Плунжерный насос принцип работы

ВВЕДЕНИЕ

Плунжер – вытеснитель цилиндрической формы, длина которого намного больше диаметра.

В отличие от поршня уплотнитель располагается на цилиндре и при совершении плунжером возвратно-поступательного движения движется по поверхности плунжера. Плунжеры используются главным образом в гидравлических аксиально-плунжерных, радиально-плунжерных гидромашинах, а также в плунжерных насосах. Также в системах подачи топлива дизельных двигателей (топливные насосы высокого давления) получили распространение плунжерные пары.

Плунжерные насосы способны работать при больших давлениях, чем поршневые насосы. Причиной этого является то, что в плунжерах высокая чистота обработки должна быть у внешней цилиндрической поверхности, а у поршневых насосов наиболее важным является обработка внутренней цилиндрической поверхности, что технологически осуществить сложнее.

Точность обработки деталей современных плунжерных и роторно-плунжерных гидромашин столь высока, что зазор между внутренней и внешней цилиндрической поверхностью в плунжерных парах достигает 2-3 мкм.

Давления, которые способны выдерживать плунжерные пары, очень высоки. Так, например, в момент впрыска топлива в дизельных двигателях развиваемое давление в плунжерной паре может достигать 200 МПа.

Целью курсового проекта является расчет и получение оптимальных конструктивных параметров плунжерного насоса.

НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

ПЛУНЖЕРНОГО НАСОСА

Описание и назначение плунжерного насоса

Плунжерные насоса отличаются от поршневых насосов рабочим органом. Плунжер или скалка не имеют уплотнительных колец и отличаются от поршня значительно большим отношением длины к диаметру. Плунжерные насосы не требуют такой тщательной обработки внутренней поверхности цилиндра как поршневые, поэтому находят применение для перекачивания загрязненных и вязких жидкостей. Они более распространены, чем поршневые насосы.

Плунжерный насос по категории точности делится на:

– 1,0;

– 2,5;

– без категории (при давлении при выходе 250 и более кгс/см² или при подаче менее 2,5 л/ч).

Такие насосы могут отличаться по количеству используемых плунжеров:

– одноплунжерные (одностороннего или двустороннего действия);

– двухплунжерные (с учетом регулирования суммарной подачи);

– синхродозировочные (двухплунжерные, но уже регулирующие подачу от каждого цилиндра).

По типу используемого двигательного устройства плунжерный насос бывает:

– с общепромышленным двигателем;

– со взрывозащищенным двигателем.

Регулирование работы плунжерного насоса может осуществляться автоматически или в ручную.

Принцип работы плунжерного насоса

Особенности строения и функционирования плунжерного насоса делает возможной работу с особо сложными составами: агрессивными жидкостями, эмульсиями, вязкими жидкостями (с уровнем вязкости от 8,5х10^-7 до 8х10^-4 м²/с), горячими веществами (с температурой до 200⁰С), высококонцентрированными составами или составами, имеющими твердые включения.

Пульсация – один из недостатков плунжерного насоса, возникающий обычно в ходе процесса дозирования жидкости. Именно пульсация может стать причиной многочисленных сбоев в работе насоса, а так производственного брака, что характеризует их работу как некачественную. Чтобы избежать таких последствий используют различные средства. Первый вариант борьбы с пульсацией – использование плунжерных насосов разнонаправленного действия. Второй вариант – использование многоплунжерных насосов, в котором функционирует одновременно от двух до шести плунжеров, действующих одновременно, но с некоторыми отличиями по фазе или по углу движения.

Плунжерный насос характеризуется определенными показателями по особенностям своей работы, что может позволить выделить определенные их достоинства и недостатки. К достоинствам плунжерных насосов можно отнести следующие характеристики:

– высокое качество осуществляемого дозирования (точность работы);

– возможность осуществления дозирования жидкостей даже при высоком давлении;

– богатый спектр вариантов рабочей жидкости (от нейтральных до токсичных и радиоактивных);

– простота в установке, эксплуатации и ремонте;

– долговечность и износостойкость;

– бесшумность осуществления работы.

Рисунок 1 Общий вид плунжерного насоса: 1 – цилиндр; 2-всасывающий патрубок; 3 – всасывающий клапан; 4 -напорный клапан; 5 – напорный патрубок; 6 – плунжер; 7 – шток; 8 – шатун; 9 – кривошип; 10 – уплотнение; 11 – байпас

Плунжерные насосы имеют несколько значимых недостатков, среди названных – появление пульсации и вытекающие из нее последствия. Еще одним из недостатков использования плунжерных насосов является непосредственный контакт рабочей жидкости с деталями насоса, что в случае использования агрессивных сред может означать максимально неблагоприятное воздействие на работу насоса (повышает его износоустойчивость, может привести к поломке).

я того, чтобы максимально избежать возможных трудностей и проблем при работе с плунжерным насосом, необходимо соблюдать некоторые требования к их эксплуатации и техническому обслуживанию. Поскольку работа насоса чаще всего ведется со сложными по своим свойствам составами и при высоком давлении, то необходимо осуществлять периодические проверки всех деталей насоса, так как предотвратить разрушение оборудования будет логичнее, чем его ремонтировать. Кроме того, поскольку насосы чаще всего работают с определенным объемом жидкости, то рекомендуется вести специальный журнал с фиксацией основных параметров состава (количество, давление, температура и прочие).

Исключительным преимуществом плунжерных насосов является высокое давление на выходе при относительно небольших величинах подачи перекачиваемой среды.

Принцип работы такого класса насосов заключается в следующем. При движении поршня вправо в рабочей камере насоса создаётся разрежение, нижний клапан открыт, а верхний клапан закрыт, — происходит всасывание жидкости. При движении в обратном направлении в рабочей камере создаётся избыточное давление, и уже открыт верхний клапан, а нижний закрыт, — происходит нагнетание жидкости.

