Какие основные признаки положены в основу классификации поршневых насосов

Обновлено: 02.07.2024

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

Поршневые насосы классифицируют:

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

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

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

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

Наиболее простым является поршневой насос одностороннего действия с кривошипно-шатунным механизмом (рис. 11.1).В нем для вытеснения жидкости используется движение' поршня лишь в одну сторону. При движении поршня вправо объем замкнутой части цилиндра возрастает, что приводит к возникновению в ней вакуума, под действием которого открывается всасывающий клапан 3 и жидкость заполняет цилиндр /, следуя за поршнем 2. При обратном ходе поршня (справа налево) объем замкнутой части цилиндра уменьшается, давление при этом резко возрастает, вследствие чего открывается нагнетательный клапан 4 и жидкость, вытесняемая поршнем, поступает в напорный трубопровод.

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

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

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

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

Если п — частота вращения в минуту, то секундная идеальная подача

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

где

Рабочий объем v₀ определяется следующим образом; для насоса одностороннего действия (рис. 11.1);

где S— площадь поперечного сечения поршня, h == 2г— ходпоршня (г-радиус кривошипа);

где S_ш — площадь сечения штока;

-- для насоса двухстороннего действия (рис. 11.2):

— для насоса дифференциального действия (рис. 11.3):

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

Скорость перемещения поршня

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

Текущее значение идеальной подачи

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

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

Неравномерность подачи насоса оценивается коэффициентом неравномерности

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

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

Для однопоршневого насоса одностороннего действия Qmjn = 0,

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

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

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

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

ПРИМЕРЫ

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

Решение. Рабочий объем насоса

Идеальная подача насоса

Подача насоса

Объемный КПД насоса

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

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

Определяем ход поршня и диаметр штока

Определяем скорость течения и потери напора в трубопроводе насосной установки:

Потребный напор насоса

11.3. Поршневой насос дифференциального действия (рис. 11.3)' имеет диаметр поршня D = 250 мм, ход поршня h = 300 мм, объемный КПД ₀ = 0,9. Определить подачу насоса при частоте вращения п = 60 мин -1 , а также диаметр его штока из условия равенства подачи при прямом и обратном ходе поршня.

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

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

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

Поршневые насосы классифицируют:

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

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

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

Если п — частота вращения в минуту, то секундная идеальная подача

где

Рабочий объем v₀ определяется следующим образом; для насоса одностороннего действия (рис. 11.1);

где S— площадь поперечного сечения поршня, h == 2г— ходпоршня (г-радиус кривошипа);

где S_ш — площадь сечения штока;

-- для насоса двухстороннего действия (рис. 11.2):

— для насоса дифференциального действия (рис. 11.3):

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

Скорость перемещения поршня

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

Текущее значение идеальной подачи

Неравномерность подачи насоса оценивается коэффициентом неравномерности

Для однопоршневого насоса одностороннего действия Qmjn = 0,

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

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

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

ПРИМЕРЫ

Решение. Рабочий объем насоса

Идеальная подача насоса

Подача насоса

Объемный КПД насоса

Определяем ход поршня и диаметр штока

Определяем скорость течения и потери напора в трубопроводе насосной установки:

Потребный напор насоса

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

Диафрагменные (рис. 1.1. д, е, ж), в которых объем рабочей камеры образован стенками клапанной коробки и перемещающейся диафрагмой. В зависимости от конструкции диафрагма может быть пассивной (рис. 1.1. д, е) или активной (рис. 1.1. ж).

3.По способу действия:

Одинарного действия (рис. 1.1. а, б);

Двойного действия (рис. 1.1. в);

Дифференциальные (рис. 1.1. г).

4.По расположению цилиндра:

5.По числу цилиндров:

6.По роду перекачиваемой жидкости:

Горячие (для перекачки горячих жидкостей);

Буровые (для перекачки промывочных растворов при бурении скважин и др.);

Специальные (кислотные и др.).

7.По быстроходности рабочего органа:

7.1.Тихоходные, с числом двойных ходов поршня (плунжера) 40 - 80 в минуту;

Средней быстроходности, с числом двойных ходов поршня (плунжера) 80 - 150 в минуту;

Быстроходные, с числом двойных ходов поршня (плунжера) 150 - 350 в минуту.

