ручной, для воды

Поршневой насос для воды используется для выкачки жидкости из скважин и колодцев, глубина которых не превышает 10 м. Такое устройство значительно превосходит центробежные модели в плане требуемых затрат электроэнергии и по своей продуктивности.

Кроме того, на небольших дачных участках, где источники воды находятся сильно далеко от электросети, выгоднее использовать ручные поршневые насосы.

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.

Поршневой насос жидкостный: устройство и принцип действия
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.

Принцип работы поршневых насосов (видео)

Цикл работы

В поршне имеется клапан обратного типа. Он впускает воду, но препятствует ее выходу назад. Точно такой же клапан располагается внутри впускной трубки в нижней крышке цилиндра. При подъеме штока вверх, он тянет за собой поршень.

При этом в подпоршневом пространстве образуется область разряженного давления, в которую всасывается вода через нижний клапан. Дальше поршень начинает движение вниз, создавая давление на нижний клапан.

Он закрывается, и вода проталкивается через верхний клапан в пространство над поршнем.

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.

Жидкостный поршневой насос высокого давления, в отличии от глубинных приборов, устанавливается над входом в скважину или колодец. А всасывание происходит через длинный шланг. При этом шток фиксируется на гидродвигатель, если модель представляет собой электронасос, или на металлическое коромысло, если приобретался ручной насос для воды.

В качестве клапанов устройства обычно используется либо шарик, либо мембрана в насосе мембранно поршневого типа. В первом случае, в качестве закрылки конического отверстия используется шарик из стекла, жесткого пластика или эбонита. Особенность мембранного типа заключается в том, что в качестве закрылки используется резиновая пластина, фиксированная с одной стороны.

Поршневой насос жидкостный: устройство и принцип действия
Кулачковый роторно-поршневый насос

Максимальная глубина, с которой забирает воду поршневой насос с такой конструкцией, не превышает 8 метров. Если зеркало воды относительно расположения устройства находится ниже, атмосферное давление будет препятствовать закачке.

Существуют модели и для глубоких водоемов, но конструкция у них отличается. Дюралюминиевый шток у них входит не через фланец, а через выпускную трубку на верхней крышке. Такое устройство усиливает давление в цилиндре и поднимает воду с глубины до 30 метров.

Прибор работает при погружении в толщу воды на 1,5 м.

Классификация поршневых насосов

Распределение агрегатов по видам проводится, исходя из конструкции и принципа действия механизма. Первым признаком, по которому разделяется поршневое насосное оборудование это тип привода. В этом плане выделяются механические и ручные варианты.

В ручном насосе поршневом в качестве привода используется коромысло, соединенное со штоком одной стороной.

В механических моделях также идет распределение. Приводом здесь используется электродвигатель. А вот передача крутящего момента проводится либо напрямую на шток, либо с помощью кривошипно-шатунного механизма. Сам мотор располагается отдельно от устройства в местах, недоступных для влаги.

Относительно типа поршня, выделяют три типа устройств:

  1. Жидкостный поршневой тип. В таких устройствах, стандартный плоский поршень с клапаном выступает как рабочий орган.
  2. Плунжерный тип. Механический гидронасос, в котором используется плунжер (поршень цилиндрической формы).
  3. Диафрагменный тип. На такие аппараты поверх стандартного поршня устанавливается прокладка, изолирующая его от перекачиваемой жидкости. Конструкцию этого типа используют грязевые насосы и буровые поршневые агрегаты. Корпус при этом обильно смазывается маслом или эмульсией.

Поршневой насос жидкостный: устройство и принцип действия
Радиально-поршневой насос – принцип действия

По принципу действия поршневые установки разделяют на:

  1. Одинарные. Представляют собой стандартный цикл работы и подают воду рывками.
  2. Устройства с двойным действием. В этом случае используются две рабочие камерами. При этом за один оборот идет сразу два цикла нагнетания жидкости. Обеспечивает равномерную подачу.
  3. В дифференциальных агрегатах имеются две камеры. Причем оба клапана (рабочий и впускной) располагаются в одной камере.

