Каков принцип действия поршневых жидкостных насосов. Поршневой жидкостный насос: назначение и принцип действия

Описание насоса

Поршневые насосы являются разновидностью объемных насосных установок, где жидкость перемещают вытеснители, выталкивая ее из статичных рабочих камер. Рабочая камера поршневого насоса это замкнутое пространство, которое поочередно сообщается с входом/выходом насоса. Вытеснитель это рабочий орган насосной установки, осуществляющий вытеснение вещества.

Поршневые насосы сообщают перекачиваемой жидкости энергию, преобразовывая ее из механической энергии двигателя, т.е. данный тип насосов, придает перемещаемой жидкости энергию для того, чтобы она внутри трубопровода могла преодолевать такие явления как сопротивление, инерцию и статическую высоту.

Существуют различные классификации поршневых насосов, которые учитывают конструктивные особенности поршневых насосных установок, особенности функционирования агрегатов, вид жидкости с которой работает насос, показатель быстроходности рабочего органа и создаваемого рабочего давления.

Разновидности и типы поршневых насосов

Так, поршневые насосы могут иметь ручной и механический привод. Насосы, имеющие механический привод подразделяются, в свою очередь, на два вида:

• Приводные насосы, где поршень активируется при помощи шатунно-кривошипного механизма от двигателя, который располагается отдельно и соединяется с насосом посредством передачи;
• Насосы прямого действия, где поршень совершает возвратно-поступательные движения посредством штока напрямую от поршня бескривошипной паровой машины, являющейся единой системой с насосной установкой.

По виду рабочего органа, который обеспечивает вытеснение жидкости, поршневые насосы бывают:

• Поршневыми (поршень имеет дискообразную форму);
• Плунжерными (поршень имеет цилиндрообразную форму);
• Диафрагмовые (рабочая жидкость отделяется от поршня специальной диафрагмой, а в цилиндре находится масло/эмульсия). Такие насосы используются для перекачки жидкостей, которые содержат различные примеси, химически агрессивных жидкостей, строительных растворов. Диафрагма может активироваться обычным рычагом. Рабочая камера оснащена двумя патрубками, один из которых всасывающий, другой – напорный. Шток двигается возвратно-поступательно и соединяется с диафрагмой. Насосы с диафрагмой используются в составе автомобильных двигателей в качестве бензонасосов.

В соответствии со способом действия поршневые насосы бывают следующих видов:

• Поршневой насос одинарного действия;
• Поршневой насос двойного действия. Такой насос более равномерно подает жидкость, если сравнивать его с насосами простого или дифференциального действия, т.к. он оснащен двумя рабочими камерами, располагающимися по обе стороны цилиндра, где находятся нагнетающие и всасывающие клапаны. Благодаря этому, поршень нагнетает жидкость два раза, пока коленчатый вал совершает один оборот. Существенно снижает пульсацию перекачиваемой жидкости воздушный колпак, который соединен с патрубком;
• Дифференциальные поршневые насосы. Такие насосы являются насосам двустороннего действия и оснащены двумя рабочими камерами, одна из которых не имеет клапанов, а другая имеет всасывающий и рабочий клапан. В связи с тем, что насос нагнетает перекачиваемую жидкость два раза за один оборот вала, подача жидкости в значительной степени выравнивается.

Поршневые насосы классифицируются по расположению (горизонтальные и вертикальные) и количеству цилиндров (оснащенные одним, двумя, тремя и более цилиндрами).

По числу поршней выделяют насосы с одним, двумя и более поршнями. Кроме того, согласно показателю величины подачи различают насосы с большими поршнями (диаметром более 150 мм), средними (диаметром от 50 до 150 мм) и малыми поршнями (диаметр менее 50 мм). В соответствии с тем, насколько быстроходен рабочий орган, выделяют три типа насосов: тихоходные поршневые насосы (от 40 до 80 двойных ходов в минуту), поршневые насосы средней быстроходности (50-80) и быстроходные поршневые насосы (150-350).

Данный вид насосов используется для перекачивания холодной воды (обыкновенный насос), горячей воды (горячий насос), для работы с кислотными веществами (кислотный насос), глинистыми растворами (буровой насос) и т.п.

Принцип работы поршневого насоса двойного действия

Согласно уровню рабочего давления различают насосы, создающие высокое, среднее и малое давление.