8.По развиваемому давлению:

8.1.Малого давления Р, менее 1 МПа;

8.2.Среднего давления Р, находящегося в пределах 1. 10МПа;

8.2. Высокого давления Р, более 10 МПа.

9.1.Малые, диаметр поршня D менее 50 мм;

9.2.Средние, диаметр поршня D находится в пределах 50. 150 мм;

9.3.Большие, диаметр поршня D более 150 мм.

Рис.1.1. Схемы поршневых насосов

1.2. Принцип работы поршневого насоса

В поршневом насосе, перекачивающем жидкость, происходит поочередное заполнение жидкостью рабочих камер и ее вытеснение в результате увеличения или уменьшения их объема.

Поршневые насосы состоят из механической и гидравлической частей. Гидравлическая часть служит для преобразования механической энергии поршня или плунжера в механическую энергию жидкости. Механическая часть предназначена для преобразования движения входного звена привода в возвратно-поступательное движение поршня или плунжера.

Простейший поршневой насос (рис. 1.1. а) состоит из цилиндра 4, поршня 5, соединенного при помощи штока 6 с приводной частью насоса 7, всасывающего 2 и нагнетательного 1 клапанов, размещенных в клапанной коробке 3.

При движении поршня вправо (ход всасывания) объем рабочей камеры увеличивается, а давление в ней уменьшается. Перекачиваемая жидкость под действием атмосферного давления открывает всасывающий клапан и заполняет рабочую камеру. В это время нагнетательный клапан закрыт. Таким образом, при ходе всасывания рабочая камера связана с всасывающим патрубком и изолирована от нагнетательного патрубка.

При обратном ходе поршня в рабочей камере создается давление, превышающее давление в нагнетательном патрубке, нагнетательный клапан открывается и жидкость, по объему соответствующая полезному объему рабочей камеры, вытесняется.

Во время нагнетательного хода рабочая камера насоса связана с нагнетательным патрубком (клапан 1 открыт) и изолирована от всасывающего (клапан 2 закрыт).

Одним из конструктивных вариантов насоса одинарного Действия является плунжерный, или скальчатый, насос (рис. 1.1. б). При перемещении плунжера 8 в цилиндре 4 изменяется объем рабочей камеры, в результате чего происходит всасывание в рабочую камеру или вытеснение из нее жидкости через клапаны 2 и 1, как у насоса одинарного действия.

Насосы двойного действия (рис. 1.1. в) позволяют увеличить равномерность подачи без существенного усложнения конструкции. Насос имеет две рабочие камеры - слева и справа от поршня 5, две клапанные коробки 3, каждая из которых имеет всасывающие 1 и нагнетательные 2 клапаны. Всасывающий и напорный патрубки общие для двух камер.

При движении поршня влево жидкость из всасывающего патрубка поступает в правую полость, а жидкость, находящаяся в левой полости, вытекает в нагнетательный патрубок. При движении поршня вправо всасывание происходит в левой полости, а нагнетание - из правой, т.е. каждая камера работает как насос простого действия.

Дифференциальный насос (рис. 1.1. г) имеет также две камеры. Левая камера имеет всасывающий 2 и нагнетательный 1 клапаны, правая вспомогательная камера клапанов не имеет. При движении поршня 5 вправо в левой камере происходит всасывание - жидкость через всасывающий клапан 2 поступает из всасывающего патрубка в левую рабочую камеру. Нагнетательный клапан 1 при этом закрыт, а жидкость, вытесняемая из правой вспомогательной рабочей камеры, поступает в нагнетательный патрубок. При ходе поршня влево жидкость вытесняется через нагнетательный клапан 1 во вспомогательную камеру 9, объем которой увеличивается, а оставшаяся часть жидкости идет в нагнетательный патрубок. Таким образом независимо от направления движения поршня происходит подача жидкости.

Диафрагменные насосы (рис. 1.1. д, е, ж) отличаются от рассматриваемых конструкций наличием диафрагмы 10, образующей вместе с корпусом и клапанами рабочую камеру насоса.

Работа диафрагменного насоса (рис. 1.1. д, е) аналогична работе насоса одинарного действия: при движении плунжера 8 вправо происходит изменение объема рабочей камеры, диафрагма прогибается, перекачиваемая жидкость поступает через всасывающий клапан в рабочую камеру. При движении плунжера влево объем рабочей камеры уменьшается и перекачиваемая жидкость через напорный клапан вытесняется в нагнетательный патрубок.

