Поршневые насосы очень хорошо работают в условиях высокого давления, поскольку между всасывающей и нагнетательной камерами нет прямого соединения.
На выбор типа насоса также влияют его преимущества и недостатки.
Неоспоримыми преимуществами объемных насосов являются:
Давление в напорной линии регулируется путем управления частотой движения поршня.
Легкая взаимозаменяемость компонентов.
Высокие показатели напора при малых размерах.
Неравномерная подача, невозможность перекачивать большие объемы жидкости и невозможность перекачивать грязные жидкости (размером до 10 мм) являются основными недостатками использования поршневого насоса.
Исходные положения при выборе типа поршневого насоса
На этапе планирования проекта тип объемного насоса и компоненты из различных материалов должны быть выбраны по согласованию с производителем или проектировщиком в соответствии с условиями работы.
В настоящее время ручные насосы используются в качестве источника гидравлической энергии в чрезвычайных ситуациях или как вспомогательный механизм.
Давление, создаваемое этими насосами, находится в диапазоне 50 МПа, чаще всего в диапазоне 10-15 МПа.
Объем вытеснения до 70 см3 - это общий объем жидкости, нагнетаемой насосом при прямом и обратном ходе.
Радиально-поршневые насосы являются разновидностью роторно-поршневых насосов.
Эти насосы используются в гидравлических системах высокого давления (от 40 МПа до 100 МПа). Основное отличие этих насосов - более низкая скорость.
Вал вращается со скоростью не более 1500-2000 об/мин.
Насосы с рабочим объемом не более 2-3 мл/мин имеют скорость вращения до 3000 об/мин.
Аксиально-поршневые насосы - это роторно-поршневые насосы с цилиндрами, расположенными аксиально (т.е. по окружности оси вращения, под небольшим углом или параллельно оси).
Эти насосы наиболее часто используются в современных гидравлических системах.
Они обладают оптимальными пространственными и весовыми характеристиками, имеют высокую эффективность и хорошую плотность мощности.
Аксиально-поршневые насосы могут создавать давление до 40 МПа и работать на высоких скоростях.
Различия в конструкции во много раз больше, чем у других типов насосов.
Некоторые конструкции могут использоваться при давлении до 70 МПа.
Насосы общего назначения выпускаются с частотой вращения до 4000 об/мин.
Некоторые варианты этого типа промышленных насосов специальной конструкции могут развивать скорость до 20 000 об/мин.
Классификация поршневых насосов
Насосы объемного типа могут различаться по типу привода:
- С ручным управлением или ручным приводом (для периодического перекачивания кислот, нефтепродуктов, цементных растворов и воды)
- С прямым приводом, где поршень насоса составляет единое целое с поршнем двигателя, а рабочей средой обычно является пар, но также могут использоваться воздух, вода или масло.
- Приводные (с кривошипным механизмом или без него).
В зависимости от расположения вала насос может быть изготовлен как в горизонтальном, так и в вертикальном исполнении.
В зависимости от типа поршня - поршневой или плунжерный.
По количеству цилиндров - с одним, двумя или тремя цилиндрами.
По напорной способности - высоконапорные, средненапорные и низконапорные насосы.
По скорости движения поршня в минуту - медленный, нормальный средний и быстрый.
Путем многократных действий. - Насосы одинарного действия с одной рабочей камерой и насосы двойного действия, в которых поршни работают с обеих сторон, используя обе стороны цилиндра. В этих насосах коленчатый вал подает двойной объем жидкости за один оборот, обеспечивая более высокую равномерность перекачки по сравнению с насосами одинарного действия. Для улучшения равномерности потока жидкости наличие двух камер с различными функциями также привело к использованию многоцилиндровых насосов с разным количеством лопастей рабочего колеса, а также насосов дифференциального давления, которые обладают вышеупомянутыми характеристиками прерывистого всасывания и непрерывного нагнетания. Одна из камер не имеет клапана, непосредственно соединенного с нагнетательным патрубком, а другая камера содержит как всасывающий, так и нагнетательный клапаны.