Источник: megalektsii.ru

Характеристики аппарата

Современные плунжерные насосы высокого давления по своему строению, условиям работы и функционалу имеют большое сходство с поршневыми аналогами. Этому способствует наличие плунжера (англ. plunger – погружаться), представляющего собой пустотелый цилиндр. Он «ходит» в уплотняющем сальнике, не соприкасаясь со стенками рабочего цилиндра. Гидравлические дозаторы ручного типа используются гораздо реже. Производительность узла достигает 90%.

Плунжерные насосы отличаются высокой производительностью на фоне элементарной эксплуатации

Популярными сферами применения являются области, связанные с нефтепереработкой и химией. Также используют насос для мойки высокого давления. Гидравлические агрегаты применяют для изготовления растворов, компоненты которых подобраны с высокой степенью точность. За счет конструктивных особенностей производители предлагают объемные и необъемные тип.

Особые эксплуатационные условия обязывают задействовать в изготовлении материалы, обеспечивающие длительную и стабильную работу плунжеру, а также стойкость к износу, герметичность, высокие прочностные характеристики. КПД выпускаемых агрегатов превышает 0,9. Дифференциация видов по конструкционным особенностям следующая:

горизонтальные;
вертикальные;
многоцилиндровые;
ручные;
автоматические;
многоплунжерные;
с герметичными цилиндрами.

При этом очевидными являются следующие преимущества, которыми обладает практически каждый плунжерный насос высокого давления:

монтажные работы выполнить очень просто;
управлять аппаратом не составит труда;
конструкционное исполнение позволяет провести индивидуальную настройку;
предусмотрена система смазки, позволяющая к ней легко добраться;
присутствует возможность плунжерный насос высокого давления отрегулировать на выход нужного рабочего давления за счет правильного подбора числа плунжеров.

Плунжерные насосы высокого давления способны перекачать вязкую жидкость или эмульсию, содержащую абразивные частицы.

Внутреннее устройство

Плунжерные насосы высокого давления Pratissoli

Основная масса моделей, представленных на отечественном рынке, будь то профессиональный или бытовой аппарат, представляет собой устройство объемного типа. Рабочие элементы перемещаются возвратно-поступательным методом. Такое аксиальное движение подразумевает следующий алгоритм:

внутри камеры располагаются два клапана: всасывающий и напорный, включая цилиндр с задействованным в процессе плунжером;
во время рабочего процесса плунжер перемещается аксиально;
рабочая камера соединена с двумя трубопроводами: заборный и выходной;
рабочий цикл состоит из полного поворота кривошипа, за это время плунжер успевает захватить дозированную порцию жидкости из всасывающей части и отправить ее в напорную трубу.

ВИДЕО: Производство плунжерных насосов Speck Triplex Plunger pump production manufacture

Объем жидкости, который способны прокачать насосы высокого давления для воды, зависит от диаметра плунжера и его хода. Важно знать, что существуют агрегаты высокого давления (авд), использующие в конструкции принцип двустороннего действия. Они обладают следующими особенностями:

для эксплуатации агрегата задействованы обе полости цилиндра;
в течение полуоборота коленвала, когда плунжер перемещается в одну сторону, происходит одновременно забор и выпрыскивание жидкости;
во время проворачивания коленвала до полного оборота в полостях цилиндра также происходит два процесса, но оба в обратном направлении.

Двусторонняя схема обеспечивает двукратное увеличение подачи жидкости, в отличие от аппаратов с односторонним процессом. Также эти насосы высокого давления для воды создают равномерный поток.

Насос трех плунжерный P52/72-200

Плунжерный насос высокого давления имеет высокую стоимость во многом за счет высокой степени точности изготовления деталей. Подгонка сопряжения между поверхностями обеспечивает зазоры в несколько микрон. Также требуется минимальная степень шероховатости (выше, чем Rz 1,25) на поверхности штока. Он должен калиться в печах ТВЧ, чтобы придать наружному слою изделия необходимую твердость, а более податливая центральная часть придаст изделию пластичность.

Принцип работы

Важную роль в плунжерных насосах играет сам плунжер, который изготавливается в виде стержня (штока). Его задачей является осевое перемещение вдоль цилиндра. Движение обеспечивается за счет электропривода, раскручивающего коленвал, кулачек которого упирается в торец штока. Точность сопряжения стержня и отверстия обеспечивает технологическую герметичность узла.

Как работает аппарат

На первоначальном этапе плунжерный насос высокого давления обеспечивает перемещение штока в обратном направлении от рабочей камеры. За счет образовавшегося разряжения в полости открывается впускной клапан, выпускной при этом будет закрыт.
Жидкость проникает в установленном количестве из заборного трубопровода. Плунжер, достигнув крайней точки удаления, начинает движение в обратном направлении.
Увеличивающееся давление в рабочей камере блокирует впускной клапан, одновременно открывая выпускной. Жидкость удаляется по выходному трубопроводу. Цикл повторяется снова.

Специфика подобной аппаратуры для автомойки такова, что в процессе работы образуются вибрации и пульсирование агрегата. Такие побочные эффекты сказываются на эффективности и сроке бесперебойной эксплуатации.

Минимизировать разбалансировку позволяет включение в рабочий цикл нескольких рабочих плунжеров, чем успешно пользуются производители агрегатов. На кривошип монтируют три плунжера, расположенных под 1200 к осям друг друга. Позитивное влияние оказывает использование двух рабочих полостей в двусторонних конструкциях.

Промышленные установки способны выдавать приводную мощность до 800 кВт, а рабочее давление создается до 3500 бар. В бытовых условиях применяют аппаратуру, поддерживающую давление 3-20 бар и способную перекачивать до 1000 л/час.

Возможные неисправности

Промышленное и бытовое оборудование нуждается в правильном уходе и обслуживании. Для этого необходимо знать его слабые места, чтобы продлить срок службы агрегатов. Проблемные участки большинства моделей сводятся к следующему:

повышенная вибрация способствует ослабления крепления к кронштейну;
во время профилактических работ необходимо контролировать соосность валов и затягивать крепежные винты;
для обеспечения герметичности своевременно меняют сальник;
подтягиваем коллектор вверх от картера таким образом, чтобы не повреждать встроенные плунжеры;
просматриваем периодически целостность вала, выявляя на нем возможные трещины, сколы или наличие изгибов, при необходимости проводим замену на ремонтные.

Это относится как к отечественным, так и зарубежным устройствам.

ВИДЕО: Плунжерный насос Speck Triplex Plunger pump animation

Источник: www.PortalTeplic.ru

Принцип работы и устройство насоса

Аксиальный насос поршневого типа – это техническое устройство, предназначенное для преобразования механической энергии в энергию движущейся жидкости. Его специфика заключается в рабочих камерах, выполненных в виде расточек в цилиндрическом блоке. При этом они располагаются параллельно шаровой оси и поршням с подпятниками.

Принцип работы аксиально-поршневого насоса можно посмотреть на иллюстрации

Все аксиально-поршневые гидронасосы состоят из:

Поршней или плунжеров, входящих в состав цилиндрического блока;
Шатунов;
Ведущего (основного) вала;
Опорного диска;
Распределительного механизма.

Принцип действия основывается на движении ведущего вала и его воздействии на специальный цилиндрический блок. При этом поршни перемещаются вдоль оси блока, создавая возвратно-поступательные движения. Вследствие таких движений в цилиндрах происходит последовательное всасывание и выталкивание рабочей жидкости.

Преимущества и недостатки использования

Аксиальные поршневые гидронасосы используются значительно чаще, нежели радиально-поршневые и паровые модели. Это связано с компактными размерами и высокой производительностью аксиального оборудования. Небольшие размеры рабочих деталей позволяют добиться малого момента инерции. При этом во время работы оборудования можно отметить довольно высокую частоту вращения.

Аксиально-поршневой мотор работает с частотой в диапазоне от 600 до 4 тыс. оборотов в минуту.

Кроме того, в отличие от паровой модели, поршневые позволяют регулировать объем, направление и силу подачи энергоносителя в системе. Вместе с тем устройства могут работать в условиях повышенного гидравлического давления. Они отличаются высокой работоспособностью даже при давлении в пределах 40 мПа, в то время как радиально-поршневое оборудование может корректно работать лишь при 30 мПа.

Среди достоинств аксиально-поршневых насосов следует отметить длительный срок службы

К недостаткам устройств относят:

Неравномерную подачу и расход воды;
Большую пульсацию во время работы гидромотора;
Чувствительность оборудования к загрязненной рабочей среде;
Высокий уровень шума (в сравнении с шестеренными и пластинчатыми агрегатами).

Кроме того, оборудование такого типа отличается достаточно высокой стоимостью. Неправильная эксплуатация может привести к серьезным поломкам. Устранить их будет нелегко из-за непростой конструкции насосов.

Виды гидронасосов аксиально-поршневого типа

В различных установках используются насосы различного типа. Классификация оборудования на виды выполняется относительно его устройства. Так, в зависимости от типа поршня выделяют плунжерный, жидкостный поршневой и диафрагменный.

В зависимости от вида передачи движения все аксиальные насосы делятся на:

Устройства с наклонным цилиндрическим блоком. Используются в объемных гидроприводах машинах, работающих в открытых гидросистемах.
Модели с наклонным диском. Предназначены для использования в объемных гидроприводах (ГСТ), работающих по закрытой схеме.

Кроме того, все аксиальные гидравлические устройства поршневого типа делятся на регулируемые и нерегулируемые. Регулируемые модели позволяют менять объем подачи энергоносителя за счет изменения угла наклона оси цилиндров или диска к оси вала. Нерегулируемые позволяют менять лишь направление вращения вала, а значит, и направление подачи энергоносителя.

Гидронасосы аксиально-поршневого типа время от времени следует чистить и менять детали, которые подвергаются износу

На тип насосного оборудования влияет также его конструктивная схема.

Так, двигатель может быть оборудован силовым карданом или двойным несиловым карданом. Отдельно выделяют модели бескарданного типа и насосы, работающие по схеме точечного касания поршней наклонного диска. Наиболее надежными в эксплуатации и простыми в изготовлении являются устроенные по бескарданному принципу.

Где они используются?

На сегодняшний день использование различных гидронасосов можно встретить в достаточно большом количестве отраслей техники, начиная от стандартных систем водоснабжения различных жилых домов и предприятий и заканчивая подачей топлива в специализированных силовых установках для космических станций.

В наши дни наиболее широким распространением пользуются лопастные и объемные гидронасосы. В лопастных рабочими органами выступают колеса, которые оснащаются специальными лопастями. В данном случае энергия передается путем динамического взаимодействия лопастей рабочего колеса с жидкостью, обтекающей их. Если в таком насосе энергия передается непосредственно от колеса к жидкости, то если речь идет о лопастном гидродвигателе, в данном случае уже жидкость будет передавать энергию колесу.

На чем основан принцип работы

Принцип работы, который используется объемными гидромашинами, базируется на изменении текущего объема рабочих камер, соединенных с определенной периодичностью с патрубками выхода и входа. В частности, в эту группу входят всевозможные поршневые, винтовые, шестеренные, а также насосы аксиально-поршневые.

Что это такое?

Гидравлические машины, входящие в группу аксиально-поршневых, при передаче одинаковой мощности в сравнении с прочими устройствами отличаются предельно возможной компактностью и, соответственно, имеют небольшой вес. Благодаря использованию своих рабочих органов, у которых присутствуют незначительные радиальные размеры, и, следовательно, относительно небольшой момент энергии, насосы аксиально-поршневые обеспечивают возможность предельно быстрой корректировки частоты вращения.

Помимо этого, среди преимуществ подобных устройств стоит выделить также то, что они могут работать в условиях высокого давления, отличаются значительной частотой вращения, а также предусматривают возможность изменения рабочего объема.

Преимущества

Аксиально-поршневые насосы работают в частотном диапазоне от 500 до 4000 оборотов в минуту, что и является наиболее весомым доводом в пользу их применения по сравнению с различными радиально-поршневыми устройствами, предел которых достигает 1500 оборотов. Также стоит отметить тот факт, что работать эти устройства могут даже в условиях давления не более 40 мегапаскалей, в то время как у упомянутых выше устройств данный предел составляет 35 мегапаскалей.