23 сентября 2019

Применение поршневого насоса очень широкое. Агрегат используется для перекачки различных сред – воды (технической и питьевой), масла, нефтепродуктов, топлива, агрессивных жидкостей, склонных к взрыву. Неспособные работать с большими объемами, они часто задействованы в быту – для полива посевных площадей, садов, газонов, обслуживания систем водоснабжения. Поршневой насос производители рекомендуют эксплуатировать в химической и пищевой промышленности, машиностроении. Купить их в России предлагается в широком ассортименте и по умеренной стоимости.

Особенности и устройство поршневых насосов

Являясь помпой объемного типа, поршневая модель имеет в своем строении клапанную распределительную систему. Именно она делает агрегат необратимым, то есть не способным работать в режиме гидромотора.

Устройство поршневых насосов довольно простое. Ключевым его элементом и вытеснителем одновременно является поршень, который может присутствовать в конструкции в едином числе или множественном. Эти поршни плунжерного типа имеют возвратно-поступательный шаг и особое расположение, что отличает такую помпу от роторных моделей - радиально- и аксиально-поршневых. В конструкции поршневых насосов имеются также следующие компоненты:

металлический цилиндр с пустотой внутри;
клапана распределения;
кривошип;
шатун.

Два последние элементы являются основными в силовой части помпы, а рабочие процессы осуществляются именно в полости цилиндра.

Принцип работы поршневого насоса

Поршневой гидронасос принцип работы имеет следующий: вытеснитель под воздействием направленной на него силы осуществляет поступательный шаг. При этом воздух, находящийся рабочей камере, разрезается, благодаря чему происходит всасывание текущей среды из всасывающего канала. Во время обратного движения рабочего элемента жидкость проталкивается в полость нагнетания, где удерживается клапанным механизмом. Далее следует повторение цикла.

Движение потоков гидрожидкости происходит с различной скоростью, из-за чего в системе могут случаться скачки. Предотвратить их образование помогает использование нескольких работающих последовательно поршней. Такие модели поршневых насосов в России популярны благодаря их способности закачивания рабочей среды при незаполненной камере (так называемое сухое всасывание).

Виды поршневых насосов

Существует два вида поршневых насосов – одностороннего и двухстороннего действия. Первые – это самые простые модели, принцип работы которых описан выше. Двухсторонние устройства имеют усовершенствованную конструкцию, которая позволяет уменьшить пульсацию напора и подачи. Все штоковые и поршневые полости такой модели комплектуются индивидуальными клапанами для нормализации пульсации в трубопроводе. Также с целью уменьшить пульсацию и устранить ее негативные последствия используют гидроаккумулятор. Это агрегат, способный накопить энергию текущей жидкости во время ее максимального давления и отдать ее при снижении напора ниже минимума для поддержки функциональности.

Технические характеристики поршневого насоса двухстороннего превышают аналогичные показатели односторонней модели. Они более эффективны, но менее надежны и долговечны по сравнению с последними.

Недостатки и преимущества поршневых насосов

Многочисленные преимущества поршневых насосов являются причиной их высокой популярности в нашей стране. К сильным сторонам агрегатов можно отнести:

простую конструкцию и принцип поршневого насоса, благодаря чему он является очень надежным, безотказным, ремонтопригодным и долговечным;
доступную стоимость устройств;
стабильно эффективную работу агрегата, которую обеспечивают высококачественные элементы и материалы, применяемые в производстве;
способность работать с жидкой средой, при перекачивании которой насосы должны соответствовать особо жестким требованиям.

Помимо сильных сторон, помпы данного типа имеют существенные недостатки, которые накладывают определенные ограничения на их использование. Поршневой насос характеристики и возможности имеет небольшие, у них малая продуктивность, а еще они не пригодны к перекачиванию существенных объемов жидкости.

Назначение и основные разновидности маслоохладителей, особенности, преимущества и недостатки каждого вида, маркировка оборудования по назначению. Купить недорого качественные сертифицированные маслоохладители в России и с доставкой по СНГ, Европе.

Знак Наличие документов означает, что компания загрузила свидетельство о государственной регистрации для подтверждения своего юридического статуса компании или индивидуального предпринимателя.

Читайте также: