Поршневые насосы, устройство и принцип действия

Основными элементами поршневого насоса являются: цилиндр, поршень.

Они образуют рабочую камеру. Применение поршня и цилиндра с очень малыми зазорами и работой клапанов обеспечивают работу поршневого насоса с помощью давления.

В качестве привода поршневого насоса применяют кривошипно-шатунный механизм (рис.3.1; 3.2)

Принцип действия (рис.3.1) при движении поршня слева направо над поршнем происходит увеличение рабочего давления, а следовательно понижение давления. Вследствие разности давления выпускной клапан – 6 закрывается, а выпускной клапан – 5 открывается. Жидкость поступает в рабочую камеру, заполняя все пространство.

При обратном движении поршня над ним происходит уменьшение объема и увеличение давления. За счет разности давления пускной клапан закрывается, а выпускной клапан открывается.

Принцип действия (рис.3.2)одностороннего насоса с двухсторонним действием с разницей, что работают попарно клапаны.

При работе поршневого насоса вход поршня неравномерен, попеременно осуществляются процессы всасывания и нагнетания.

Механическая энергия привода в поршневом насосе непосредственно передается перекачиваемой жидкостью в виде энергии давления.

Кинетической энергии перекачиваемая жидкость не приобретает, так как отсутствуют вращательные движения.

Таким образом, принцип действия поршневого насоса основан на передаче подаваемой среде механической энергии в виде давления в результате возвратно-поступательного движения поршня. Поршневые насосы обладают самовсасыванием.

Поршневые насосы обладают хорошими антигравитационными качествами.

Поршневые насосы имеют высокий КПД, они могут перекачивать разные жидкости и газ.

Недостатки поршневого насоса:

- малооборотность;

- сложность конструкции;

- меньшая надежность эксплуатации.

Самыми первыми гидравлическими машинами, преобразующими механическую энергию движения поршня в механическую энергию жидкости были именно поршневые насосы. Претерпевая различные дополнения, принцип их действия не менялся с тех самых пор.

В поршневом насосе, за счет циклического изменения объема, происходит циклическое заполнение цилиндров жидкостью с последующим ее вытеснением.

В качестве простейшего образца работы любого современного поршневого насоса, может служить рабочий цикл простой одноступенчатой гидравлической машины, состоящей из цилиндрической рабочей камеры с двумя отверстиями напорным и всасывающим и совершающего внутри нее возвратно-поступательные движения поршня. Для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное конструкцией предусматривается кривошипно-шатунный механизм.

Всасывание жидкости в таком устройстве происходит за счет создания в рабочей камере низкого давления во время движения поршня вправо при закрытом нагнетательном клапане, а напор перекачиваемой жидкости открывает всасывающий клапан и рабочая камера полностью заполняется.

Затем при возвратном движении поршня, в цилиндре создается избыточное давление, значительно большее, чем в нагнетательном патрубке. Всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный открывается для подачи, за счет чего и происходит процесс нагнетания или вытеснения жидкости, равной объему рабочей камеры, в напорный коллектор трубопровода.

Полезный объем рабочей камеры это разница между максимальным и минимальным ее объемами, обусловленными положением поршня.

От частоты движения поршня зависит непрерывность поступления рабочей жидкости. Чтобы давление внутри напорного трубопровода было стабильным, обычно используются гидравлические агрегаты двухстороннего действия с несколькими рабочими камерами, точнее, цилиндры в них поделены на две равные части, в каждой из которых имеются оснащенные клапанами всасывающие и напорные патрубки.          Такая конструкция позволяет в разных частях иметь разное давление. В то время, как в одной части под действием движения поршня идет процесс всасывания, в другой осуществляется нагнетание и наоборот. Для борьбы с пульсацией применяют воздушные колпачки и гидроаккумуляторы.

К поршневым насосам одинарного действия относятся плунжерный или скольчатый насос, а также диафрагменный насос. Диафрагменный отличается от плунжерного лишь наличием в его рабочей камере специальной активной или пассивной диафрагмы. Активные диафрагмы, передавая усилие на жидкость от штока, находятся под высоким давлением и поэтому из-за своей низкой усталостной прочности применяются в поршневых насосах низкого давления с большим числом качаний. А пассивные диафрагмы лишь отделяют жидкость, передающую энергию от плунжера к перекачиваемой жидкости и поэтому их применяют в насосах с высокими давлениями при малом числе качаний.