Поршневые насосы могут быть прямодействующими или вальными по способу движения главного звена. В насосах прямого действия главное звено совершает возвратно-поступательные движения, при этом, в вальных агрегатах (например, кулачковые) ведущее звено вращается.

Широкое распространение получили кулачковые и погружные насосы.

Так, кулачковый насос имеет один цилиндр, в котором рабочий орган активируется посредством кулачка, а возвращается в первоначальную позицию посредством пружины. Данный тип насосов неравномерно подает жидкость, но компактен по своей конструкции. В кулачковых насосах цилиндры имеют радиальное расположение, а оси пересекаются в общем центре. Башмаки сокращают контактное давление между вытеснителем и кулачком. Кулачковые насосы способны нагнетать высокое давление и поэтому используется в гидропроводах, при нагнетании жидкости в гидропрессах и как топливные насосы в составе дизельных двигателей.

Погружные насосы являются очень компактными и используются для работы на скважинах.

Основные узлы/детали поршневых насосов

Поршневые насосы являются видом объемных агрегатов, где вытеснители выталкивают жидкость из статичных рабочих камер. Основными узлами поршневого насоса являются такие элементы как его рабочая камера и вытеснитель. Рабочая камера объемного насосного оборудования это замкнутое пространство, которое по очереди сообщается со входом/выходом насосной установки. Вытеснитель это рабочий орган совершающий вымещение вещества из рабочих камер агрегата.

Принцип действия поршневых насосов

В поршневом насосе простого действия вытеснитель соединяется посредством штока с кривошипно-шатунным механизмом и таким образом, двигается возвратно-поступательно внутри цилиндра. При движении поршня вправо, в рабочей камере создается пустота. Как результат, клапан всасывает рабочую жидкость в камеру через трубопровод. При совершении поршнем обратного хода (влево) нагнетательный клапан находится в открытом положении, всасывающий, соответственно, в закрытом положении. Так, жидкость нагнетается в напорный трубопровод. Чтобы повысить показатель производительности поршневых насосов, их зачастую изготавливают двойными, тройными и т.д. Поршни в таких насосах активируются посредством одного коленчатого вала.

Принцип работы трехпоршневого насоса

Преимущества поршневых насосов

Преимуществами поршневых насосов, перед другими видами насосных установок являются:

• Независимость подачи жидкости от напора, что делает возможным их применение как насосов дозаторов;
• Сравнительно высокий показатель КПД (выше, чем на пример у центробежных агрегатов);
• Тихоходность

Поршневые насосы подают жидкость прерывисто и обладают значительными габаритами в сравнении, на пример, с центробежными насосами. Они сложны в конструкции, но при этом могут создавать большие напоры. Данный вид насосов используют для работы с чистыми жидкостями, т.к. они оснащены клапанами. Примеси в рабочей жидкости способны привести к поломке.

Применение в промышленности поршневых насосов

Поршневые насосы активно используются в системах водоснабжения, быту, в пищевой и химической промышленности, при производстве оборудования для напыления различных материалов. Разновидность поршневых насосов, такая как на пример диафрагменный агрегат применяется в составе двигателя внутреннего сгорания в качестве системы подачи топлива, а также для работы со строительными смесями и прочими веществами, которые содержат примеси. Погружной насос получил широкое распространение при работе на скважинах. Буровой насос применяется при перекачке глинистых растворов.

Аннотация: Рассмотрены конструктивные особенности, теоретические процессы, области применения наиболее часто встречающихся объемных насосов.

7.1 Общая характеристика объемных насосов

В отличие от центробежных насосов, которые являются гидродинамическими машинами , в насосах объемного типа перекачки жидкости происходит за счет принудительного изменения объема полости, которая заполняется жидкостью. Объемный насос, независимо от конструкции, имеет три основных элемента:

1. Рабочая камера - полость в проточной части насоса, которая заполняется жидкостью и объем которой меняется.
2. Вытеснитель - элемент, движение которого изменяет объем рабочей камеры.
3. Распределитель - устройство, служащее для направления потока жидкости из всасывающего патрубка в рабочую камеру или из рабочей камеры к нагнетательному патрубку.

7.2 Конструкция поршневого насоса

Поршневой насос одностороннего действия имеет следующие основные элементы , рис. 7.1: цилиндр 4, поршень 8, шток поршня 9, рабочую камеру 5, всасывающий патрубок 7, нагнетательный патрубок 2, всасывающий клапан 6, нагнетательный клапан 1, пневмокомпенсатор 3 и кривошипно-шатунный механизм 10 соединен с двигателем.