Недостатки

Если же говорить о том, какие недостатки имеют аксиально-поршневые насосы, стоит отметить то, что они имеют немалую стоимость, отличаются предельной сложностью своей конструкции и, следовательно, характеризуются далеко не самой высокой надежностью. Помимо этого в процессе их работы присутствует значительная пульсация подачи, вследствие чего появляется также пульсация давления в используемой гидравлической системе.

Что в него входит?

В традиционной сборке промышленные насосы данного типа включают в себя специализированный блок цилиндров, который дополнительно оборудуется поршнями, а также упорный диск, ведущий вал, шатуны и распределительный агрегат. В процессе работы гидравлического насоса одновременно с запуском вращения вала начинает работать также блок цилиндров, при этом стоит отметить тот факт, что поршни не просто будут вращаться, а также перемещаются вдоль оси данного блока, совершая возвратно-поступательные движения. Именно благодаря такому принципу работы эти промышленные насосы и получили название аксиально-поршневых.

Как они работают

Пока поршни будут выдвигаться из цилиндров, устройством будет осуществляться всасывание, при движении же их осуществляется нагнетание. Через окна, которые имеются в распределительном агрегате, каждый отдельный цилиндр поочередно объединяется с напорной и всасывающей линиями. Для того чтобы исключить возможность объединения всасывающей и напорной гидравлический линий между собой, блок цилиндров предельно плотно прижимается к распределительному агрегату, в то время как его окна разделяются между собой при помощи уплотнительных перемычек. Для того чтобы минимизировать гидравлические удары во время преодоления цилиндрами данных перемычек, в них проделываются специальные дроссельные канавки, за счет чего обеспечивается равномерное повышение давления рабочей жидкости.

Принцип работы аксиально-поршневого насоса предусматривает использование цилиндров в качестве рабочих камер, при этом они размещаются аксиально по отношению к оси ротора. В качестве вытеснителей в данном случае используются сами поршни. В зависимости от того, какая преобладает характеристика насоса, а также какие он имеет конструктивные особенности, эти агрегаты могут оснащаться наклонным диском или же наклонным блоком цилиндров. Цилиндровые блоки такого формата достаточно часто встречаются в приводах тех машин, которые функционируют в средних или же достаточно тяжелых режимах работы, а также довольно часто включаются, так как они отличаются более высокой степенью надежности в условиях переменных нагрузок, а также являются менее чувствительными к всевозможным загрязнениям жидкости по сравнению с насосами с наклонным диском.

Какими они бывают?

Все аксиально-поршневые устройства, которые используются на сегодняшний день, изготавливаются в соответствии с четырьмя основными схемами, в зависимости от чего меняется и характеристика насоса.

— Первый вариант. Приводной вал и наклонный диск объединяются силовым кардном в виде универсального шарнира с двумя степенями свободы. В данном случае диск с поршнями объединяется при помощи специализированных шатунов.

Крутящий момент передается от двигателя к блоку цилиндров при помощи кардана и наклонного диска. Первоначально блок прижимается непосредственно к распределительному устройству при помощи пружины, после чего в процессе работы насоса для этого уже используется рабочая жидкость. Крутящий момент, который передается блоку цилиндров, полностью преодолевает те силы трения, которые образуются между торцевой частью блока и непосредственно самим распределительным устройством.

— Второй вариант. В данном случае принцип работы аксиально-поршневого насоса предусматривает использование двойного несилового кардана, и отличаются такие устройства тем, что в данном случае угол между осями ведущего и промежуточного валов является равным осям ведомого и промежуточного валов. В конечном итоге обеспечивается максимально возможная синхронизация вращения ведущего и ведомого валов, в то время как кардан полностью разгружается. Это обеспечивается благодаря тому, что при помощи диска крутящий момент передается от приводного мотора, при этом данный диск производится вместе с валом.

— Третий вариант. В данном случае устройство аксиально-поршневого насоса представляет собой использование наклонного диска, а сами агрегаты называются насосами с точечным касанием. Для такого оборудования является характерным значительное упрощение конструкции, так как полностью отсутствуют шатуны и карданные валы, однако для того, чтобы добиться запуска данной машины в режиме гидронасоса, нужно принудительно выдвинуть поршни из цилиндров, вследствие чего прижать их к наклонному диску.

Для этого применяются специальные пружины, которые находятся непосредственно в самих цилиндрах. В связи с простотой конструкции, соответственно, в данном случае реже требуется ремонт насосов. В частности по такой технологии изготавливаются популярные на сегодняшний день гидромашины Г15-2, отличающиеся небольшой мощностью.

— Четвертый вариант. Работа аксиально-поршневого насоса бескарданного типа предусматривает объединение ведущего вала и блока цилиндров при помощи шайбы и шатунов. Если говорить о преимуществах таких устройств по сравнению с теми, в которых используется карданная связь, стоит выделить предельную простоту изготовления, а также надежность в эксплуатации при минимальных размерах блока цилиндров. Такой конструкцией оснащаются аксиально-поршневые гидравлические машины серий 300 и 200. В данном случае подача непосредственно зависит от величины хода поршня, которая определяется углом наклона блока цилиндров или же диска. В преимущественном большинстве случаев этот угол составляет около 25 градусов. Если же в агрегате предусматривается возможность изменения угла наклона в процессе работы, то их называют так: насосы аксиально-поршневые регулируемые. Конечно, более оптимально использовать именно регулируемые устройства, но их стоимость может быть существенно больше стандартного оборудования.

Где применяются

На сегодняшний день аксиально-поршневые насосы, цена которых незначительно в большинстве случаев превышает стоимость других распространенных типов гидравлических устройств (от 4 тыс. долларов), являются одними из наиболее распространенных, и используются не только в качестве насосов, но и гидродвигателей. В частности, их сегодня можно встретить в гидравлических системах специализированных одноковшовых экскаваторов, в конструкции приводов всевозможных бульдозеров, в которых осуществляется управление по принципу джойстика. Помимо этого, данное оборудование активно используется при конструировании гидроприводов всевозможных станков, асфальтовых катков, а также самой разнообразной авиационной техники.

По каким критериям нужно выбирать?

Есть несколько основных критериев, по которым нужно выбирать насосы. Так вы сможете обеспечить себе не только оптимальную стоимость и характеристики устройства, но и исключите возможность того, что часто придется делать ремонт насосов вследствие их неисправности:

Габариты. Наиболее оптимальным является использование насосов с НД, так как в них отсутствует слишком громоздкий узел подшипников, консольный вал и специальная отклоняемая люлька, в которой располагается блок цилиндров. Особенно это относится к регулируемым устройствам. Помимо этого, момент инерции в люльках в насосах с НД значительно меньше по сравнению с НБ, в связи с чем они отличаются более высоким быстродействием при необходимости изменения подачи.
Трудоемкость в изготовлении. Опять же, более актуально будет использовать насосы с НД, так как они отличаются незначительной металлоемкостью, а также минимальным числом деталей повышенной точности. Многие эксперты говорят о том, что насосы с НБ изготавливать приблизительно на 8-12% сложнее по сравнению с насосами с НД, так как в них присутствует более сложная поршневая группа и различные синхронизирующие устройства.
Долговечность. В данном случае насосы с НД отличаются меньшей нагруженностью подшипников, а также предусматривают более широкое использование гидростатических опор. Стоит отметить тот факт, что в устройствах с НБ нагрузка на подшипники практически не зависит от угла наклона блока, в то время как в машинах с НД она является пропорциональной тангенсу данного угла. Данное обстоятельство, а также незначительная энергия вращающихся деталей довольно выгодно отличают эти устройства при необходимости их использования в насосных агрегатах переменной производительности с постоянным давлением. Таким образом, при давлении 32 Мпа гидронасосы с НБ смогут работать около 10000 часов, в то время как при одинаковых условиях НД насосы работают более 13000 часов.
КПД. С этой точки зрения насосы с НБ являются более актуальными, так как в НД-насосах присутствуют значительные механические потери из-за более высоких радиальных сил, оказывающих влияние на поршни, широкого использования гидростатических опор, а также значительных линейных скоростей в парах трения, такие устройства отличаются большей утечкой. В целом именно эти факторы в конечном итоге обуславливают более низкий КПД. Таким образом, при том же давлении 32 Мпа КПД устройств с НД составляет около 90%, в то время как машины с НБ будут иметь КПД на уровне 92-93%.
Частота вращения. Поршень насоса с НБ позволяет обеспечивать систему распределения с минимальными радиальными размерами. При ограниченности линейных скоростей предусматривается возможность их использования при предельно высоких частотах вращения, что в конечном итоге позволяет добиться значительной энергоемкости данного оборудования.
Всасывающая способность. По этому параметру также схема насоса с НБ смотрится более привлекательно, потому что они оснащаются меньшими размерами окружных скоростей окон цилиндров, в то время как сами окна могут иметь достаточно больше размеры, что минимизирует возможность снижения подачи из-за кавитации. Всасывающая способность таких насосов выше по той причине, что у них присутствуют минимальные мертвые объемы рабочих камер, а помимо этого проточные части насосов являются более короткими, что также позволяет снизить потери.

Содержание

Поршневой жидкостный насос является одним из первых представителей насосов. Механическое вытеснение жидкости является одним из первых принципов перекачивания жидкости. В настоящее время конструкция поршневого насоса притерпела множество улучшений и в современном виде поршневой насос имеет прочный корпус и обладает широкими возможностями для взаимодействия.

Принцип работы поршневого насоса

Работа поршневого жидкостного насоса основана на принципе вытеснения. Основными рабочими органами поршневого насоса являются: цилиндр и поршень. Поршень перемещается в цилиндре совершая возвратно-поступательное движение.

Работа поршневого насоса в общем случае выглядит следующим образом

В цилиндре (позиция 8) перемещается поршень (позиция 7), жестко соединенный со штоком (позиция 9), являющимся исполнительной частью приводного кривошипно-шатунного механизма. При ходе поршня “вправо” полезный объем цилиндра, т.е. объем, заполняющийся жидкостью, увеличивается, вследствие чего давление в нем уменьшается. Всасывающий клапан(позиция 4) при этом поднимается, жидкость под действием внешнего давления на ее поверхности, чаще всего атмосферного, входит в цилиндр через сосун (позиция 1), открытый обратный клапан (позиция 2) и всасывающую трубу(позиция 3).

При ходе поршня “влево” жидкость, ранее вошедшая в цилиндр, выталкивается движущимся поршнем. Давление в цилиндре насоса при этом повышается. Всасывающий клапан (позиция 4) закрывается, а нагнетательный клапан(позиция 5) поднимается и жидкость из цилиндра поступает в нагнетательный трубопровод (позиция 6). Подача жидкости в нагнетательный трубопровод происходит вследствие вытеснения из цилиндра движущимся поршнем предварительно засосанной жидкости.

Плунжерные насосы

Плунжерные насосы являются разновидностью насосов вытеснения. Отличием плунжерного насоса является рабочий орган — плунжер. Его задачей является перемещение вдоль оси цилиндра. Перемещаются плунжеры за счет электропривода, раскручивающего коленвал.

Всасывание жидкости в цилиндр насоса происходит при движении плунжера вверх. При этом всасывающий клапан К1 поднимается и жидкость под действием внешнего давления входит в цилиндр насоса. При возвратном движении плунжера вниз клапан К1 прижимается к своему гнезду, закрывая его, а нагнетательный клапан К2 открывается, пропуская вытесняемую из цилиндражидкость в нагнетательный трубопровод.

Плунжер 1 насоса в работе соприкасается только с элементами сальника 2, уплотняющими плунжер в цилиндре. При этом тщательность уплотнения достигается сжимаемой сальниковым стаканом набивкой, уменьшающей трение и износ соприкасающихся поверхностей. Благодяря этому цилиндр плунжерного насоса не изнашивается, а служит только емкостью, заполняемой и опорожняемой в зависимости от направления движения плунжера.

Устройство поршневого насоса

В основу устройства поршневого насоса входит полый металлический цилиндр, в котором протекают все рабочие процессы.

Поршневой насос для воды в общем случае состоит из:
1. клапанов
2. поршня, перемещающегося в цилиндре
3. шатунного механизма
4. кривошипа

Назначение клапанов насоса состоит в том, чтобы впускать воду, при этом препятствуя её движению назад. В роли клапанов в зависимости от конструкции может выступать шарик или мембрана.

Гидравлические поршневые насосы в качестве уплотняющего элемента в обратном клапане используют шарик, изготовленный из стекла, пластика или металла.

В мембранно поршневой насос в качестве клапана устанавливается резиновая пластина (мембрана), закрепленная с одной стороны.

Перемещение поршня в цилиндре достигается благодаря вращению кривошипа, закрепленного на одном валу с электродвигателем.

В устройство поршневого насоса современного типа входит несколько клапанов, штоки которых закреплены на одном кривошипе. Вращаясь в подшипниках такие регулируемые насосы поршневого типа способны обеспечить стабильную подачу.

Плунжерные насосы способны работать с водной средой и любыми жидкостями, наподобие воды, которые отличаются низкой вязкостью и не могут вступать в реакцию с металлическими деталями оборудования. Прибор работает, как дозатор. Плунжерный насос может быть ручной или автоматический. При этом дозировочный насос осуществляет перекачку жидкости за счёт высокого давления.

В отличие от поршневого особенностью плунжерного насоса является отсутствие внутреннего уплотнения поршня. Это приводит к широкому использованию их в области высоких давлений.

При этом плунжерный насос высокого давления обладает рядом преимуществ:
насос довольно прост в монтаже
управлять плунжерным насосом высокого давления не составляет большого труда
предусмотрена система смазки, позволяющая легко к ней добраться
есть возможность отрегулировать плунжерный насос высокого давления на выход нужного рабочего давления

Отличие поршня от плунжера

По конструкции рабочего органа, вытесняющего жидкость из цилиндра, поршневые насосы бывают с дисковым поршнем и плунжерные.

Поршень насоса (на рисунке слева) имеет вид диска, уплотнение которого в цилиндре осуществляется с помощью специальных пружинящих разрезных металлических(а чаще всего чугунных) колец. Тщательное уплотнение дискового поршняв цилиндре может быть осуществлено также с помощью резиновых или кожанных манжет.

В отличии от поршня, плунжер (на рисунке справа) представляет собой пустотелый цилиндр. Он перемещается в уплотняющем сальнике не соприкасаясь со стенками рабочего цилиндра. Плунжеры изготавливаются в виде стержня(штока).

Рабочие характеристики

Подача поршневого насоса

Подачей насоса называется объемное количество жидкости, подаваемое насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени. Это определение относится ко всем насосам независимо от типов их конструкций.

Подача поршневого насоса Q выражается произведением вытесненного за один ход объема V на число рабочих ходов за единицу времени.

Объем V=f*S, где f – площадь поршня, а S – его ход.

Q = f*(S*i/60), где i – число ходов в минуту.

S*i/60 = Vср – средняя скорость движения поршня с учетом перемещения только при рабочем ходе.

Таким образом Q = f*Vср

Если рассматривать характеристику насоса, то подача поршневого насоса циклически изменяется во времени, график подачи жидкости в напорный трубопровод для насоса одностороннего действия имеет прерывистый характер.

В целях выравнивания графика подачи применяют поршневые насосы двойного действия.

Подача плунжерного насоса

Подача плунжерного насоса тройного действия равна утроенной подаче насоса одинарного действия.

Трехплунжерный насос создает в сравнении с поршневыми насосами равномерную подачу жидкости в систему нагнетания и, как правило, не нуждается в установке специальных устройств для выравнивания графика подачи.

Это свойство является существенным достоинством данного типа насосов.

Аксиально поршневой насос – принцип работы

Аксиально поршневой насос работает по следующему принципу: вал насоса при вращении вокруг своей оси придает движение элементам блока цилиндров. Вращение вала и наклонного диска заставляет цилиндры не только двигаться по кругу, но и совершать перемещение вперед – назад. Тем самым увеличивая объем камеры на всасе, и уменьшая его на нагнетании.

Такое движение вала насоса называется аксиальным отсюда и название агрегата – аксиально поршневой насос.

Соединение рабочей камеры насоса с всасыванием и нагнетанием происходит последовательно и за один полный оборот поршень забирает рабочую среду на всасе и выталкивает её на нагнетании.

Соединение области всаса и области нагнетания происходит в распределяющем устройстве, за счет того, что цилиндрический блок плотно прижат к распределяющему устройству. Между секторами распределительного устройства располагаются уплотняющие перемычки.

Для того, чтобы избежать риска возникновения гидроудара в уплотняющие перемычках сделаны дроссельные канавки, которые стабилизируют давление в камере

Механизм работы такого оборудования устроен немного сложнее, чем обычного поршневого насоса, но вместе с тем есть и определенные преимущества.

Аксиально поршневой насос имеет компактные размеры и показывает при этом хорошие мощностные характеристики, а возможность управления скоростью вращения создает фактически регулируемый поршневой насос.

Радиально поршневой насос

Радиально поршневой насос работает по следующему принципу: ротор вращается вместе с поршнями при этом поршни скользят по корпусу, прижимаясь с нему за счет пружин.

Рабочая камера расположена между всасывающем и нагнетающем клапанами. Сам поршень прижимается пружиной к эксцентрично расположенному кулачку, поэтому при вращении вала каждый поршень совершает возвратно поступательное движение.

Когда поршень выдвигается из камеры в камере увеличивается объем и создается область разрежения при этом всасывающий клапан открывается, а нагнетающий закрывается и жидкость заполняет рабочую камеру.