Равномерное разряжение обеспечивается благодаря тому, что площадь поперечного сечения правой пробки в два раза меньше, чем левой. При перемещении плунжера влево половина рабочей жидкости сбрасывается в напорную линию через выпускной клапан, а остальная часть заполняет пустоту в правой камере с меньшим диаметром плунжера. Когда плунжер перемещается вправо в левую камеру, открывается всасывающий клапан, рабочая жидкость всасывается и перемещается из правой камеры к нагнетательному патрубку.
По сравнению с насосами одностороннего действия, потребляемая мощность более равномерно распределяется во время прямого и обратного хода плунжера.
Устройство поршневых насосов и принцип действия
Первым гидравлическим прессом, преобразующим механическую энергию движения поршня в механическую энергию жидкости, известным уже в наше время, был не кто иной, как поршневой насос. Претерпев различные дополнения, принцип их работы с тех пор остается неизменным.
В поршневом насосе цилиндр периодически заполняется жидкостью, а затем выжимается из-за периодического изменения объема.
В качестве простейшего рабочего примера современного поршневого насоса можно взять рабочий цикл простого одноступенчатого гидравлического пресса, состоящего из цилиндрической рабочей камеры с двумя напорными и всасывающими отверстиями и поршня, совершающего в ней возвратно-поступательное движение. Для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное предусмотрен кривошипно-шатунный механизм.
При движении поршня вправо нагнетательный клапан закрывается, и жидкость всасывается, создавая низкое давление в рабочей камере. Давление перекачиваемой жидкости открывает всасывающий клапан, и рабочая камера полностью заполняется.
Возвратное движение поршня создает в цилиндре избыточное давление, которое значительно превышает давление на нагнетательном патрубке. Всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный открывается для подачи, таким образом, происходит процесс перекачки или вытеснения жидкости, эквивалентной объему рабочей камеры, к напорному оголовку трубы.
Эффективный объем рабочей камеры - это разница между максимальным и минимальным объемом, обусловленная положением поршня.
Частота движения поршня определяет непрерывность подачи рабочей жидкости. Для обеспечения постоянного давления в напорной линии обычно используется гидравлический силовой агрегат двойного действия, т.е. цилиндр разделен на две равные секции, каждая из которых имеет всасывающий и напорный патрубки, оснащенные клапаном. Такая конструкция позволяет создавать разное давление в разных секциях. Когда одна секция всасывается за счет движения поршня, другая секция находится под давлением, и наоборот. Для борьбы с пульсацией используются воздушный колпачок и аккумулятор.
Поршневые насосы одностороннего действия являются разновидностью плунжерных или лопастных насосов и диафрагменных насосов. Единственное отличие мембранного насоса от поршневого заключается в наличии в мембранной камере специальных активных или пассивных мембран. Активные мембраны передают тягу от штока поршня к жидкости при высоком давлении и используются в поршневых насосах низкого давления, где их количество велико, из-за их низкой усталостной прочности. Пассивные мембраны только отделяют жидкость, которая передает энергию от плунжера к перекачиваемой жидкости, и поэтому используются в насосах высокого давления, где количество перекачек невелико.
Поршневые насосы двойного действия имеют более сложную конструкцию, с двумя или более камерами для обеспечения более равномерной подачи перекачиваемой жидкости. Каждая камера работает как насос одностороннего действия, в то время как в так называемых дифференциальных насосах правая рабочая камера, которая действует как вспомогательная камера, не имеет клапана, но ее наличие делает подачу жидкости независимой от движения поршня.
Возможность регулирования давления нагнетания путем изменения частоты хода поршня, малые размеры и взаимозаменяемость компонентов являются основными преимуществами поршневого насоса.
Недостатками являются невозможность последовательного соединения нескольких поршневых насосов в цепь из-за высокого давления на входе, невозможность перекачки жидкостей с абразивными частицами, необходимость дополнительной системы охлаждения и дополнительного уплотнения между поршнем и стенкой цилиндра рабочей камеры. Кроме того, в отличие от других объемных насосов, поршневые насосы не могут быть реверсированы из-за клапанов, поскольку они не могут работать как водяные электродвигатели.