Поршневые насосы жидкостные: устройство и принцип работы. Насос поршневой с электроприводом


Поршневые насосы.

Поршневые насосы



Как и следует из названия этого типа гидравлических машин, принцип работы поршневых насосов заключается в циклическом засасывании и вытеснении объемов жидкости посредством рабочих органов – поршней. Очевидно, что поршневые насосы относятся к классу объемных насосов.

Эти насосы имеют общий для объемных насосов недостаток – неравномерность подачи, но выгодно отличаются от насосов динамического типа высоким КПД и напором. В конструкциях поршневых насосов может быть предусмотрено два типа приводов – ручной и механический (включая электромеханический привод посредством электродвигателя).

Поршневые насосы с ручным приводом

Для перекачивания малых объемов жидкости и выполнения других вспомогательных функций применяют насосы с ручным приводом. Схемы таких насосов представлены на рис. 1.

поршневые насосы с ручным приводом

При начальных движениях рукоятки 4 поршень 2 совершает возвратно-поступательные движения в цилиндре 7 (рис. 1,а). В насосе имеются две рабочие камеры, расположенные по обе стороны насоса. При движении поршня в любом направлении объем одной из камер будет увеличиваться, и тогда в нее поступает (засасывается) жидкость, а другой камеры – уменьшаться, и жидкость из нее вытесняется в нагнетательную магистраль. Для регулирования направления движения жидкости в обеих камерах имеются нагнетательные 1 и 3 и всасывающие 5 и 6 клапаны. Так как часть объем правой рабочей камеры занимает объем штока, то объем жидкости, поступающий в левую камеру (см. рис. 1,а), будет несколько больше, чем в правую.

Расчетная подача за один ход поршня (при отсутствии потерь из-за перетока из одной камеры в другую) равна объему, определяемому как произведение площади днища поршня на его рабочий ход. Так, при движении поршня вправо этот объем составит:

qпр = π(D2 – d2)L/4,

при движении поршня влево:

qпр = πD2L/4,

где: D и d – диаметры соответственно поршня и штока;L – рабочий ход поршня.

Подача за одно двойное качание рукоятки (полный цикл насоса) будет равна:

qпр = π(2D2 – d2)L/4.

На рис. 1,б показана схема двухцилиндрового ручного поршневого насоса, обеспечивающего равные подачи жидкости при движении рукоятки в любую сторону.

***

Поршневые насосы с механическим приводом

При необходимости использовать поршневой насос в работе продолжительное время для его функционирования применяют механический привод, в качестве которого широкое распространение получил кривошипно-шатунный механизм (рис. 2). поршневой насос с механическим приводом Возвратно-поступательное движение поршня 4 в цилиндре осуществляется при вращении привода 1 вокруг оси О2, отстоящей на величину радиуса r от оси вращения. За один оборот привода поршень совершает два хода, из которых один служит для всасывания, а другой – для вытеснения (нагнетания) жидкости. Для обеспечения этих процессов имеются два самодействующих клапана – всасывающий 5 и нагнетательный 6.

Подача Q такого поршневого насоса простого действия определяется объемом жидкости Vп, вытесняемым при одном ходе поршня, т. е. произведением площади днища поршня Fп на его ход L, и умноженном на количество рабочих ходов за единицу времени, т. е. – на частоту вращения привода n:

Q = Vпn = FпLn = πD2Ln/4,     (м3/с или м3/мин и т. п.).

Очевидно, что подача поршневого насоса неравномерная – недостаток, присущий всем типам и конструкциям объемных насосов. Если представить движение вытесняемой из цилиндра жидкости как поток, перемещающийся по участку трубы, то подачу насоса за цикл вытеснения можно выразить через скорость перемещения поршня (потока):

Q = vпFп,

где: vп - скорость поршня.

Для определения скорости перемещения поршня используем схему на рис. 2. При повороте привода на угол φ поршень в цилиндре переместится на расстояние x, равное

x = (r + R) – r cos φ + R cos α.

Если учесть, что скорость поршня vп является производной пути x ко времени t, и принимая во внимание, что изменение угла φ поворота привода во времени равно его угловой скорости ω, после соответствующих преобразований получим:

vп = rω0 sin φ.

Отсюда следует, что

Q = vпFп = rω0 sin φ Fп.

Таким образом, подача поршневого насоса во времени изменяется по синусоидальной зависимости, при этом процесс нагнетания чередуется с процессом всасывания через каждые 180˚ поворота привода. На рис. 3 приведены графики подачи поршневых насосов: одноцилиндрового (а), двухцилиндрового (б) и трехцилиндрового (в). Из графика видно, что максимальной величины подача достигает при угле поворота φ = 90˚.

графическое отображение подачи поршневых насосов

Среднюю скорость перемещения поршня можно вычислить по формуле:

vп.ср = (ω0r∫ sin φ dφ)/π = ω0r/2π.

За один оборот привода (φ = 360˚) средняя подача однопоршневого насоса будет равна

Qср = Fпvп.ср = Fпω0r/2π.

Неравномерность подачи а поршневого насоса характеризуется отношением его максимальной подачи Qmax к величине средней подачи Qср:

a = Qmax/Qср.

Если проанализировать формулы, приведенные выше, то становится очевидным, что для данного типа насосов неравномерность подачи составляет a = π. Этот недостаток поршневых насосов стараются уменьшить применением насосов двойного действия, а также применением многоцилиндровых насосов.

***



Индикаторные диаграммы и КПД поршневых насосов

Работу поршневых насосов исследуют путем снятия индикаторных диаграмм. На рис. 4 приведена индикаторная диаграмма насоса простого действия. Индикаторная диаграмма поршневого насоса В начале всасывания (точка а) и нагнетания (точка b) наблюдается некоторое изменение давления, обусловленное инерционностью жидкости и работой клапанов насоса. Полное давление, определяющее работу, совершаемую за один оборот вала (заштрихованная область), называется индикаторным давлением Рi и определяется выражением:

Рi = Рвак + Рнагн.

В соответствии с этим индикаторная мощность Ni будет равна:

Ni = PiFпLn/60.

Для насосов двойного и многократного действия индикаторная мощность равна сумме мощностей, определенных для насосов простого действия, входящих в конструкцию.

Механический КПД насоса выражается величиной потерь мощности Nв, подводимой к валу, на трение в процессе работы, и может быть определен по формуле:

ηм = Ni/Nв.

Для поршневых насосов величина КПД обычно составляет 0,90…0,95. Помимо механических потерь в таких насосах имеются гидравлические и объемные потери, которые учитываются индикаторным КПД ηi:

ηi = Nп/Ni,

где Nп – полезная мощность.

Мощность на валу при этом составляет

Nв = Nп / ηi ηм = РiQ / ηiηм.

Отношение полезной мощности к мощности на валу называется полным КПД насоса:

η = Nп/Nв = (Nп/Ni)×(Ni/Nв) = ηм ηi.

Для приводных насосов полный КПД находится в пределах 0,65…0,85.

***

Маркировка и рабочие характеристики поршневых насосов

На рис. 5,а приведен общий вид насосного агрегата ПН 1,6/16Б, состоящего из горизонтального двухпоршневого насоса двухстороннего действия 1, клиноременной передачи 2, электродвигателя 3, коробки клапанов 4 и всасывающего патрубка 5.

Маркировка насосного агрегата означает:

  • ПН – питательный насосный агрегат;
  • 1,6 – подача, м3/ч;
  • 16 – давление на выходе из насоса;
  • Б – модернизация.

Рабочие характеристики поршневых насосов обычно представляют в виде графических зависимостей между потребляемой мощностью и основными рабочими параметрами насоса. На рис. 5,б приведена характеристика насоса, т. е. зависимость подачи Q, полного КПД η и потребляемой мощности N от давления P.

рабочие характеристики поршневых насосов

***

Аксиально-поршневые насосы



k-a-t.ru

Поршневой насос высокого давления с электроприводом

Изобретение относится к пневматическим системам, а именно к устройствам, создающим высокое давление воздуха или газа в магистрали, и может быть использовано в метрологических целях для питания средств контроля и измерения давления. Насос содержит корпус 1, рабочую камеру 2, образованную поршнем 3 меньшего диаметра и цилиндром 4. Рабочая камера 5 образована поршнем 6 большего диаметра и цилиндром 7. Камеры 2 и 5 разделены между собой клапанным узлом 8 с впускным клапаном 9 и выпускным клапаном 10, связанными соответственно с системой подачи газа и системой потребления давления газа. Поршни 3 и 6 размещены на противоположных концах штока 11. В клапанном узле 8 выполнено продольное осевое отверстие 12 для перемещения штока 11. В сужении осевого отверстия 12 размещено уплотнительное эластичное кольцо 13, герметизирующее камеру 2 и камеру 5 относительно друг друга. На конце штока 11 со стороны поршня 3 имеется перепускной канал 14. Упрощается конструкция при обеспечении высокого выходного давления, повышается надежность и снижается стоимость. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к конструктивным элементам пневматических систем, а именно к устройствам, создающим высокое давление воздуха или газа в магистрали и может быть использовано в метрологических целях для питания средств контроля и измерения давления в режиме высокого давления с необходимой и достаточной производительностью воздуха или газа при проведении их калибровки или поверки.