Потом поршень движется обратно и объем камеры уменьшается, а давление в камере увеличивается. Поэтому всасывающий клапан закрывается, а нагнетающий открывается и жидкость под давлением вытесняется в нагнетающий патрубок.

За один оборот вала каждый поршень совершает процесс всасывания и нагнетания.

Поршневой воздушный насос

Поршневой воздушный насос, всасывающий газ или воздух при давлении ниже атмосферного и выталкивающие их в атмосферу, называются вакуум-насосом.

В пищевой промышленности вакуум-насосы применяются главным образом, для отсасывания несконденсировавшихся паров и газов в выпарных станциях, варочных станциях заводов и фабрик, оборудованных вакуум-аппаратами, а также для создания вакуума в секциях вакуум-фильтров. Чаще применяются вакуум-насосы низкого вакуума, которые создают у своего всасывающего патрубка вакуум до 92-95% от атмосферного давления.

По принципу действия поршневой воздушный насос является компрессором, всасывающим газ при пониженном давлении, сжимающим его, а затем нагнетающим этот газ. Хотя практически давление давление нагнетания не намного превышает атмосферное, степень сжатия в поршневом воздушном насосе значительно больше, чем в обычном компрессоре.

При такой степени сжатия объемный КПД выходит небольшим – около 35%. Для повышения объемного КПД используют технические методы выравнивания давления на всасывании и нагнетании насоса, таким образом достигается высокий объемный КПД.

Преимущества и недостатки поршеного и плунжерного насоса

Огромным преимуществом насоса является его надежность и высокая ремонтопригодность. Эти два параметра вытекают не только из принципа работы, но и из конструкции насоса — насос изготавливается из высокопрочных материалов. Насос способен работать со средами у которых высокие требования к условиям пуска. Огромные преимуществом этого типа насосов, в отличии от циркуляционных насосов, является наличие возможности “сухого” всасывания, которым может похвастаться не каждый насос.

Из недостатков следует отметить низкую производительность. В настоящее время на рынке существуют модели, где этот показатель находится на приемлемом уровне, но у таких насосов отмечаются повышенные требования к параметрам эксплуатации, что выливается в высокую стоимость насоса.

Применение поршневого и/или плунжерного насоса

В насосах вытеснения величина напора принципиально не ограничена. Повышение же подачи может быть достигнуто лишь увеличением конструктивных размеров и числа рабочих ходов (числа оборотов).

В поршневых и плунжерных насосах, вследствие цикличности движения тела вытеснения поток жидкости является неустановившимся, и повышение скорости потока, а следовательно, и подачи за счет увеличения числа оборотов ограниченно явлениями инерции.

Отсюда областью применения поршневых и плунжерных насосов становятся высокие давления при относительно малых подачах.

В прессовых установках и химической промышленности строятся насосы с напором в 1000 атмосфер и более. Специализированные поршневые насосы допускается использовать при работе с агрессивными средами, взрывоопасными смесями и некоторыми видами топлива. Но область применения этого типа насосов не ограничивается только промышленной сферой. Эти насосы применяют так же для обеспечения чистой водой в бытовых нуждах.

Хотя поршневой жидкостный насос не рассчитан на большие объемы циркуляции, но отличается высокой надежностью и при своевременном техническом уходе способен проработать очень длительный срок.

Поршневой насос относится к типу насосов вытеснения. Для составления мнения об этом типе насосов прочитайте статью о винтовых насосах.

Поршневые насосы занимают отдельную нишу на рынке, они удовлетворяют требования как частных пользователей, так и потребности крупных производств. Потребность же насосов этого типа в бытовых нуждах обусловлена как простотой их конструкции и нетребовательностью содержания, так и высоким эксплуатационным ресурсом техники этого типа.

Источник: MyTooling.ru

Что такое плунжерный насос?

Плунжер, в переводе с английского, означает нырять или погружаться, поэтому применение эти устройства нашли для гидравлических машин.

Плунжерным называется объемный скальчатый насос с простым действием, который оснащен рабочим органом выполненным в виде плунжера.

В свою очередь, плунжер — деталь разного вида насосов, связанных с гидравликой и многоступенчатых компрессоров для газа.

Основные особенности и виды плунжерных агрегатов

По исполнению, специфике работы и строению насос плунжерного типа похож на поршневой агрегат. Наличие специального поршня, в виде плунжера, является главной отличительной чертой плунжерных от поршневых. Из-за создания высокого давления в системе насосы плунжерного типа не применяются в быту.

Свое главное применение установки повышенного давления нашли в химической и нефтеперерабатывающей отраслях. Использование таких устройств позволяет смешивать с высокой точностью компоненты растворов в необходимых для процесса пропорциях, что очень удобно в производственных процессах. Конструктивным особенностям этих насосов присущи различия, и поэтому плунжерные устройства подразделяются на:

объемные;
необъемные.

Из-за определенной специфики работы плунжерный насосный агрегат изготавливают износостойким, герметичным, прочным и обеспечивающим непрерывную и надежную работу плунжером.

Эти агрегаты относятся к высокопроизводительным устройствам, обладающим высоким КПД, который составляет до 90%. По свойствам конструктивных особенностей плунжерные устройства классифицируются на виды:

вертикальные;
горизонтальные;
ручной;
автоматический;
многоплунжерный;
многоцилиндровый;
с герметизированными цилиндрами.

Плунжерные насосы обладают рядом преимуществ над аналогами, которые четко выделяются:

досконально проработана система смазки и имеет хороший доступ для потребителя;
благодаря конструктивному исполнению, есть возможность изменения параметров и характеристик под заказчика;
обладают понятным и простым управлением аппарата, а так же простой в установке;
существует возможность выполнять увеличение либо уменьшение рабочего давления в гидравлической системе путем изменения количества групп поршней.

Основные сферы применения

В химической промышленности для изготовления химических веществ, которые не вступают в химическую реакцию с металлом.
В химической промышленности для бурения скважин и транспортировки и последующей переработки нефтепродуктов.
В энергетики для изготовления электроприводов для парогенераторов.
Для оборудования с гидравлическим приводом в машиностроении.
В коммунальных хозяйствам для выполнения ремонтных работ, связанных с гидравлическими коммуникациями.
В аппаратах, выполняющих обратный осмос, предназначенных для пищевой промышленности.
Плунжерный насос высокого давления для воды применяется для автомоек.

Принцип работы плунжерного насоса

Конструкция плунжерного насоса проста и состоит из клапанов и системы трубопроводов. Пружина помогает производить работу плунжерного клапана, создавая систематическое нагнетание. При работе с высоким давлением есть вероятность пропусков. Во избежание таких нюансов плунжерный насос высокого давления для воды имеет полную герметичность узлов агрегата.

Плунжерные водяные насосы высокого давления и устройства этой категории устроены по принципу возвратно-поступательного характера, обеспечивающиеся кулачковым валом.

Во время такого движения приводится в движение плунжер (он же поршень) роликовым толкателем. По своему конструкционному устройству плунжер совершает движение в правую сторону, что обуславливает понижение рабочего давления, которое постепенно становится меньше, чем жидкостное давление в трубе всасывания.

Внутреннее устройство плунжерного насоса-дозатора

Открывается всасывающий клапан из-за разности давления, после чего происходит заполнение жидкостью рабочей камеры. При следующем обороте вала, происходит движение плунжера влево и давление в камере становится больше, чем в трубопроводе нагнетания. В связи с этим нагнетательный клапан открывается и происходит выдавливание жидкости из камеры в напорный трубопровод. Весь этот цикл повторяется постоянно за все время работы агрегата.

Некоторые плунжерные насосы могут отличаться устройством друг от друга, но при этом их принцип действия будет оставаться неизменным.

Например, у насоса дизельного двигателя, создающего повышающий эффект, отсутствуют нагнетательные клапана. Эту важную роль для перекачки и создания давления выполняют форсуночные клапаны.

В аксиально-радиальных насосах эти функции выполняют вращающиеся блоки в рабочих камерах. Аксиально-радиальные установки устроены так, что перекачивание жидкости происходит при вращении этих блоков. Отсутствие клапанов повышает стоимость таких установок, но это позволяет увеличить их надежность и применять в авиации.

Как работает плунжерный насос для маслостанции? (видео)

Трехплунжерные насосы

Наука и промышленность развиваются и исходя из практики, научных исследований, анализа конструкционных особенностей насосов и т.д., были спроектированы и внедрены в производство малогабаритные унифицированные трехплунжерные насосы.

Трехплунжерный насос — это насос четвертого поколения типа НПГ. От предыдущих поколений эти устройства отличаются диаметром главного элемента (плунжера), гидравлической коробкой и свойствами клапанных узлов системы. Такие системы для повышенного давления обычно имеют базовую комплектацию:

датчики давления, сигнализации и манометры давления;
предохранительный клапан;
запорную или стопорную арматуру;
фильтр для очистки воды;
шестерный масляный насос;
систему для охлаждения жидкости;
предохранительный клапан.

Меры предосторожности при сборке, установке и запуске плунжерного насоса

Если место, где будет установлен плунжерный агрегат будет стационарным, будет целесообразно выбрать для него ровную поверхность. Такое решение позволяет обеспечить плановый осмотр, аварийный ремонт и уход за оборудованием. Поверхности должна быть жесткой и подготовленной к высоким вибрациям, исходящим от установки.

Чтобы обеспечит непрерывную и нормальную подачу в насос для воды, необходимо использовать качественные гибкие шланги, что позволяет избежать лишних напряжений на всех узловых частях оборудования. К выходному сливному отверстию не рекомендуется подключать трубопроводы с жесткими свойствами.

Приводной и коленчатый вал должны находится один за другим по прямой линии, не убедившись в этом, запрещается запускать гидравлическую систему в работу. При не соблюдении этого условия, передаточный ремень не будет выполнять весь свой функционал и может выйти из строя весь механизм. Насосный вал должен вращаться свободно, легко от руки. Так же нужно правильно выбрать вращение электропривода насоса, что бы избежать обратного давления.

Изготовление насоса высокого давления своими руками

Наиболее часто берутся изготовить ручной насос высокого давления своими руками для автомоек. Для этого используют плунжерные насосы, для которого привод используют от электрического двигателя (электронасос). Мощность двигателя должна соответствовать необходимым параметрам и номинальная мощность должна быть не ниже 75% от нужного значения. Часто используется в виде насоса помпа.

Если проходимость автомобилей на автомойке не высокая, можно использовать электродвигатель, рассчитанный на напряжение 220В. Для безопасной эксплуатации и уменьшения расхождений в совпадении валов двигателя и насоса при их соединении, рекомендуется выбирать мягкие соединительные муфты. Емкость для жидкости выбирается из расчета достаточного объема воды.

Она должна иметь подключение к источнику подпитки воды и оснащаться фильтрующим элементом во избежание попадания нежелательных инородных предметов в систему насоса.

Фильтрующий элемент можно выполнить из нержавеющей сетки с мелким шагом. Важным элементом оборудования служит регулятор производительности или обратный клапан. Он предотвращает перегружать систему и не дает создавать обратное давление назад в источник водоснабжения.

Для установки всего этого оборудования потребуется прочная рама. Для ее удобного перемещения, устанавливаются колеса нужного диаметра, прочный упор для устойчивости и ручка для удобного фиксажа. Для надежности и высокой производительности необходимо использовать армированные резиновые шланги, которые рассчитаны под высокое давление.

Главным элементом такого оборудования является пистолет с форсункой. Изготавливать его собственноручно не целесообразно из-за технических сложностей. Данную деталь лучше приобрести в магазине. Необходимо помнить, что все работы, проводимые с насосами высокого давления, необходимо проводить используя чистую жидкость. Попадание в систему инородных тел приведет к поломке большей части оборудования.

Источник: nasosovnet.ru

Плунжерный насос принцип работы