В зависимости от назначения устройства и необходимого объема подачи, на насосы поршневого типа устанавливается один, два или несколько поршней. Существуют модели с разным количеством цилиндров.

В таком случае для привода используется кривошипно-шатунный механизм.

Поршни в зависимости от размеров могут быть малыми (диаметр до 50 мм), средними (от 50 до 150 мм) и большими (диаметр превышает 150 мм).

Тип и структура насосных установок также разнятся в зависимости от жидкости, с которой работает устройство.

В этом плане выделяются:

  1. Насосы для холодной воды. Стандартные механизмы, предназначенные для выкачки воды из скважин и колодцев. Температура жидкости не должна превышать 45 градусов.
  2. Модели для выкачки горячей воды. Используются для жидкости с температурой свыше 45 градусов. Отличаются сплавами, не подверженными термическому воздействию.
  3. Кислотные агрегаты поршневого типа предназначены для работы с агрессивными химическими веществами. Механизмы устройства сделаны из высокопрочных материалов, не вступающих в реакцию с кислотами.
  4. Насосы буровые. Используются для бурения нефтяных скважин и каналов в глинистой почве. В этом случае поршневым насосом бурового типа выкачивается глина и грязь во время бурения. Используются как комплектующее буровой установки.

Кроме обычных поршневых установок, часто встречаются комбинированные типы. На них стандартный поршневой принцип работы сосуществует с другими типами. В результате они друг друга дополняют. Примером такой комбинации являются поршневые роторные насосы.

Поршневой насос жидкостный: устройство и принцип действия
Аксиально-поршневой насос

В роторно поршневом насосе кроме поступательного движения поршня используется вращательное движение ротора. В результате создается стабильный и равномерный поток жидкости. При этом мощность устройства не мало увеличивается. Идентичный принцип работы у насосов аксиально поршневых регулируемых и гидромоторов.

Некоторые виды аксиально поршневых насосов и гидромоторов используются на габаритной сельскохозяйственной технике и другом оборудовании. Они призваны регулировать гидравлический привод машин.

Разновидности

В продаже встречаются самые различные варианты исполнения поршневых насосов. Классификация проводится по следующим признакам:

  1. Количеству поршней, которые создают давление в системе.
  2. Количеству циклов нагнетания и всасывания за один ход.

В продаже встречается поршневой насос двойного действия, а также вариант исполнения с одним и тремя, несколькими поршнями. Как ранее было отмечено, за счет увеличения количества подвижных элементов исключается вероятность пульсирующего движения потока. Что касается количества циклов, то выделяют модели одностороннего и двустороннего действия, а также дифференциальные модели.


Двусторонний поршневой насос


Устройство поршневого насоса двустороннего действия

Классификация может проводится также по следующим критериям:

  1. Мощности.
  2. Пропускной способности или производительности.
  3. Размерам конструкции.
  4. Особенностям компоновки.

Производством поршневых насосов занимаются самые различные компании. Качество может зависеть от типа применяемых материалов, популярности бренда и предназначения конкретной модели.

Источники

  • https://dosaafvlg-kotovo.ru/stanki-drugoe/klassifikaciya-porshnevyh-nasosov.html
  • https://mirmarine.net/svm/sudovye-nasosy/82-porshnevye-nasosy-printsip-dejstviya-i-klassifikatsiya
  • https://SpecTorg.su/avtobrendy/princip-raboty-porshnevogo-nasosa.html
  • https://sgpo56.ru/alyuminij-i-med/porshnevoj-nasos.html
  • https://armatool.ru/porsnevoj-nasos-princip-raboty-ustrojstvo-dejstvie/
  • https://instanko.ru/osnastka/porshen-nasosa.html
  • https://stankidarom.ru/obrabotka-metalla/porshnevoj-nasos-zhidkostnyj-ustrojstvo-i-printsip-dejstviya.html
  • https://pressadv.ru/metally-svarka/porshnevoj-zhidkostnyj-nasos.html

[свернуть]

Related Posts