При движении поршня 8 насоса слева направо в рабочей камере 5 образуется разряжение, благодаря которому жидкость поднимается по всасывающем патрубке 7, открывает всасывающий клапан 6 и поступает в рабочую камеру, заполняя пространство . При обратном движении поршня давление в рабочей камере возрастает, вследствие чего всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан 1 открывается и жидкость вытесняется в нагнетательний патрубок 2. Таким образом, за один оборот вала двигателя, что соответствует двойному ходу поршня, в насосе происходит один раз всасывание и один раз нагнетание.

Недостаток однопоршневого насоса одностороннего действия - его неравномерная работа - максимальная подача в 3,14 раза превышает среднюю. При всасывании жидкости в сеть не поступает и двигатель работает почти без нагрузки. В начале цикла нагнетания происходит резкий рост скорости потока жидкости в нагнетательном трубопроводе, через низкую сжимаемость приводит к явлению гидравлического удара - давление за насосом становится значительно больше среднего.

Рис. 7.1 .

Рис. 7.2.

Такая неравномерность в работе насоса приводит к его преждевременному износу. Для уменьшения колебаний давления и подачи поршневых насосов используется пневматический компенсатор 3 - камера, разделенная гибкой мембранной на две полости. Нижнюю соединим с напорным патрубком, а верхнюю заполнено сжатым газом, который амортизирует колебания давления и подачи.

Поршневой насос двухстороннего действия имеет две рабочие камеры A и B, два всасывающих и два нагнетательных клапана, рис. 7.2. При движении поршня 8 слева направо жидкость под действием разряжения, которое создается поступает из всасывающего патрубка 7 в камеру А, одновременно из камеры В жидкость выталкивается в нагнетательный патрубок.

Трехпоршневий насос представляет собой соединение трех насосов одностороннего действия, приводимые в движение от общего коленчатого вала, кривошипы которого смещены друг от друга на 120°. Такие насосы имеют значительно большую равномерность работы , чем насосы однопоршневые одно и двустороннего действия - максимальная подача превышает среднюю лишь в 1,047 раза. Мощность двигателя в них используется более эффективно, а подача жидкости осуществляется почти непрерывным потоком. Недостаток трехпоршвых насосов - их громоздкость и малая надежность при работе на абразивных гидросмесей.

По сравнению с центробежными, поршневые насосы имеют следующие преимущества: возможность создания значительного давления при небольшой подаче; жесткая характеристика - с ростом давления подача насоса остается практически неизменной; способность самовсасывания - насосы не требуют заливки перед пуском.

Недостаток таких насосов - значительная сложность конструкции, особенно много поршневых насосов, наличие понижающей передачи и кривошипно-шатунного механизма, клапанов, из условий ет низкую надежность насосов, значительные габариты и массу, затрудняет обслуживание и защиту от абразивного износа при транспортировке гидросмесей. Кроме того, недостатком является неравномерность и ограниченность подачи при этом насосы имеют очень большие габариты 20-45 тонн.

7.3 Конструкция плунжерных насосов

Плунжерные насосы относятся к объемным машин одностороннего действия. Схема работы их такая же, как в трехцилиндровых поршневых насосах одностороннего действия. Основные достоинства плунжерных насосо в - возможность работы на высоких давлениях (10 МПа и больше), простота конструкции, относительно низкая стоимость , удобство эксплуатации , а также простота защиты от абразивного износа. Конструктивно плунжерные насосы выполняются с приводом от кривошипно-шатунного механизма. Расположение цилиндров горизонтальное или вертикальное. Гидравлические коробки выполняются обычно с клапанным распределением.

Гидро транспортирование твердых материалов не является основной областью применения плунжерных насосов , но, учитывая низкую стоимость ( по сравнению с мембранно-поршневыми), они применяются при гидро транспортирования высокоабразивных материалов, например полиметаллических шламов. В плунжерных насосах интенсивному износу подвергаются уплотнения и в меньшей степени - корпус плунжера. Кроме того, в плунжерных насосах, которые применяются для гидротранспорта существует возможность промывки плунжера.

Рис. 7.3.

Плунжерный насос, рис 7.3, в отличие от поршневого , в качестве подвижного элемента имеет плунжер 1 - гладкий металлический стержень. Он, двигаясь вперед или назад, меняет объем рабочей камеры 9. Благодаря этому, жидкость поступает в рабочую камеру с всасывающего патрубка 11 через клапан 10 или вытесняется в напорный патрубок 6 через клапан 8.

Главное преимущество плунжера перед поршнем - простота уплотнения, которое осуществляется аналогично уплотнению штоков поршневых насосов - с помощью сальника 3. Для защиты уплотнения и плунжера от абразивных частиц в полость 4 через отверстие 12 подается чистая вода под давлением, что превышает давление жидкости в рабочей камере. Чистая вода через зазор между втулкой и плунжером в небольшом количестве поступает в рабочую камеру и промывает этот зазор, предотвращая попадание в него твердых частиц.

Плунжерные насосы для транспортировки твердых материалов работают в зависимости от транспортируемой среды, с частотой ходов 80 ... 120 мин-1. Для повышения подачи плунжерных насосов увеличивают количество плунжеров в одном агрегате (до семи). Однако из-за многоцилиндрового выполнения увеличивается количество быстроизнашивающихся деталей.

7.4 Винтовые насосы

Винтовые насосы предназначены для перекачки чистой и загрязненной песком, илом, частицами угля и породы, воды и используется на местном водоотливе при проходке горизонтальных выработок и уклонов, а также для очистки водосборников и отстойников от шлама.

На шахтах применяются винтовые насосы трех типоразмеров: 1В6/5, 1В20/5 и 1В20/10 (1В - одновинтовой, числитель - подача в л за 100 оборотов вала, знаменатель - давление в МПа.) При частоте вращения вала насоса 1450 об/мин указанные насосы обеспечивают соответственно: подачу - 6; 17 и 17 м3/ч; напор - 50, 50 и 100 м, к. п. д. - 0,48; 0,60 и 0,64. Вакууметрическая высота всасывания 6м.

Винтовые насосы относятся к классу объемных машин . Основными частями винтового насоса типа 1В, рис. 7.4 является стальная обойма 3, резиновый статор 4, стальной ротор 5 и карданный вал 6. В статоре, что представляет собой резиновый цилиндро с полостью в виде двух заходной спирали, планетарно вращается ротор в виде однозаходного винта с шагом, вдвое меньше шага спирали статора. Между ротором и статором есть полости, которые поступательно перемещаются от одного конца статора к другому. Благодаря этому с одной стороны статора образуется разрежение и происходит всасывание воды по патрубку 1, а через патрубок 9 - нагнетание воды в трубопровод.

Карданный вал 6 соединяется с помощью приводного вала 11 и упругой муфты с валом двигателя. Вал 6, снабженный шарнирами 2 и 8, позволяет ротору 5 выполнять планетарное вращение в статоре. Шарнир 8 защищен от песка и грязи резиновым сильфоном 7. Уплотнение вала обеспечивается сальником 10. Вал 7 расположен в двух радиально-упорных шарикоподшипниках 13 находящихся в гнездах станины 12.

Благодаря резиновому статору насос может перекачивать загрязненную воду. Вода в пространстве, перемещается, служит смазкой между ротором и статором. Без воды в этом пространстве нельзя пускать насос, так как статор выйдет из строя.

Ключевые термины:

Поршневой насос (плунжерный насос) - один из видов объёмных гидромашин, в котором вытеснителями являются один или несколько поршней (плунжеров), совершающих возвратно-поступательное движение.

Поршень - деталь цилиндрической формы, совершающая возвратно-поступательное движение внутри цилиндра и служащая для превращения изменения давления газа, пара или жидкости в механическую работу, или наоборот - возвратно-поступательного движения в изменение давления. В поршневом механизме, в отличие от плунжерного, уплотнение располагается на цилиндрической поверхности поршня, обычно в виде одного или нескольких поршневых колец.

Винтовой или шнековый насос - насос, в котором создание напора нагнетаемой жидкости осуществляется за счёт вытеснения жидкости одним или несколькими винтовыми металлическими роторами, вращающимися внутри статора соответствующей формы..

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные насосы для перекачивания загрязненных жидкостей.
2. Из каких частей состоит объемный насос?
3. Какие недостатки поршневого насоса?
4. Какие преимущества плунжерного насоса?
5. Почему плунжерные насосы применяют для перекачивания загрязненных жидкостей?
6. Какие преимущества винтовых насосов?
7. Какие недостатки винтовых насосов?

Краткие итоги

• Рассмотрели насосы для перекачки загрязненных шидкостей
• Ознакомились с конструктивным исполнением, преимуществом и недостатками плунжерных, винтовых и поршневых насосов.

Для работы с водной средой человек создал гидравлические машины. Те разновидности, которые передают энергию от воды механическим частям, называются гидромоторами. Но возможно и обратное действие, когда механизм воздействует на воду. В этом случае речь идет о гидравлических насосах.

Рис. 1 Гидронасос

Первые гидравлические агрегаты были ручными. Сейчас используется не только ручная механическая гидравлика, но и электрическая. Чаще всего встречается в эксплуатации поршневой жидкостный насос.

Виды поршневых насосов

Разнообразие гидравлических насосных агрегатов делится на несколько видов. Они отличаются конструкцией и характером работы. Наиболее распространенный вариант – гидравлический насос с поршневой конструкцией. Такие устройства бывают радиально поршневыми и аксиально-поршневыми.

Существует две разновидности аксиально-поршневых устройств в зависимости от расположения оси вращения поршневой группы: прямые и наклонные. Работают они по одному принципу. Когда вращается вал, приходят в движение цилиндры. Они тоже вращаются и одновременно двигаются возвратно-поступательно. Когда ось цилиндра и всасывающее отверстие совпадают, поршень выдавливает жидкость. После этого цилиндр вновь заполняется жидкостью.

Наклонные аксиально-поршневые приборы разделяются на агрегаты с наклонным диском и устройства с наклонным блоком цилиндров.

Плюсы и минусы аксиально поршневых устройств

Агрегаты аксиально-поршневого типа обладают множеством преимуществ по сравнению с другими гидравлическими насосными устройствами. Они отличаются компактными размерами и относительно небольшим весом. Эти характеристики не мешают им обладать значительной мощностью и производительностью. Небольшие размеры деталей имеют малую инерцию.

Рис. 4 Насосы гидравлические аксиально-поршневые компактны

В аксиальных устройствах имеется возможность регулировки частоты вращения мотора.

Самое важное достоинство насосного оборудования такого типа заключается в возможности работы при значительном давлении. Частота вращений при этом не уменьшается. Есть возможность изменять рабочий объем непосредственно во время работы. Частота вращений составляет от пятисот до четырех тысяч оборотов в минуту. По этому показателю аксиальные агрегаты превосходят радиальные.

Аксиальные устройства способны работать при давлении от тридцати пяти до сорока мегапаскаль. Объемные потери невелики и составляют всего от трех до пяти процентов.

Рабочие камеры герметичны. Обуславливается это высокой точностью изготовления и малыми зазорами между расточками и поршнями.

Используя насос такого типа можно легко регулировать силу и направления перекачки жидкости.

Существуют у аксиально-поршневых насосов и недостатки:

• Высокая цена устройства.
• Конструкция сложная, что делает ремонт и обслуживание сложным и затратным процессом.
• При использовании обязательно надо следовать инструкции. Нарушения ведут к частым поломкам.
• Перекачка жидкости пульсирующая. Если использовать насос для водопроводной системы, то пульсация будет заметна и в ней.
• Процесс ремонта может быть длительным из-за высокой сложности процесса.
• Для работы такого насоса требуется чистая вода. Ее надо очищать от всех примесей крупнее десяти микрометров.
• Агрегат довольно шумный.

Устройство и принцип действия поршневых насосов

Поршневым насосом называется возвратно-поступательный насос, у которого рабочие органы выполнены в виде поршней. По количеству поршней эти насосы разделяются на однопоршневые, двухпоршневые, трехпоршневые и многопоршневые . По числу циклов нагнетания и всасывания за один двойной ход поршня различают насосы одностороннего действия, двустороннего действия и дифференциальные .

Схема однопоршневого насоса одностороннего действия представлена на

рис. 3.1 .

При движении поршня вправо в левой полости цилиндра и в рабочей камере создается разрежение. За счет разрежения верхний нагнетательный клапан К н прижимается к седлу, а нижний всасывающий клапан К в приподнимается, и в создавшийся зазор по всасывающей трубе засасывается жидкость из источника в рабочую камеру. При движении поршня влево в рабочей камере создается повышенное давление, под действием которого всасывающий клапан К в закрывается, а нагнетательный клапан К н приподнимается, и жидкость вытесняется из цилиндра в напорный трубопровод.