Конструкции поршневых устройств, создающих высокое давление, имеют в своем составе такие элементы как цилиндры, поршни, всасывающие и нагнетающие клапаны, которые образуют при нахождении поршня в верхней мертвой точке так называемое «мертвое» или «вредное» пространство, составленное из надклапанных и подклапанных пространств, коммуникационных каналов, а также зазора между днищем поршня и крышкой цилиндра, необходимого для компенсации температурного расширения поршня, которое ухудшает эксплуатационные характеристики устройств. «Вредное» пространство оказывает влияние на заполнение цилиндра атмосферным воздухом, т.к. сначала происходит расширение сжатого воздуха, не вытолкнутого поршнем из вредного пространства, снижая производительность поршневого устройства. Также при переходе поршня верхней мертвой точки устройства, если поршень приводится в движение приводом, давление вредного пространства, воздействуя на поршень, носит взрывной характер, расширяясь в цилиндре, оказывая разрушительное действие на детали кинематики привода поршня: шатун, кривошип, передаточные звенья и др., если скорость движения поршня не превышает скорости расширения воздуха.

Известны устройства - источники создания пневматического давления и разрежения, такие как пневматические насосы Wika СРР30, Druck LPP30, Crystal PN:2907 и Crystal PN:2908, Германия, Druck PV211, Merian M-600KT, Heise TP 1-40 и Fluke 700PTP-1, США, Elemer PV-60, Москва, Россия и H-2,5, Челябинск, Россия, а также устройство создания пневматического давления, патент RU 2488788 С1, предназначенные для создания избыточного давления или разрежения при проведении поверки средств измерений давления методом прямого сличения показаний эталонного и поверяемого средства измерений давления.

Эти пневматические насосы имеют одинаковый набор основных элементов, обеспечивающих создание давления: цилиндр с впускным и выпускным клапанами, поршень, рычажный привод поршня с возвратной пружиной сжатия для обеспечения движения поршня и создания давления или разрежения в системе эталонного и поверяемого средства измерения давления при проведении их калибровки или поверки. Поршень в конце хода при сжатии воздуха в насосе вплотную прилегает к крышке цилиндра, уменьшая тем самым вредное пространство, а давление воздуха, оставшееся после процесса сжатия, способствует возвратной пружине перемещению поршня в исходное положение. Как правило, герметичность поршня в цилиндрах насосов обеспечивают резиновые уплотнения, у которых скорость перемещения допускается до 0,5 м/с, а частота сжатия рычажных рукояток насоса оператором вручную не позволяет достигнуть такой скорости перемещения поршня. При невысокой стоимости недостатком ручных насосов является то, что сжатие рычажных рукояток проводятся оператором вручную.

Компрессоры также широко распространены в народном хозяйстве для сжатия и подачи воздуха или какого-либо газа под давлением. Компрессоры имеют в своем составе электродвигатель для привода поршневых узлов через передаточный элемент - ременную передачу, который обеспечивает высокую линейную скорость перемещения поршней. В этом случае герметичность поршня в цилиндре обеспечивают металлические уплотнительные кольца, скорость перемещения которых может быть допустима до 7 м/с. Поэтому влияние вредного пространства распространяется только на производительность компрессора. В целях устранения влияния вредного пространства в стенках цилиндров делают канавки для перехода сжатого во вредном пространстве газа на другую сторону поршня или перепуск газа в компрессорах с золотниковым распределением через специальные каналы в золотнике, кинематически связанном с приводом поршня.

Недостатками использования компрессоров для питания калибруемых или поверяемых средств контроля или измерения давления, содержащих незначительный объем замкнутых рабочих полостей или приемников давления, является то, что компрессоры имеют большие габариты, избыточную производительность и соответственно высокую стоимость. Кроме того, в процессе работы они создают высокий уровень шума.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является поршневой вакуум-насос, представленный в а.с. СССР №1548510 по кл. F04B 37/16, заявл. 18.09.1987 г., опубл. 07.03.1990 г. и выбранный в качестве прототипа.

Известный вакуум-насос содержит поршень со штоком, установленным в цилиндре с образованием рабочих камер, уплотненных крышками. Каждая из рабочих камер имеет свой всасывающий и нагнетательный канал. На зеркале цилиндра со стороны торцов цилиндра выполнены перепускные каналы с длиной, превышающей высоту поршня. На фиг. 1 видно, что поршни приводятся в движение от коленчатого вала через крейцкопфный узел, жестко соединенный со штоком поршня.

Принцип действия поршневого вакуум-насоса, описанного в прототипе - а.с. СССР №1548510, заключается в следующем. При перемещении поршня от привода газ поочередно засасывается в рабочие камеры и сжатый выталкивается из них поршнем. При приближении поршня к крайнему положению, например, при сжатии газа в бесштоковой камере через каналы на зеркале цилиндра рабочие камеры сообщаются между собой, и оставшийся во вредном пространстве бесштоковой камеры газ перетекает в штоковую камеру. При достижении поршнем противоположного крайнего положения при сжатии газа в штоковой камере через каналы на зеркале цилиндра рабочие камеры сообщаются между собой и оставшийся во вредном пространстве штоковой камеры газ перетекает в бесштоковую камеру. Для возможности перепуска известный поршневой вакуум-насос выполнен двойного действия.

В этой конструкции решается проблема устранения влияния вредного пространства, повышая, таким образом, производительность насоса и разгружая кинематику насоса от влияния взрывного расширения давления газа во вредном пространстве при проходе поршнем крайних положений.

Недостатком известного устройства является то, что перепускные каналы для сообщения рабочих камер выполнены на зеркале цилиндра. Это трудновыполнимая технологическая операция, требующая специального инструмента и технологической оснастки, а внутренние размеры цилиндра должны позволить выполнить эту операцию. Дорогостоящая деталь, каковой является цилиндр с каналами, повышает стоимость устройства. Кроме того, наличие в каждой из камер своего всасывающего и нагнетательного канала также усложняет конструкцию устройства.

Уплотнением поршня в устройстве служат металлические кольца, так как у резиновых уплотнений был бы повышенный износ, обусловленный трением их о каналы. Металлические уплотнительные кольца сложные в изготовлении и поэтому дорогие, а это также повышает стоимость устройства.

Тот факт, что рабочие камеры в насосе разделены между собой только одним поршнем и имеют свои отдельные впускные и выпускные клапаны, исключает возможность использования насоса в режиме ступенчатого сжатия, что также является недостатком.

Задачей заявляемого технического решения является упрощение конструкции при обеспечении высокого выходного давления, повышении надежности и снижении стоимости.

Поставленная задача решается тем, что в поршневом насосе высокого давления, содержащем корпус, в котором расположены на одной продольной оси разделенные между собой две цилиндрические рабочие камеры и размещен с возможностью перемещения от электропривода вдоль их продольной оси поршень, закрепленный на одном конце штока, при этом камеры снабжены выпускным и впускным клапанами и имеют возможность сообщения между собой посредством перепускных элементов, согласно изобретению, рабочие камеры выполнены разного диаметра и разделены между собой клапанным узлом, в котором размещены впускной и выпускной клапаны, выполнены проточки, сообщающие клапаны с камерами, в центре узла имеется продольное осевое отверстие для прохождения штока, в котором со стороны камеры меньшего диаметра выполнено сужение с размещенным в нем уплотнительным эластичным кольцом, на другом конце штока выполнен перепускной канал и закреплен второй поршень, при этом каждый из поршней соразмерен со своей камерой и имеет возможность перемещения только в ней, выпускной клапан сообщен с камерой меньшего диаметра, а впускной клапан - с камерой большего диаметра.

При этом в клапанном узле может быть размещен дополнительно перепускной клапан, сообщенный с обеими камерами.

Кроме того, в штоке перед поршнем большего диаметра может быть выполнен дополнительный перепускной канал для сообщения камер.

Выполнение рабочих камер разного размера в совокупности с разделением их между собой посредством клапанного узла, в котором размещены выпускной и впускной клапаны, сообщенные соответственно с камерой меньшего и камерой большего диаметров дает возможность сократить в сравнении с прототипом количество нагнетательных и всасывающих каналов, а наличие на другом конце штока второго поршня меньшего диаметра и перепускного канала и включение в клапанный узел перепускного клапана или перепускного канала в штоке перед поршнем большего диаметра исключает необходимость делать перепускные каналы на зеркале цилиндра, что также упрощает технологию изготовления насоса при исключении в нем воздействия на работу вредного пространства и сохранении высокой производительности насоса. При этом выполнение в клапанном узле вдоль продольной оси сквозного отверстия с сужением, в котором размещено уплотнительное эластичное кольцо со стороны камеры меньшего диаметра, позволяет обойтись без металлических уплотнительных колец, также упрощая конструкцию устройства в целом.

Технический результат - упрощение конструкции при сохранении высокой производительности и улучшении эксплуатационных характеристик.

Заявляемый поршневой насос высокого давления с электроприводом обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него наличием таких существенных признаков как выполнение рабочих камер разного диаметра и разделение между собой клапанным узлом, в котором размещены впускной и выпускной клапаны, выполнены проточки, сообщающие клапаны с камерами, в центре узла имеется продольное осевое отверстие для прохождения штока с сужением со стороны камеры меньшего диаметра с размещенным в нем уплотнительным эластичным кольцом, наличие на другом конце штока перепускного канала и второго поршня, выполнение каждого из поршней соразмерным со своей камерой и обеспечение возможности перемещения их только в ней, сообщение выпускного клапана с камерой меньшего диаметра, а впускного клапана - с камерой большего диаметра, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю не известны технические решения, содержащие указанные выше отличительные признаки, обеспечивающие в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Заявляемый насос поршневой высокого давления с электроприводом может найти широкое применение в промышленности при использовании его в метрологических целях для питания средств контроля и измерения давления газом или воздухом высокого давления с необходимой и достаточной производительностью при проведении их калибровки или поверки, поэтому соответствует критерию «промышленная применимость».

Изобретение иллюстрируется чертежами, где представлены на:

- фиг. 1 - общий вид поршневого насоса высокого давления с электроприводом и с перепускным клапаном в клапанном узле;

- фиг. 2 - общий вид поршневого насоса высокого давления с электроприводом и с перепускным каналом в штоке со стороны поршня большего диаметра;

- фиг. 3 - работа поршневого насоса на выдавливание и всасывание газа;

- фиг. 4 - работа поршневого насоса на сбрасывание давления газа;

- фиг. 5 - работа поршневого насоса при перепуске газа.

Конструктивно поршневой насос высокого давления с электроприводом (фиг. 1 - фиг. 5) содержит корпус 1, рабочую камеру 2, образованную поршнем 3 меньшего диаметра и цилиндром 4 и рабочую камеру 5, образованную поршнем 6 большего диаметра и цилиндром 7, разделенные между собой клапанным узлом 8 с впускным клапаном 9 и выпускным клапаном 10, связанными соответственно с системой подачи газа и системой потребления давления газа (на чертежах не показаны). При этом поршни 3 и 6 размещены на противоположных концах штока 11, для перемещения которого в клапанном узле 8 выполнено продольное осевое отверстие 12. В сужении осевого отверстия 12 размещено уплотнительное эластичное кольцо 13, герметизирующее камеру 2 и камеру 5 относительно друг друга. На конце штока 11 со стороны поршня 3 меньшего диаметра имеется перепускной канал 14 (фиг. 1). Также клапанный узел 8 может содержать дополнительный перепускной клапан 15 или же в штоке 11 перед поршнем 6 может быть выполнен перепускной канал 16 (фиг. 2). В зависимости от расположения электропривода 17 он может быть кинематически соединен с поршнем 3 или с поршнем 6.

Поршневой насос высокого давления с электроприводом при подаче в систему потребления давления газа работает следующим образом.

При работе электропривода 17, закрепленного на корпусе 1 (фиг. 1), поршень 3, кинематически связанный с электроприводом 17, и поршень 6, соединенный штоком 11 с поршнем 3, совершают возвратно-поступательное движение в цилиндрах 4 и 7. Впускной клапан 9 обеспечивает всасывание газа в рабочую камеру 5, а выпускной клапан 10 пропускает газ под давлением из рабочей камеры 2. Перепускной клапан 15 обеспечивает переход газа из камеры 5 в камеру 2 в одностороннем направлении. Продольное осевое отверстие 12 в процессе работы, сообщая между собой камеры 2 и 5, служит для сбрасывания оставшегося во вредном пространстве газа рабочей камеры 2 под давлением в рабочую камеру 5.

Работа поршневого насоса в сторону увеличения объема рабочей камеры 5 (фиг. 3) обеспечивает всасывание газа в камеру 5 поршнем 6 в цилиндре 7 через впускной клапан 9. В это время поршнем 3 в цилиндре 4 происходит выдавливание газа под давлением через выпускной клапан 10 из силовой камеры 2 в систему потребления газа. При этом клапаны 9 и 10 открыты, а клапан 15 под воздействием давления газа в рабочей камере 2 - закрыт.

При подходе поршней 3 и 6 к своему конечному положению (фиг. 4) выпускной клапан 10 и впускной клапан 9 закрываются. В рабочей камере 2 присутствует давление газа, который остался во вредном пространстве коммуникационных каналов и проточек, а в рабочей камере 5 - давление газа, поступившего через всасывающий клапан 9 из системы подачи газа. В это же время перепускной канал 14 проходит через уплотнительное кольцо 11 и соединяет рабочую камеру 2 с рабочей камерой 5 через осевое продольное отверстие 12. Давление газа из вредного пространства рабочей камеры 2 переходит в рабочую камеру 5 и давление в обеих камерах уравновешивается, но давление в рабочей камере 5 становится выше присутствующего здесь давления газа за счет добавки давления газа из вредного пространства рабочей камеры 2. Перепускной клапан 15 остается закрытым. Переход кинематической связи верхней мертвой точки поршня 3 происходит плавно, без воздействия давления вредного пространства взрывного характера на поршень 3, не оказывая разрушительного действия на детали кинематики привода поршня: шатун, кривошип, передаточные звенья, электропривод.

Плавно перейдя через верхнюю мертвую точку поршня 3, поршни 3 и 6 в цилиндрах 4 и 7 соответственно начинают перемещаться (фиг. 5) и газ, находящийся в рабочей камере 5 под давлением выше давления всосанного газа на величину добавки давления из вредного пространства рабочей камеры 2, начинает сжиматься и перетекать через открытый перепускной клапан 15 в рабочую камеру 2. Перепускной канал 14 проходит через уплотнительное кольцо 13 и сообщение между рабочими камерами 5 и 2 через осевое продольное отверстие 12 прерывается. Впускной клапан 9 и выпускной клапан 10 в это время закрыты. Рабочая камера 2 заполняется газом с давлением, большим по величине, чем было давление газа в рабочей камере 5 по причине того, что объем рабочей камеры 2 меньше объема рабочей камеры 5.

При смене направления движения поршней 3 и 6 газ под давлением выдавливается из рабочей камеры 2 через выпускной клапан 10 в систему потребления давления газа, перепускной клапан 15 закрывается, а рабочая камера 5 заполняется газом через всасывающий клапан 9 из системы подачи газа (фиг. 3).

В случае выполнения в штоке 11 перед поршнем 6 перепускного канала 16 (фиг. 2), после плавного перехода верхней мертвой точки поршня 3 и движения поршней 3 и 6 в цилиндрах 4 и 7 в сторону уменьшения объема рабочей камеры 5 газ, находящийся в рабочей камере 5 под давлением выше давления всосанного газа на величину добавки давления из вредного пространства рабочей камеры 2, начинает сжиматься. При подходе поршней к конечному положению перепускной канал 16 проходит через уплотнительное кольцо 13 и соединяет рабочую камеру 2 с рабочей камерой 5 через осевое отверстие 12. Давление газа из рабочей камеры 5 переходит в рабочую камеру 2 и давление в обеих камерах уравновешивается.

Таким образом, электропривод, приводя в возвратно-поступательное движение поршни 3 и 6 в цилиндрах 4 и 7 обеспечивает выход высокого давления через выпускной клапан 9 в систему потребления давления газа поршнем 3 в рабочей камере 2, производя сброс давления из вредного пространства рабочей камеры 2 в конце хода поршня 3, тем самым разгружая поршень 3 от разрушительного влияния давления во вредном пространстве при переходе поршнем 3 верхней мертвой точки и дополнительно увеличивая давление газа, всосанного из системы подачи газа в камере с поршнем в цилиндре 7 большего диаметра, которое в следующий момент подается в рабочую камеру 2 цилиндра 4.

В сравнении с прототипом заявляемый поршневой насос является более простым по конструкции при обеспечении высокого выходного давления, повышении надежности и снижении стоимости.

1. Поршневой насос высокого давления с электроприводом, содержащий корпус, в котором расположены на одной продольной оси разделенные между собой две цилиндрические рабочие камеры и размещен с возможностью перемещения от электропривода вдоль их продольной оси поршень, закрепленный на одном конце штока, при этом камеры снабжены выпускным и впускным клапанами и имеют возможность сообщения между собой посредством перепускных элементов, отличающийся тем, что рабочие камеры выполнены разного диаметра и разделены между собой клапанным узлом, в котором размещены впускной и выпускной клапаны и выполнены проточки, сообщающие клапаны с камерами, в центре узла имеется продольное осевое отверстие для прохождения штока, в котором со стороны камеры меньшего диаметра выполнено сужение с размещенным в нем уплотнительным эластичным кольцом, на другом конце штока выполнен перепускной канал и закреплен второй поршень, при этом каждый из поршней соразмерен со своей камерой и имеет возможность перемещения только в ней, выпускной клапан сообщен с камерой меньшего диаметра, а впускной клапан - с камерой большего диаметра.

2. Поршневой насос по п. 1, отличающийся тем, что в клапанном узле размещен дополнительно перепускной клапан, сообщенный с обеими камерами.

3. Поршневой насос по п. 1, отличающийся тем, что в штоке перед поршнем большего диаметра выполнен дополнительный перепускной канал.

www.findpatent.ru

Поршневой насос: принцип работы, устройство, действие

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

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

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:

  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

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 насосДвусторонний поршневой насос Устройство поршневого насоса двустороннего действияУстройство 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 поршневого насоса в садоводстве Применение насоса для перекачки водыПрименение 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

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.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

 

stankiexpert.ru

ПОРШНЕВОЙ НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ С ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Изобретение относится к конструктивным элементам пневматических систем, а именно к устройствам, создающим высокое давление воздуха или газа в магистрали и может быть использовано в метрологических целях для питания средств контроля и измерения давления в режиме высокого давления с необходимой и достаточной производительностью воздуха или газа при проведении их калибровки или поверки.

Конструкции поршневых устройств, создающих высокое давление, имеют в своем составе такие элементы как цилиндры, поршни, всасывающие и нагнетающие клапаны, которые образуют при нахождении поршня в верхней мертвой точке так называемое «мертвое» или «вредное» пространство, составленное из надклапанных и подклапанных пространств, коммуникационных каналов, а также зазора между днищем поршня и крышкой цилиндра, необходимого для компенсации температурного расширения поршня, которое ухудшает эксплуатационные характеристики устройств. «Вредное» пространство оказывает влияние на заполнение цилиндра атмосферным воздухом, т.к. сначала происходит расширение сжатого воздуха, не вытолкнутого поршнем из вредного пространства, снижая производительность поршневого устройства. Также при переходе поршня верхней мертвой точки устройства, если поршень приводится в движение приводом, давление вредного пространства, воздействуя на поршень, носит взрывной характер, расширяясь в цилиндре, оказывая разрушительное действие на детали кинематики привода поршня: шатун, кривошип, передаточные звенья и др., если скорость движения поршня не превышает скорости расширения воздуха.

Известны устройства - источники создания пневматического давления и разрежения, такие как пневматические насосы Wika СРР30, Druck LPP30, Crystal PN:2907 и Crystal PN:2908, Германия, Druck PV211, Merian M-600KT, Heise TP 1-40 и Fluke 700PTP-1, США, Elemer PV-60, Москва, Россия и H-2,5, Челябинск, Россия, а также устройство создания пневматического давления, патент RU 2488788 С1, предназначенные для создания избыточного давления или разрежения при проведении поверки средств измерений давления методом прямого сличения показаний эталонного и поверяемого средства измерений давления.

Эти пневматические насосы имеют одинаковый набор основных элементов, обеспечивающих создание давления: цилиндр с впускным и выпускным клапанами, поршень, рычажный привод поршня с возвратной пружиной сжатия для обеспечения движения поршня и создания давления или разрежения в системе эталонного и поверяемого средства измерения давления при проведении их калибровки или поверки. Поршень в конце хода при сжатии воздуха в насосе вплотную прилегает к крышке цилиндра, уменьшая тем самым вредное пространство, а давление воздуха, оставшееся после процесса сжатия, способствует возвратной пружине перемещению поршня в исходное положение. Как правило, герметичность поршня в цилиндрах насосов обеспечивают резиновые уплотнения, у которых скорость перемещения допускается до 0,5 м/с, а частота сжатия рычажных рукояток насоса оператором вручную не позволяет достигнуть такой скорости перемещения поршня. При невысокой стоимости недостатком ручных насосов является то, что сжатие рычажных рукояток проводятся оператором вручную.

Компрессоры также широко распространены в народном хозяйстве для сжатия и подачи воздуха или какого-либо газа под давлением. Компрессоры имеют в своем составе электродвигатель для привода поршневых узлов через передаточный элемент - ременную передачу, который обеспечивает высокую линейную скорость перемещения поршней. В этом случае герметичность поршня в цилиндре обеспечивают металлические уплотнительные кольца, скорость перемещения которых может быть допустима до 7 м/с. Поэтому влияние вредного пространства распространяется только на производительность компрессора. В целях устранения влияния вредного пространства в стенках цилиндров делают канавки для перехода сжатого во вредном пространстве газа на другую сторону поршня или перепуск газа в компрессорах с золотниковым распределением через специальные каналы в золотнике, кинематически связанном с приводом поршня.

Недостатками использования компрессоров для питания калибруемых или поверяемых средств контроля или измерения давления, содержащих незначительный объем замкнутых рабочих полостей или приемников давления, является то, что компрессоры имеют большие габариты, избыточную производительность и соответственно высокую стоимость. Кроме того, в процессе работы они создают высокий уровень шума.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является поршневой вакуум-насос, представленный в а.с. СССР №1548510 по кл. F04B 37/16, заявл. 18.09.1987 г., опубл. 07.03.1990 г. и выбранный в качестве прототипа.

Известный вакуум-насос содержит поршень со штоком, установленным в цилиндре с образованием рабочих камер, уплотненных крышками. Каждая из рабочих камер имеет свой всасывающий и нагнетательный канал. На зеркале цилиндра со стороны торцов цилиндра выполнены перепускные каналы с длиной, превышающей высоту поршня. На фиг. 1 видно, что поршни приводятся в движение от коленчатого вала через крейцкопфный узел, жестко соединенный со штоком поршня.

Принцип действия поршневого вакуум-насоса, описанного в прототипе - а.с. СССР №1548510, заключается в следующем. При перемещении поршня от привода газ поочередно засасывается в рабочие камеры и сжатый выталкивается из них поршнем. При приближении поршня к крайнему положению, например, при сжатии газа в бесштоковой камере через каналы на зеркале цилиндра рабочие камеры сообщаются между собой, и оставшийся во вредном пространстве бесштоковой камеры газ перетекает в штоковую камеру. При достижении поршнем противоположного крайнего положения при сжатии газа в штоковой камере через каналы на зеркале цилиндра рабочие камеры сообщаются между собой и оставшийся во вредном пространстве штоковой камеры газ перетекает в бесштоковую камеру. Для возможности перепуска известный поршневой вакуум-насос выполнен двойного действия.

В этой конструкции решается проблема устранения влияния вредного пространства, повышая, таким образом, производительность насоса и разгружая кинематику насоса от влияния взрывного расширения давления газа во вредном пространстве при проходе поршнем крайних положений.

Недостатком известного устройства является то, что перепускные каналы для сообщения рабочих камер выполнены на зеркале цилиндра. Это трудновыполнимая технологическая операция, требующая специального инструмента и технологической оснастки, а внутренние размеры цилиндра должны позволить выполнить эту операцию. Дорогостоящая деталь, каковой является цилиндр с каналами, повышает стоимость устройства. Кроме того, наличие в каждой из камер своего всасывающего и нагнетательного канала также усложняет конструкцию устройства.

Уплотнением поршня в устройстве служат металлические кольца, так как у резиновых уплотнений был бы повышенный износ, обусловленный трением их о каналы. Металлические уплотнительные кольца сложные в изготовлении и поэтому дорогие, а это также повышает стоимость устройства.

Тот факт, что рабочие камеры в насосе разделены между собой только одним поршнем и имеют свои отдельные впускные и выпускные клапаны, исключает возможность использования насоса в режиме ступенчатого сжатия, что также является недостатком.

Задачей заявляемого технического решения является упрощение конструкции при обеспечении высокого выходного давления, повышении надежности и снижении стоимости.

Поставленная задача решается тем, что в поршневом насосе высокого давления, содержащем корпус, в котором расположены на одной продольной оси разделенные между собой две цилиндрические рабочие камеры и размещен с возможностью перемещения от электропривода вдоль их продольной оси поршень, закрепленный на одном конце штока, при этом камеры снабжены выпускным и впускным клапанами и имеют возможность сообщения между собой посредством перепускных элементов, согласно изобретению, рабочие камеры выполнены разного диаметра и разделены между собой клапанным узлом, в котором размещены впускной и выпускной клапаны, выполнены проточки, сообщающие клапаны с камерами, в центре узла имеется продольное осевое отверстие для прохождения штока, в котором со стороны камеры меньшего диаметра выполнено сужение с размещенным в нем уплотнительным эластичным кольцом, на другом конце штока выполнен перепускной канал и закреплен второй поршень, при этом каждый из поршней соразмерен со своей камерой и имеет возможность перемещения только в ней, выпускной клапан сообщен с камерой меньшего диаметра, а впускной клапан - с камерой большего диаметра.

При этом в клапанном узле может быть размещен дополнительно перепускной клапан, сообщенный с обеими камерами.

Кроме того, в штоке перед поршнем большего диаметра может быть выполнен дополнительный перепускной канал для сообщения камер.

Выполнение рабочих камер разного размера в совокупности с разделением их между собой посредством клапанного узла, в котором размещены выпускной и впускной клапаны, сообщенные соответственно с камерой меньшего и камерой большего диаметров дает возможность сократить в сравнении с прототипом количество нагнетательных и всасывающих каналов, а наличие на другом конце штока второго поршня меньшего диаметра и перепускного канала и включение в клапанный узел перепускного клапана или перепускного канала в штоке перед поршнем большего диаметра исключает необходимость делать перепускные каналы на зеркале цилиндра, что также упрощает технологию изготовления насоса при исключении в нем воздействия на работу вредного пространства и сохранении высокой производительности насоса. При этом выполнение в клапанном узле вдоль продольной оси сквозного отверстия с сужением, в котором размещено уплотнительное эластичное кольцо со стороны камеры меньшего диаметра, позволяет обойтись без металлических уплотнительных колец, также упрощая конструкцию устройства в целом.

Технический результат - упрощение конструкции при сохранении высокой производительности и улучшении эксплуатационных характеристик.

Заявляемый поршневой насос высокого давления с электроприводом обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него наличием таких существенных признаков как выполнение рабочих камер разного диаметра и разделение между собой клапанным узлом, в котором размещены впускной и выпускной клапаны, выполнены проточки, сообщающие клапаны с камерами, в центре узла имеется продольное осевое отверстие для прохождения штока с сужением со стороны камеры меньшего диаметра с размещенным в нем уплотнительным эластичным кольцом, наличие на другом конце штока перепускного канала и второго поршня, выполнение каждого из поршней соразмерным со своей камерой и обеспечение возможности перемещения их только в ней, сообщение выпускного клапана с камерой меньшего диаметра, а впускного клапана - с камерой большего диаметра, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю не известны технические решения, содержащие указанные выше отличительные признаки, обеспечивающие в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Заявляемый насос поршневой высокого давления с электроприводом может найти широкое применение в промышленности при использовании его в метрологических целях для питания средств контроля и измерения давления газом или воздухом высокого давления с необходимой и достаточной производительностью при проведении их калибровки или поверки, поэтому соответствует критерию «промышленная применимость».

Изобретение иллюстрируется чертежами, где представлены на:

- фиг. 1 - общий вид поршневого насоса высокого давления с электроприводом и с перепускным клапаном в клапанном узле;

- фиг. 2 - общий вид поршневого насоса высокого давления с электроприводом и с перепускным каналом в штоке со стороны поршня большего диаметра;

- фиг. 3 - работа поршневого насоса на выдавливание и всасывание газа;

- фиг. 4 - работа поршневого насоса на сбрасывание давления газа;

- фиг. 5 - работа поршневого насоса при перепуске газа.

Конструктивно поршневой насос высокого давления с электроприводом (фиг. 1 - фиг. 5) содержит корпус 1, рабочую камеру 2, образованную поршнем 3 меньшего диаметра и цилиндром 4 и рабочую камеру 5, образованную поршнем 6 большего диаметра и цилиндром 7, разделенные между собой клапанным узлом 8 с впускным клапаном 9 и выпускным клапаном 10, связанными соответственно с системой подачи газа и системой потребления давления газа (на чертежах не показаны). При этом поршни 3 и 6 размещены на противоположных концах штока 11, для перемещения которого в клапанном узле 8 выполнено продольное осевое отверстие 12. В сужении осевого отверстия 12 размещено уплотнительное эластичное кольцо 13, герметизирующее камеру 2 и камеру 5 относительно друг друга. На конце штока 11 со стороны поршня 3 меньшего диаметра имеется перепускной канал 14 (фиг. 1). Также клапанный узел 8 может содержать дополнительный перепускной клапан 15 или же в штоке 11 перед поршнем 6 может быть выполнен перепускной канал 16 (фиг. 2). В зависимости от расположения электропривода 17 он может быть кинематически соединен с поршнем 3 или с поршнем 6.

Поршневой насос высокого давления с электроприводом при подаче в систему потребления давления газа работает следующим образом.

При работе электропривода 17, закрепленного на корпусе 1 (фиг. 1), поршень 3, кинематически связанный с электроприводом 17, и поршень 6, соединенный штоком 11 с поршнем 3, совершают возвратно-поступательное движение в цилиндрах 4 и 7. Впускной клапан 9 обеспечивает всасывание газа в рабочую камеру 5, а выпускной клапан 10 пропускает газ под давлением из рабочей камеры 2. Перепускной клапан 15 обеспечивает переход газа из камеры 5 в камеру 2 в одностороннем направлении. Продольное осевое отверстие 12 в процессе работы, сообщая между собой камеры 2 и 5, служит для сбрасывания оставшегося во вредном пространстве газа рабочей камеры 2 под давлением в рабочую камеру 5.

Работа поршневого насоса в сторону увеличения объема рабочей камеры 5 (фиг. 3) обеспечивает всасывание газа в камеру 5 поршнем 6 в цилиндре 7 через впускной клапан 9. В это время поршнем 3 в цилиндре 4 происходит выдавливание газа под давлением через выпускной клапан 10 из силовой камеры 2 в систему потребления газа. При этом клапаны 9 и 10 открыты, а клапан 15 под воздействием давления газа в рабочей камере 2 - закрыт.

При подходе поршней 3 и 6 к своему конечному положению (фиг. 4) выпускной клапан 10 и впускной клапан 9 закрываются. В рабочей камере 2 присутствует давление газа, который остался во вредном пространстве коммуникационных каналов и проточек, а в рабочей камере 5 - давление газа, поступившего через всасывающий клапан 9 из системы подачи газа. В это же время перепускной канал 14 проходит через уплотнительное кольцо 11 и соединяет рабочую камеру 2 с рабочей камерой 5 через осевое продольное отверстие 12. Давление газа из вредного пространства рабочей камеры 2 переходит в рабочую камеру 5 и давление в обеих камерах уравновешивается, но давление в рабочей камере 5 становится выше присутствующего здесь давления газа за счет добавки давления газа из вредного пространства рабочей камеры 2. Перепускной клапан 15 остается закрытым. Переход кинематической связи верхней мертвой точки поршня 3 происходит плавно, без воздействия давления вредного пространства взрывного характера на поршень 3, не оказывая разрушительного действия на детали кинематики привода поршня: шатун, кривошип, передаточные звенья, электропривод.

Плавно перейдя через верхнюю мертвую точку поршня 3, поршни 3 и 6 в цилиндрах 4 и 7 соответственно начинают перемещаться (фиг. 5) и газ, находящийся в рабочей камере 5 под давлением выше давления всосанного газа на величину добавки давления из вредного пространства рабочей камеры 2, начинает сжиматься и перетекать через открытый перепускной клапан 15 в рабочую камеру 2. Перепускной канал 14 проходит через уплотнительное кольцо 13 и сообщение между рабочими камерами 5 и 2 через осевое продольное отверстие 12 прерывается. Впускной клапан 9 и выпускной клапан 10 в это время закрыты. Рабочая камера 2 заполняется газом с давлением, большим по величине, чем было давление газа в рабочей камере 5 по причине того, что объем рабочей камеры 2 меньше объема рабочей камеры 5.

При смене направления движения поршней 3 и 6 газ под давлением выдавливается из рабочей камеры 2 через выпускной клапан 10 в систему потребления давления газа, перепускной клапан 15 закрывается, а рабочая камера 5 заполняется газом через всасывающий клапан 9 из системы подачи газа (фиг. 3).

В случае выполнения в штоке 11 перед поршнем 6 перепускного канала 16 (фиг. 2), после плавного перехода верхней мертвой точки поршня 3 и движения поршней 3 и 6 в цилиндрах 4 и 7 в сторону уменьшения объема рабочей камеры 5 газ, находящийся в рабочей камере 5 под давлением выше давления всосанного газа на величину добавки давления из вредного пространства рабочей камеры 2, начинает сжиматься. При подходе поршней к конечному положению перепускной канал 16 проходит через уплотнительное кольцо 13 и соединяет рабочую камеру 2 с рабочей камерой 5 через осевое отверстие 12. Давление газа из рабочей камеры 5 переходит в рабочую камеру 2 и давление в обеих камерах уравновешивается.

Таким образом, электропривод, приводя в возвратно-поступательное движение поршни 3 и 6 в цилиндрах 4 и 7 обеспечивает выход высокого давления через выпускной клапан 9 в систему потребления давления газа поршнем 3 в рабочей камере 2, производя сброс давления из вредного пространства рабочей камеры 2 в конце хода поршня 3, тем самым разгружая поршень 3 от разрушительного влияния давления во вредном пространстве при переходе поршнем 3 верхней мертвой точки и дополнительно увеличивая давление газа, всосанного из системы подачи газа в камере с поршнем в цилиндре 7 большего диаметра, которое в следующий момент подается в рабочую камеру 2 цилиндра 4.

В сравнении с прототипом заявляемый поршневой насос является более простым по конструкции при обеспечении высокого выходного давления, повышении надежности и снижении стоимости.

ПОРШНЕВОЙ НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ С ЭЛЕКТРОПРИВОДОМПОРШНЕВОЙ НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ С ЭЛЕКТРОПРИВОДОМПОРШНЕВОЙ НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ С ЭЛЕКТРОПРИВОДОМПОРШНЕВОЙ НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ С ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

edrid.ru

Поршневой насос жидкостный: устройство и принцип действия

Жидкостный поршневой насос – это одно из древнейших устройств, назначением которых является перекачивание жидких сред. Поршневые насосы работают на основе простейшего принципа вытеснения жидкостей, которое осуществляется механическим способом. По сравнению с первыми моделями подобных устройств, современные жидкостные насосы поршневого типа отличаются значительно более сложной конструкцией, они более надежны и эффективны в использовании. Так, поршневые насосы, выпускаемые современными производителями, имеют не только эргономичный и прочный корпус, но и развитую элементную базу, а также предоставляют более широкие возможности для монтажа в трубопроводные системы. Благодаря такой универсальности насосы жидкостные поршневого типа активно используются в трубопроводных системах как промышленного, так и бытового назначения.

Поршневой насос для незамкнутых гидравлических систем

Поршневой насос для незамкнутых гидравлических систем

Конструктивные особенности

Основным элементом жидкостного поршневого насоса является полый металлический цилиндр, в котором и протекают все рабочие процессы, осуществляемые с перекачиваемой жидкостью. Физическое же воздействие на жидкость осуществляет поршень плунжерного типа. Благодаря этому элементу данный жидкостный насос и получил свое название.

Принцип работы поршневого насоса основывается на возвратно-поступательном движении его рабочего органа, действующего как гидравлический пресс. При этом в конструкции такой машины, в отличие от классических гидравлических устройств, присутствует механизм клапанного распределения, а также ряд дополнительных конструктивных элементов (в частности, кривошип и шатун, составляющие основу силовой части насоса жидкостного поршневого типа).

Устройство аксиально-поршневого насоса

Устройство аксиально-поршневого 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

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.

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.

Преимущества и недостатки

Если говорить о достоинствах, которыми обладают насосы поршневого типа, служащие для перекачивания жидких сред, то к наиболее значимым можно отнести:

  • простоту конструкции, которую демонстрируют даже картинки и схематическое изображение подобных устройств;
  • высокую надежность, которая определяется не только использованием высокопрочных материалов для производства таких машин, но и принципом действия поршневого насоса;
  • возможность работы с носителями, при использовании которых предъявляются особые требования к условиям пуска насосного оборудования.
Основным недостатком рассматриваемого насосного оборудования, упомянутым выше, является его невысокая производительность. Конечно, расширить технические возможности таких устройств можно, но зачем это делать, если данная задача решается с меньшими финансовыми затратами посредством насосного оборудования другого вида.

Выбирая жидкостные насосы поршневого типа, сначала определитесь с тем, для чего такое оборудование будет использоваться. Если не предполагается перекачивание слишком больших объемов жидкости, то доступные по стоимости и надежные жидкостные насосы поршневого типа оптимально подойдут для реализации ваших целей.

Оценка статьи:

Загрузка...

Поделиться с друзьями:

met-all.org

Поршневые насосы

Поршневые насосы

Принцип действия и типы насосов

В поршневом насосе всасывание и нагнетание жидкости происходит при возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре насоса. При движении поршня вправо в замкнутом пространстве между крышкой цилиндра и поршнем создаётся разрежение. Под действием разности давлений в приёмной ёмкости и цилиндре жидкость поднимается по всасывающему трубопроводу и поступает в цилиндр через открывающийся при этом всасывающий клапан. Нагнетательный клапан при ходе поршня вправо закрыт, т.к. на него действует сила давления жидкости, находящейся в нагнетательном трубопроводе. При ходе поршня влево в цилиндре возникает давление, под действием которого закрывается всасывающий клапан и открывается нагнетательный клапан. Жидкость через нагнетательный клапан поступает в напорный трубопровод и далее в напорную ёмкость. Таким образом, всасывание и нагнетание жидкости поршневым насосом происходит неравномерно: всасывание - при движении поршня слева направо, нагнетание – при обратном направлении движения поршня. Поршень насоса приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом, преобразующим вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение поршня.

По числу всасываний или нагнетаний, осуществляемых за один оборот кривошипа или за два хода поршня, поршневые насосы делятся на насосы простого и двойного действия. В зависимости от конструкции поршня различают собственно поршневые иплунжерные (скальчатые) насосы.

В поршневых насосах основным рабочим органом является поршень, снабжённый уплотнительными кольцами, пришлифованными к внутренней зеркальной поверхности цилиндра. Плунжер, или скалка, не имеет уплотнительных колец и отличается от поршня большим отношением длины к диаметру.

Плунжерные насосы не требуют такой тщательной обработки внутренней поверхности цилиндра, как поршневые, а неплотности легко устраняются подтягиванием или заменой набивки сальника без демонтажа насоса. В связи с тем, что для плунжерных насосов нет необходимости в тщательной пригонке поршня и цилиндра, их применяют для перекачивания загрязнённых и вязких жидкостей, а также для создания более высоких давлений.

Более равномерной подачей обладают насосы двойного и тройного действия. В насосах двойного действия всасывание и нагнетание происходят при каждом ходе поршня. Кривошипы триплекс-насосов расположены под углом 120о друг относительно друга, за один оборот коленчатого вала жидкость три раза всасывается и три раза нагнетается.

По роду привода поршневые насосы делятся на приводные (от электродвигателя) и прямодействующие (от паровой машины). Прямодействующие насосы используют на огне- и взрывоопасных производствах, а также при наличии дешёвого отбросного пара.

По числу оборотов кривошипа (числу двойных ходов поршня) различают тихоходные (n= 45-60 мин-1), нормальные (n= 60-120 мин-1) ибыстроходные (n = 120-180 мин-1) поршневые насосы.

Производительность.

В поршневых насосах жидкость при всасывании занимает в цилиндре объём, освобождаемый поршнем. Теоретическая производительность насоса простого действия

Qт = FХLХn, м3/сек

где

F – площадь сечения поршня, м2,

L – длина хода поршня, м,

n – число оборотов, мин-1.

Теоретическая производительность насоса двойного действия

Qт = FХLХn + (F–f)хLХn = Ln (2ХF –f), м3/сек

где

f – площадь поперечного сечения штока, м2.

Т.к. f << F, то производительность насоса двойного действия вдвое выше производительности насоса простого действия.

Действительная производительность насоса

Q = Qт 

где

 - коэффициент подачи или объёмный к.п.д., учитывающий утечки жидкости через неплотности в сальниках, клапанах, местах стыковки трубопроводов, образование в цилиндре воздушных «мешков».

 = 0,97 – 0,99 для насосов большой производительности,

 = 0,9 – 0,95 для насосов средней производительности (Q = 20 -300 м3/ч),

 = 0,85 – 0,9 для насосов малой производительности.

Производительность поршневого насоса – величина постоянная, независящая от напора.

Для уменьшения неравномерности подачи и смягчения гидравлических ударов (например, при быстром закрытии вентиля на напорном трубопроводе) поршневые насосы снабжаются воздушными колпаками, которые устанавливают на входе жидкости в насос и выходе её из насоса. Воздушный колпак представляет собой буферный промежуточный сосуд, около 50% ёмкости которого занимает воздух. При ускорении движения поршня, т.е. когда в воздушный колпак поступает наибольшее количество жидкости, воздух сжимается. Избыток жидкости поступает в колпак и удаляется из него, когда подача становится ниже средней. При этом давление воздуха, находящегося в колпаке, изменяется незначительно (поскольку его объём гораздо больше объёма поступающей жидкости) и движение жидкости в нагнетательном или всасывающем трубопроводе становится близким к равномерному.

Диафрагмовые (мембранные) насосы относятся к поршневым насосом простого действия и применяются для перекачивания суспензий и химически агрессивных жидкостей. Цилиндр и плунжер насоса отделены от перекачиваемой жидкости эластичной перегородкой - диафрагмой (мембраной) из мягкой резины или специальной стали, вследствие чего плунжер не соприкасается с перекачиваемой жидкостью и не подвергается воздействию химически активных сред или эрозии. При движении плунжера вверх диафрагма под действием разности давлений по обе её стороны прогибается вправо, и жидкость всасывается в насос через шаровой клапан. При движении плунжера вниз диафрагма прогибается влево и жидкость через нагнетательный клапан вытесняется в напорный трубопровод. Все части насоса, соприкасающиеся с перекачиваемой жидкостью – корпус, клапанные коробки, шаровые клапаны, изготавливают из кислотостойких материалов или защищают кислотостойкими покрытиями.

Мембранные насосы с воздушным приводом. Две мембраны, соединённые валом, перемещаются вперёд и назад под воздействием попеременного нагнетания воздуха в камеры позади мембран с использованием автоматического воздушного клапана. На всасывании: первая мембрана создаёт разрежение, когда она движется от стенки корпуса. На выпуске: вторая мембрана одновременно передаёт давление воздуха на жидкость, находящуюся в корпусе, проталкивая её по направлению к выпускному отверстию. Во время каждого цикла давление воздуха на заднюю стенку выпускающей мембраны равно давлению, напору со стороны жидкости. Преимущества мембранных насосов:

-         безопасная работа всухую,

-         тонкая регулировка потока,

-         самовсасывание до 8 метров водяного столба,

-         способность к перекачиванию реактивных жидкостей, благодаря плавному, неротационному принципу действия,

-   способность перекачивать химические, агрессивные жидкости с высокой вязкостью, абразивы, твёрдые фрагменты, чувствительные к расслоению и вязкие жидкости.

В бессальниковых насосах достигается полное устранение утечки перекачиваемой жидкости. В корпусе насоса помещается рабочее колесо, на котором укреплено добавочное колесо, снабжённое радиальными лопатками, которое откачивает протекшую за колесо жидкость в полость нагнетания насоса., устраняя тем самым утечку перекачиваемой жидкости через зазоры между валом и корпусом при работе насоса. При остановке насоса утечка жидкости предотвращается специальным (стояночным) уплотнением, которое запирает зазор между корпусом и валом в момент выключения насоса. Герметичность этого уплотнения достигается с помощью двух конических поверхностей – удлинённой втулки рабочего колеса и втулки, плотно прилегающих с помощью пружины. В момент пуска насоса вал несколько перемещается влево, и уплотняющие поверхности отходят друг от друга, размыкая стояночное уплотнение.

Все детали насоса, соприкасающиеся с перекачиваемой жидкостью, изготовляются из антикоррозионных материалов.

Разновидностью бессальникового центробежного насоса можно считать погружной насос, рабочее колесо которого укреплено на нижнем конце вертикального вала и погружено в перекачиваемую жидкость. Привод насоса размещён значительно выше уровня жидкости в приёмной ёмкости. Жидкость засасывается через патрубок и подаётся по напорным трубам, на которых подвешен корпус насоса.

Герметические насосы применяют для перекачивания химически агрессивных и токсичных жидкостей. Рабочее колесо такого насоса установлено непосредственно на валу асинхронного электродвигателя, ротор которого погружён в перекачиваемую жидкость. Ротор отделён от статора герметическим экраном – цилиндрической оболочкой из немагнитной нержавеющей стали. Перекачиваемая жидкость служит смазкой для подшипников ротора и одновременно охлаждает его.

В герметических насосах с экранированным электродвигателем увеличиваются электрические потери, и снижается к.п.д. двигателя, однако достигается полная герметичность, которая невозможна у насосов с сальниковыми уплотнениями. Герметические насосы надёжны в эксплуатации (особенно при повышенных давлениях на стороне всасывания).

Насосы с экранированным электродвигателем относятся к насосам с герметизацией по внутреннему контуру, у которых в рабочую жидкость погружён только ротор электродвигателя.

Существуют конструкции герметических насосов, в которых герметизация осуществляется по внешнему контуру путём заполнения всей полости электродвигателя жидкостью. В насосах этого типа ротор и статор погружены в перекачиваемую среду. Иногда полость ротора и статора заполняют нейтральным газом, а погружённым в жидкость оставляют только рабочее колесо. Применение инертного газа предохраняет от разрушения изоляции статора и ротора, но ухудшает отвод выделяемого при работе электродвигателя тепла.

Пропеллерные (осевые) насосы применяют для перекачивания больших количеств жидкостей при небольших напорах, главным образом, для создания циркуляции жидкостей в различных аппаратах, например, при выпаривании. Рабочее колесо насоса, по форме близкое к гребному винту расположено в корпусе. Жидкость захватывается лопастями рабочего колеса и перемещается в осевом направлении, одновременно участвуя во вращательном движении. За насосом установлен направляющий аппарат для преобразования вращательного движения жидкости в поступательное.

В вихревых насосах для передачи энергии от рабочего колеса к жидкости и создания напора используется энергия вихревого движения жидкости. Создаваемый напор частично обеспечивается центробежными силами, но большая его часть определяется энергией вихрей, образующихся в жидкости при вращении рабочего колеса.

Рабочее колесо с выфрезерованными лопастями вращается в корпусе насоса. По периферии колеса расположен кольцевой канал, заканчивающийся нагнетательным патрубком. Область входного окна и напорный патрубок отделяются уплотняющим участком, где зазор между корпусом и колесом не превышает 0,2 мм. Таким образом, создаётся уплотнение, предотвращающее переток жидкости из полости нагнетания в полость всасывания насоса. Жидкость поступает через окно к основаниям лопастей, отбрасывается центробежной силой в кольцевой канал, в котором приобретает вихревое движение и перемещается вдоль канала к выходному патрубку. На этом пути жидкость неоднократно попадает в пространство между лопастями, где ей дополнительно сообщается механическая энергия. В результате многократного контакта между перекачиваемой жидкостью и рабочим колесом достигаются более высокие напоры, чем у центробежных насосов.

В вихревых насосах некоторых конструкций (со специальными приспособлениями) возможно самовсасывание жидкости. Отличительной особенностью вихревых насосов является также резкое возрастание напора и потребляемой мощности с уменьшением производительности.

В лабиринтных насосах вихревое движение жидкости преобразуется в напор. Основным рабочим органом лабиринтного насоса служит винт с многозаходной нарезкой, вращающийся в неподвижной втулке с такой же нарезкой, но противоположного направления. Лабиринтные насосы отличаются простотой форм рабочих органов и отсутствием механического трения между винтом и втулкой, что позволяет изготавливать эти насосы из различных материалов (пластмасс, керамики, графита, резины и т.п.) и применять их для перекачивания различных химически активных сред (например, плавиковой кислоты).

В корпусе шестерённого насоса заключены две шестерни, одна из которых (ведущая) приводится во вращение от электродвигателя. Когда зубья шестерен выходят из зацепления, образуется разрежение, под действием которого происходит всасывание жидкости. Она поступает в корпус, захватывается зубьями шестерен и перемещается вдоль стенок корпуса в направлении вращения. В области, где зубья входят в зацепление, жидкость вытесняется и поступает в напорный трубопровод.

Рабочим органом винтового насоса являются ведущий винт и несколько ведомых винтов, заключённых в обойму, расположенную внутри корпуса.

Преимущественное распространение в промышленности получили насосы, имеющие три винта – один ведущий и два ведомых. Обойма такого насоса имеет полость, внутри которой вращаются три винта, имеющие параллельные оси: средний – ведущий и два одинаковых ведомых винта меньшего наружного диаметра. Винты находятся в зацеплении. Нарезка винтов имеет специальную форму и образует в местах взаимного касания винтов герметические уплотнения, которые разделяют насос по длине на ряд замкнутых полостей. Направление нарезки каждого ведомого винта противоположно направлению нарезки ведущего. Все винты обычно выполняются двухзаходными. Соотношения размеров винтов выбраны такие, что ведомые винты получают вращение не от ведущего винта, а под действием давления перекачиваемой жидкости. Поэтому нет необходимости в установке зубчатой передачи между ведущим и ведомыми винтами.

При вращении винтов жидкость, заполняющая впадины в нарезках, перемещается за один оборот вдоль оси насоса на расстояние, равное шагу винта. Ведомые винты при этом играют роль герметизирующих уплотняющих обкладок, препятствующих перетеканию жидкости из камеры нагнетания в камеру всасывания. Из камеры нагнетания жидкость вытесняется в напорный трубопровод.

Давление, развиваемое винтовыми насосами, зависит от числа шагов винтовой нарезки и увеличивается с возрастанием отношения длины винта к его диаметру.

Одновинтовые (героторные) насосы. В корпусе насоса, в котором заключен цилиндр с внутренней профилированной винтовой поверхностью, называемый обоймой, устанавливается однозаходный винт. Между обоймой и винтом образуются замкнутые полости, заполняемые при работе насоса жидкостью, при вращении винта они перемещаются вдоль оси насоса. Проточная часть насоса может быть изготовлена из различных коррозионностойких материалов, что позволяет использовать эти насосы для перекачивания агрессивных жидкостей.

Пластинчатый насос представляет собой массивный цилиндр с прорезями постоянной ширины (ротор), который расположен эксцентрично в корпусе. Вал ротора через сальник в торцевой крышке выводится из корпуса для соединения с валом электродвигателя. В прорези цилиндра вставляются прямоугольные пластины, которые при вращении ротора под действием центробежной силы плотно прижимаются к внутренне поверхности цилиндра, разделяя серповидное рабочее пространство между ротором и корпусом на камеры. Объём каждой камеры увеличивается при движении пластины от всасывающего патрубка к вертикальной оси насоса, в результате чего в камере образуется разрежение и происходит всасывание жидкости через патрубок. При движении пластины от вертикальной оси в направлении вращения объём камеры уменьшается и жидкость вытесняется из насоса в напорный трубопровод.

В струйных насосах для перемещения жидкостей и создания напора используют кинетическую энергию другой жидкости, которую называют рабочей (пар, вода). Рабочая жидкость поступает с большой скоростью из сопла через камеру смешения в диффузор, увлекая за счёт поверхностного трения перекачиваемую жидкость. В наиболее узкой части диффузора скорость смеси рабочей и перекачиваемой жидкостей достигает наибольшего значения, а статическое давление потока становится наименьшим. Перепад давлений в камере смешения и диффузоре обеспечивает подачу жидкости в камеру смешения из всасывающей линии. В диффузоре скорость потока уменьшается, но увеличивается потенциальная энергия давления, и жидкость под напором поступает в нагнетательный трубопровод.

Пароструйные насосы применяют в тех случаях, когда допустимо смешение перекачиваемой жидкости с водой, образующейся при конденсации пара и одновременно её нагревание. Такие насосы часто используют для подачи воды в паровые котлы.

Монтежю представляет собой горизонтальный или вертикальный резервуар, в котором для перекачивания жидкости используется энергия сжатого воздуха или инертного газа. Монтежю работает периодически. Жидкость поступает в монтежю по трубе наполнения через открытый кран, для чего открывают кран-воздушник (если наполнение происходит под атмосферным давлением) или кран, соединяющий монтежю с вакуум-линией (если наполнение происходит под вакуумом). При передавливании жидкости все эти краны закрывают и открывают кран на нагнетательной трубе и кран подачи сжатого газа, давление которого контролируют по манометру. После опорожнения монтежю закрывают эти краны и открывают кран для сообщения монтежю с атмосферой.

Достоинством монтежю является отсутствие в них движущихся частей, которые наиболее быстро разрушаются из-за истирания и коррозии. Поэтому монежю применяют для перекачивания загрязнённых, химически агрессивных и радиоактивных жидкостей, несмотря на низкий к.п.д. (10-20%).

Воздушный подъёмник (эрлифт) состоит из трубы для подачи сжатого воздуха и смесителя, где образуется газо-жидкостная смесь, которая вследствие меньшего удельного веса поднимается по трубе. На выходе из неё газо-жидкостная смесь огибает отбойник. При этом из смеси выделяется воздух, а жидкость поступает в сборник. Воздушные подъёмники имеют сравнительно низкий к.п.д. (25-35%). Достоинством их является отсутствие движущихся частей.

ecomash.ru

Поршневый насос, гидравлический, устройство, принцип работы, ремонт

В поршневых возвратно-поступательных насосах силовое взаимодействие рабочего органа с жидкостью происходит в неподвижных рабочих камерах, которые попеременно сообщаются с полостями всасывания и нагнетания за счет впускного и выпускного клапанов.

В качестве рабочего органа (вытеснителя) в возвратно-поступательных насосах используются поршень, плунжер или гибкая диафрагма. Поэтому такие насосы подразделяются на поршневые, плунжерные и диафрагменные. Возвратно-поступательные насосы также подразделяются по способу привода на прямодействующие и вальные. Привод прямодействующего насоса осуществляется за счет возвратно-поступательного воздействия непосредственно на вытеснитель. Примером такого насоса является простейший насос с ручным приводом. Вальный насос приводится за счет вращения ведущего вала, которое преобразуется в возвратно-поступательное движение при помощи кулачкового или кривошипно-шатунного механизма.

Поршневой насос конструкция

Рассмотрим устройство и принцип работы поршневого насоса с вальным приводом

на рис. 1, а Поршневые насосы

приведена конструктивная схема поршневого насоса с кривошипно-шатунным механизмом. Приводной вал 7 через кривошип 6 радиусом ( r ) и шатун 5 приводит в движение поршень 3 площадью ( Sп ) который движется возвратно-поступательно в корпусе (цилиндре) 4. Насос имеет два подпружиненных клапана: впускной 1 и выпускной 2. Рабочей камерой данного насоса является пространство слева от поршня, ограниченное корпусом 4 и крайними положениями поршня 3 оно на рисунке затемнено. При движении поршня 3 вправо жидкость через впускной клапан 1 заполняет рабочую камеру, т. е. обеспечивается всасывание. При движении поршня 3 влево жидкость нагнетается в напорный трубопровод через клапан 2.

   Рассматриваемый насос имеет одну рабочую камеру ( z = 1 ), и за один оборот вала поршень 3 совершает один рабочий ход, т.е. это насос однократного действия (к = 1). Из анализа рис. 1, а следует, что рабочий ход ( L ) поршня 3 равен двум радиусам кривошипа 6. Тогда в соответствии с (рис. 1) рабочий объем насоса равен объему рабочей камеры и может быть вычислен по формуле

WQ = WK = Sп * 2r

Характеристики поршневого насоса

Насосы с поршнем в качестве вытеснителя являются самыми распространенными из возвратно-поступательных насосов. Они могут создавать значительные давления (до 30...40 МПа). Однако выпускаются также насосы, рассчитанные на значительно меньшие давления (до 1... 5 МПа). Скоростные параметры этих насосов (число рабочих циклов в единицу времени) во многом определяются конструкцией клапанов, так как они являются наиболее инерционными элементами. Насосы с подпружиненными клапанами допускают до 100...300 рабочих циклов в минуту. Насосы с клапанами специальной конструкции позволяют получить до 300...500 циклов в минуту.

   В поршневых насосах существуют все три вида потерь: объемные, гидравлические и механические потери. Объемные КПД ( η0 ) большинства поршневых насосов составляют 0,85...0,98. Гидравлические КПД ( ηг ), определяемые потерями напора в клапанах, находятся в пределах 0,8...0,9, а механические КПД ( ηм ) – 0,94...0,96. Полный КПД ( ηн ) для большинства поршневых насосов составляет 0,75...0,92. Определяется по формуле

ηн = η м *ηг *η0

    Значительно реже применяются насосы с плунжером в качестве вытеснителя. У этих насосов существенно больше поверхность контакта между корпусом и вытеснителем, что позволяет значительно лучше уплотнить рабочую камеру. Плунжерные насосы обычно изготовляются с высокой точностью, поэтому они являются весьма дорогими, но позволяют получать очень большие давления — до 150...200 МПа. Основной областью использования плунжерных насосов являются системы топливоподачи дизелей.

   На рис. 1, б приведена конструктивная схема такого насоса с кулачковым приводом. Ведущий вал приводит во вращение кулачок 11, который воздействует на плунжер 9, совершающий возвратно-поступательные движения в корпусе (цилиндре) 4, причем движение плунжера влево обеспечивается кулачком 11, а обратный ход — пружиной 10. Данный насос имеет только один клапан — выпускной 2. Отсутствие впускного клапана является особенностью насосов, используемых на дизелях. Их топливные системы обычно имеют вспомогательные насосы, и заполнение рабочей камеры плунжерного насоса обеспечивается через проточку 8 вспомогательным насосом.

   Диафрагменные насосы в отличие от насосов, рассмотренных выше, достаточно просты в изготовлении и поэтому являются дешевыми. На рис. 1, в приведена схема прямодействующего диафрагменного насоса. В корпусе 4 насоса закреплена гибкая диафрагма 12, прикрепленная также к штоку 13. Насос имеет два подпружиненных клапана: впускной 1 и выпускной 2. Рабочей камерой насоса является объем внутри корпуса 4, расположенный слева от диафрагмы 12. Рабочий процесс диафрагменного насоса не отличается от рабочего процесса поршневого насоса.

   Диафрагменные насосы не могут создавать высокое давление, так как оно ограничивается прочностью диафрагмы. Его максимальные значения в большинстве случаев не превышают 0,1... 0,3 МПа. Диафрагменные насосы нашли применение в топливных системах карбюраторных двигателей.

   Очень существенным недостатком возвратно-поступательных насосов с вытеснителем любой конструкции является крайняя неравномерность их подачи Q во времени t. Это вызвано чередованием тактов всасывания и нагнетания. График подачи Q, представленный на рис. 2, а, Поршневые насосынаглядно демонстрирует эту неравномерность. Для ее снижения используют два способа.

   Первым из этих способов является применение многокамерных насосов. В этом случае нагнетание осуществляется несколькими вытеснителями по очереди или одновременно. На рис. 2, б представлен график подачи трехпоршневого насоса, на котором тонкими линиями показаны подачи отдельных рабочих камер, а толстой — суммарная подача насоса. Конструкции многокамерных насосов весьма разнообразны, но в большинстве случаев это насосы с несколькими рабочими камерами в одном корпусе. При увеличении числа рабочих камер с целью уменьшения неравномерности подачи предпочтение следует отдавать насосам с нечетным числом камер.

   Вторым способом снижения неравномерности подачи жидкости является установка в гидролинию на выходе насосов гидравлических аккумуляторов. На рис. 2, в приведена схема насоса с гидравлическим аккумулятором, который представляет собой замкнутую емкость, разделенную гибкой диафрагмой на две полости. При ходе нагнетания часть подаваемой насосом жидкости заполняет нижнюю полость гидроаккумулятора, а газ (воздух) в верхней полости сжимается. При ходе всасывания давление в трубопроводе снижается и жидкость из гидроаккумулятора вытесняется сжатым газом. График подачи Q во времени t такого устройства приведен на рис. 2, а. Следует отметить, что вместо термина гидроаккумулятор в литературе используется также термин воздушный колпак.

remgidro.ru


Смотрите также