Поршневой насос: принцип работы, устройство, действие

Плунжерный насос: принцип работы, типы и применение

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

Особенности конструкции и принцип действия

Фирменный плунжерный насос

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

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

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

Разновидности плунжерных насосов и их характеристика

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

Конструкция плунжерного насоса чертеж

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

Теперь по порядку рассмотрим принцип конструкции перечисленных разновидностей.

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

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

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

Промышленный плунжерный насос

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

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

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

При обнаружении в насосе неполадок, обязательно прекратите его использование.

Сфера использования плунжерных насосов и их назначение

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

Радиально поршневой насос

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

Радиально поршневой насос часто называют радиально-плунжерным.

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

Устройство

Можно выделить два вида конструкции, таких гидравлических систем:

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

Устройство с эксцентричным ротором

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

Устройство с эксцентричным валом

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

Принцип работы

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

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

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

Вычисление производительности

Q – производительность насоса;

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

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

a – число плунжеров в блоке;

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

Достоинства и недостатки радиально поршневых насосов

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

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

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 поршневого насоса

Кратко о поршневом насосе

Поршневой насос прочен, как и большинство простых устройств. Он состоит из камеры, поршня и пары управляющих устройств. Такие насосы работают за счет потока среды вниз в камеру, тем самым уменьшая количество среды внутри ручного насоса.

Когда давление воздуха превышает давление пружины открывающего клапана, восстановленная среда может подаваться через открытый выходной клапан. Когда поршень оттягивается назад, он освобождает впускной клапан и закрывает выпускной клапан — таким образом происходит всасывание дополнительной среды для сжатия.

Вращающийся компонент может быть соединен с валом от его центра, а этот вал — с поршнем. Когда вращающийся компонент приходит в движение, он опускает вал вместе с поршнем вниз, чтобы оттянуть его назад.

Поршневой насос — одна из наших самых мощных насосных технологий. Его также можно использовать для обработки вязких и высоковязких материалов.

Устройство поршневого насоса

Как показано на приведенном выше рисунке, поршневой насос состоит из различных частей:

Клапан — это часть насоса, служащая для входа компонента. Это может быть жидкость или газ высокого давления и т.д.
Пластина порта — она действует как разделяющая среда между входным портом и выходом. Сжатый газ или жидкость выводятся через эту среду.Нагнетание формирует выход насоса.
Вращающийся цилиндр — это динамическая часть насоса, в которой поршни вставляются в свои специальные пазы. Когда ствол вращается, вместе с ним вращаются поршни и вытесняют жидкость или сжатый газ.
Поршень — это самая важная часть насоса. Они являются связующим звеном между невращающейся перекосной пластиной и стволом. Поршни действительно имеют пружинную систему, так что они изменяют свой размер при вращении ствола.
Невращающаяся перекосная пластина — это граница внешней системы и поршней. Поршни изменяют свою форму, сжимаются, когда они опускаются под действием силы перекоса. Перекосная пластина представляет собой невращающуюся деталь. Он крепится к валу.
Вал. Вал соединен с вращающимся цилиндром и перекосной пластиной. На валу размещен полный узел.

Работа поршневого жидкостного насоса аналогична работе погружных насосов, потому что они работают с помощью насосного механизма, заставляющего увеличивать объем жидкости. Эти насосы могут использовать энергию от источников питания.

Они включают в себя более одного поршня с набором управляющих устройств. В состав двухшпиндельного насоса входят два поршня, а также два управляющих устройства. Аналогично, триплексный насос включает в себя три поршня, а также три управляющих устройства

Очень важно проверить управляющие устройства с обеих сторон, чтобы убедиться, что направление потока жидкости присутствует с обеих сторон

Эти насосы являются насосами одинарного или двойного действия. Насосы двойного действия включают в себя два набора управляющих устройств и жидкости на обоих концах. Это позволяет насосу завершить цикл перекачки, перемещая содержимое из одного направления в другое. Когда поршень движется в одном направлении, содержимое будет выпускаться с другой стороны. Для завершения цикла этому насосу требуются версии с одиночным действием для потока в обоих направлениях.

Как происходит дозирование топлива. Электромагнитный клапан высокого давления

Электромагнитный клапан (клапан установки момента начала впрыска) состоит из таких элементов:

седло клапана;
направление закрытия клапана;
игла клапана;
якорь электромагнита;
катушка;
электромагнит;

За цикловую подачу и дозирование топлива отвечает указанный электромагнитный клапан. Указанный клапан высокого давления встроен в контур высокого давления ТНВД. В самом начале впрыска на катушку электромагнита (5) подается напряжение по сигналу блока управления. Якорь (4) осуществляет перемещение иглы (3) путем прижима последней к седлу (1).

Когда игла плотно прижата к седлу, тогда топливо не поступает. Давление топлива в контуре по этой причине быстро растет. Это позволяет открыть соответствующую форсунку. Когда нужное количество топлива оказалось в камере сгорания двигателя, тогда напряжение на катушке электромагнита (5) пропадает. Происходит открытие электромагнитного клапана высокого давления, что влечет за собой снижение давления в контуре. Понижение давления вызывает закрытие топливной форсунки и прекращение впрыска.

Вся та точность, с которой осуществляется данный процесс, напрямую зависит от электромагнитного клапана. Если попытаться объяснить еще подробнее, то от момента окончания работы клапана. Этот момент исключительно определяется отсутствием или наличием напряжения на катушке электромагнитного клапана.

Избытки нагнетаемого топливо, которое продолжает нагнетаться до момента прохождения роликом плунжера верхней точки профиля кулачка, осуществляют движение по особому каналу. Окончанием пути для горючего становится пространство за аккумулирующей мембраной. В контуре низкого давления имеют место скачки от высокого давления, которые демпфирует аккумулирующая мембрана. Дополнительным является то, что данное пространство сохраняет (аккумулирует) накопленное топливо для наполнения перед следующим впрыском.

Остановка двигателя осуществляется при помощи электромагнитного клапана. Дело в том, что клапан полностью блокирует нагнетание топлива под высоким давлением. Такое решение полностью исключает необходимость в дополнительном остановочном клапане, который применяется в распределительных ТНВД, где осуществляется управление регулирующей кромкой.

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 QT. 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 ɳmax относится к прямодействующим насосам большой подачи при малых напорах (Q=100-300 м3/ч; Н=40-60 м вод. ст.).

Кривая nmin относится к быстроходным насосам малой подачи при больших напорах (Q = 25-80 м3/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.

Достоинства и недостатки

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

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

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

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

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

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

Устройство

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

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.
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.
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.
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:

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

https://youtube.com/watch?v=xV-cwbgCyIw

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.

Поршневой жидкостной насос

Плунжерный насос: принцип работы, типы и применение

Особенности конструкции и принцип действия

Разновидности плунжерных насосов и их характеристика

Сфера использования плунжерных насосов и их назначение