При многократном возвратно-поступательном движении поршня вода перемещается по всасывающей трубе через цилиндр насоса в нагнетательную трубу и дальше к месту потребления. При этом подача жидкости в нагнетательную линию оказывается неравномерной, что является существенным недостатком насосов одностороннего действия . Для устранения этого недостатка применяются насосы двустороннего действия.

На рис. 3.2 представлена схема насоса двустороннего действия (с двумя рабочими камерами). Процесс всасывания в одной камере идет одновременно с процессом нагнетания в другой.

Для обеспечения равномерности подачи применяются дифференциальные насосы (поршневые и плунжерные). На рис. 3.3 показана схема дифференциального насоса с диаметрами поршней D 1 и D 2 . На всасывающей стороне он работает как насос одностороннего действия, на нагнетательной стороне – как насос двустороннего действия. Его отличительной особенностью является то, что за один оборот вала кривошипа он производит всасывание за один ход поршня, а нагнетание жидкости – в течение обоих ходов поршня, вытесняя ее поочередно из камер А и Б в нагнетательный трубопровод.

По направлению оси движения рабочих органов поршневые (плунжерные) насосы могут быть горизонтальными и вертикальными .

Основные понятия, применяющиеся в теории насосов

На рис. 3.4 показана схема насосной установки , состоящей из насосного агрегата 1 , в состав которого входят насос и двигатель (на схеме двигатель не показан), всасывающей трубы 2 и напорного трубопровода 3 , отводящего из насоса жидкость к месту назначения.

В нижней части всасывающей трубы имеется сетка 4 , предохраняющая всасывающую трубу от попадания посторонних предметов и обратный клапан, необходимый для заливки насоса жидкостью перед пуском (в лопастных насосах) и предупреждающий обратное движение жидкости в случае остановки насоса.

В теории насосов применяется ряд терминов и определений, относящихся к насосам всех типов, в том числе и к поршневым насосам.

Напор насоса

В работающем насосе жидкости сообщается дополнительная энергия, которая расходуется на преодоление сопротивлений в напорном трубопроводе и на подъем жидкости в резервуар. Вертикальное расстояние h вс от свободной поверхности водоема до центра насоса называется вакуумметрической высотой всасывания . Потери энергии во всасывающем трубопроводе называются потерями при всасывании Вертикальное расстояние h н от центра насоса до уровня воды в резервуаре называется геодезической высотой нагнетания . Потери энергии в напорной линии называются потерями при нагнетании . Сумма геодезических высот h вс + h н , сложенная с суммой потерь энергии в системе, называется напором насоса Н :

Н = h вс + h н + h wвс + h wн . (7.9 )

Напор , развиваемый насосом, представляет собой количество энергии, сообщаемое насосом единице массы перекачиваемой жидкости. Напор измеряется в метрах столба перекачиваемой жидкости или в единицах давления .

Напор, развиваемый работающим насосом, можно определить также по формуле (7.9 ) с использованием показаний вакуумметра и манометра, которыми обычно оборудуются насосные установки (рис. 3.4 ):

H = h м +h в + Δh + (w н 2 – w в 2) / (2g ) , (7.10 )

где Н – напор насоса, м ;

h м – показание манометра, выраженное в метрах столба перекачиваемой жидкости;

h в – показание вакуумметра, выраженное в метрах столба перекачиваемой жидкости;

Δh – вертикальное расстояние между точками присоединения манометра и вакуумметра, м ;

w н , w в – скорости в нагнетательной и всасывающей линиях (в местах присоединения манометра и вакуумметра), м/с ;

g м/с 2 .

Одним из основных технических показателей насоса является также давление насоса р :

р = р к – р н + ρ (w к 2 – w н 2) / (2g ) + ρ g (z к – z н) , (7.11 )

где р к , р н – давление на выходе и на входе в насос, Па ;

ρ – плотность жидкой среды, кг/м 3 ;

w к , w н – скорость жидкой среды на выходе и на входе в насос, м/с ;

g – ускорение свободного падения, м/с 2 ;

z к , z н – высота центра тяжести сечения выхода и входа в насос, м .

Напор насоса Н и давление насоса р связаны между собой зависимостью

Н = р / (ρ g ) , (7.12 )

где ρ – плотность жидкой среды, кг/м 3 ;

g – ускорение свободного падения, м/с 2 .

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.