Более сложную конструкцию имеют поршневые насосы двойного действия, обеспечивающие более равномерную подачу перекачиваемой жидкости за счет наличия в них двух и более рабочих камер. Каждая камера работает в качестве насоса одинарного действия, а, в так называемых, дифференциальных насосах в правой рабочей камере, используемой как вспомогательная, отсутствуют клапаны, но за счет ее наличия подача жидкости не зависит от движений поршня.

Возможность регулирования напорного давления за счет варьирования частотных диапазонов поршневого хода, малые габариты и взаимозаменяемость узлов деталей являются основными плюсами поршневых насосов.

К недостаткам можно отнести невозможность из-за высокого давления на входе последовательно соединить нескольких поршневых насосов в одну цепь, невозможность перекачивания жидких сред с абразивными частицами, потребность в дополнительной охлаждающей системе и в дополнительном уплотнении между поршнем и стенками цилиндров рабочих камер. А также, в отличие от других объёмных насосов, поршневые насосы не обратимы из-за наличия клапанов, поскольку не могут работать в режиме гидродвигателя.

16.Подача и индикаторная диаграмма поршневого насоса.

Схема насоса с поршнем одностороннего действия и его теоретическая диаграмма давлений, называемая индика­торной, даны на рис. 6.1.

При движении поршня вправо полость цилиндра со сто­роны клапанной коробки увеличивается и заполняется жид­костью, поступающей из приемной трубы через всасываю­щий клапан К₁. При этом давление в клапанной коробке ниже атмосферного, что объясняется гидравлическим со­противлением всасывающего тракта, расположением по­верхности всасываемой жидкости ниже оси цилиндра и низким давлением над этой поверхностью.

Изменение давления на протяжении всего хода поршня направо изобразится линией всасывания 4-1.

В положении / поршень изменяет направление движе­ния на обратное и всасывающий клапан автоматически за­крывается; в клапанной коробке происходит резкое повы­шение давления до значения давления подачи р₂. Этот процесс изображается вертикальной линией 1-2. В момент, когда давление повысится до р₂, разность давлений под клапаном и над ним преодолевает вес и натяжение пружи­ны напорного клапана К.₂ и он открывается. При равномер­ном движении поршня от точки 2 влево происходит подача жидкости при постоянном давлении р₂. В крайнем левом положении поршень снова меняет направление движения. При этом давление в клапанной коробке резко падает по линии 3-4, напорный клапан K₂ закрывается и открывается всасывающий клапан К₁. Диаграмма давлений замыкается.

Индикаторная диаграмма показывает, как меняется давление в цилиндре и клапанной коробке насоса на про­тяжении двух ходов поршня. Площадь индикаторной диа­граммы измеряется в Н-м/м² и, следовательно, представ­ляет собой работу поршня за два хода, отнесенную к 1 м² его поверхности .

Действительная индикаторная диаграмма (рис. 6.2) от­личается от теоретической, представленной на рис. 6.1, в основном, наличием колебаний давления в начале всасыва­ния и подачи. Эти колебания обусловлены влиянием инер­ции клапанов насоса и прилипанием плотно притертых по­верхностей их к седлам. Поэтому, например, в момент от­рыва, от седла напорного клапана (точка 2) в клапанной коробке должно быть повышенное давление, создающее силу, способную оторвать клапан от седла и преодолеть его инерцию.

Рис. 6.1. Теоретическая индика­торная Рис. 6.2. Действительная индикаторная диаграмма поршневого насоса диаграмма поршневого на­соса

Как только клапан открывается, давление в клапанной коробке резко снижается и клапан дает несколько быст­рых колебаний в потоке жидкости; при этом он дроссели­рует поток, вызывая колебания давления в клапанной ко­робке, отражающиеся на линии подачи индикаторной диа­граммы. На форму линий всасывания и подачи оказывают заметное влияние также силы инерции жидкости, поступа­ющей в цилиндр или уходящей из него при неравномерном движении поршня. Отклонение линий нагнетания 1-2 и всасывания 3-4 от вертикали на действительной индикаторной диаграмме зависит от упругости перекачиваемой среды (жидкость с возможным наличием газа) и упругих деформаций стенок рабочих полостей гидравлической части насоса.

Действительные индикаторные диаграммы снимают с насосов при помощи индикаторов.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: