Поршневые насосы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Поршневые насосы

Поршневые насосы

Насосы - гидравлические машины, которые преобразуют механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости, повышая ее давление. Разность давлений жидкости в насосе и трубопроводе обуславливает ее перемещение. Насосы поднимают жидкость на определенную высоту, подают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в какой-либо замкнутой системе.

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

поршневой насос бессальниковый герметический

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

Ш Приводные насосы, где поршень активируется при помощи шатунно-кривошипного механизма от двигателя, который располагается отдельно и соединяется с насосом посредством передачи;

Ш 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:

Ш Поршневыми (поршень имеет дискообразную форму);

Ш Плунжерными (поршень имеет цилиндрообразную форму);

Ш 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:

Ш Поршневой насос одинарного действия;

Ш 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;

Ш 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.

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

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 с 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.

Рис. 1 Схема горизонтального поршневого насоса простого действия: 1- поршень; 2- цилиндр; 3- крышка цилиндра; 4- всасывающий клапан; 5- нагнетательный клапан; 6- кривошипно-шатунный механизм; 7- уплотнительные кольца.

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 например 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 например 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.

Бессальниковые насосы. Бессальниковые насосы являются одним из специальных типов центробежных насосов. Центробежные насосы являются наиболее распространёнными и предназначаются для подачи холодной или горячей воды, вязких или агрессивных жидкостей (кислот и щелочей), сточных вод, смесей воды с грунтом, золой и шлаком, торфом, раздробленным каменным углём. Их действие основано на передаче кинетической энергии от вращающегося рабочего колеса тем частицам жидкости, которые находятся между его лопастями. Под влиянием возникающей при этом центробежной силы Р частицы подаваемой среды из рабочего колеса перемещаются в корпус насоса и далее, а на их место под действием давления воздуха поступают новые частицы, обеспечивая непрерывную работу насоса.

Для центробежных насосов большое значение имеет надежная конструкция сальников - уплотнений вала, обеспечивающих устранение утечек перекачиваемой жидкости. Неудовлетворительная работа сальников влечет за собой также повышенный износ вала, длительные и частые простои насоса, резкое увеличение эксплуатационных расходов.

Полное устранение утечки перекачиваемой жидкости, неизбежной при эксплуатации насоса с сальниковым уплотнением, достигается в бессальниковом насосе. В корпусе 1 помещается рабочее колесо 2. На нем укреплено добавочное колесо 3, снабженное 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 - удлиненной втулки рабочего колеса 2 и втулки 5. Плотное прилегание конических поверхностей этих втулок обеспечивается посредством пружины 4. В момент пуска насоса вал несколько перемещается влево, и уплотняющие поверхности отходят друг от друга, размыкая стояночное уплотнение.

Рис. 2. Схема бессальникового насоса: 1- корпус; 2- рабочее колесо;3- добавочное колесо; 4- пружина; 5- втулка.

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

Преимущества центробежных насосов:

- высокая производительность и равномерная подача,

- компактность и быстроходность (возможность непосредственного присоединения к электродвигателю);

- простота устройства, что позволяет изготавливать их из химически стойких, трудно поддающихся механической обработке материалов;

- возможность перекачивания жидкостей, содержащих твёрдые взвешенные частицы, благодаря большим зазорам между лопатками и отсутствию клапанов;

- возможность установки на лёгких фундаментах;

- КПД наиболее крупных центробежных насосов до 0,95.

К недостаткам центробежных насосов следует отнести:

- относительно низкие напоры;

- уменьшение производительности при увеличении сопротивления сети;

- резкое снижение КПД при уменьшении производительности.

Герметические насосы. Герметичными насосами являются агрегаты центробежного типа, которые способны функционировать в тяжелых условиях эксплуатации. По виду привода и уплотнения вала, препятствующего атмосферному воздействию, данные насосные установки можно подразделить на две основные группы:

- Насосы, оснащенные магнитной муфтой. Данные насосы являются абсолютно герметичными конструкциями, они гарантируют сто процентную гарантию от утечек и как следствие, безопасны для окружающей среды. Это позволяет использовать их при работе с взрывоопасными и токсичными веществами. Магнитная муфта исключает необходимость использовать детали подверженные быстрой изнашиваемости, в результате чего сокращаются расходы на обслуживание насосной установки.

- Насосы, оснащенные встроенным двигателем. Такие насосы, являются компактными конструкциями. Сварные швы в корпусе такого насоса отсутствуют. Насос и двигатель насоса представляют собой единый узел. Рабочее колесо и ротор размещаются на валу. Рабочая жидкость смазывает подшипники скольжения и гидродинамические подшипники в полости ротора. Ротор направляется подшипниками скольжения. Частичный поток отводит потери тепла двигателя. Экран и корпус двигателя выполняют функцию герметичной составляющей, обеспечивая также невысокий уровень шума.

Рис. 3. Схема герметического насоса:1- рабочее колесо; 2- ротор электродвигателя; 3- статор электродвигателя; 4- экран; 5- подшипники; 6- корпус.

К преимуществам герметичных насосов можно отнести способность работать с опасными и радиоактивными веществами, газами, продуктами с высоким уровнем давления паров, а также жидкостями с низким уровнем вязкости

Такие насосные установки выдерживают критические условия эксплуатации (работают при температурах от 160 до 600 °C и показателе давления до 150 МПа).

Агрегаты выделяются хорошим теплоотводом, отсутствием осевых нагрузок, облегченной транспортировкой. В герметичных насосах полностью исключены протечки, отсутствуют быстроизнашивающиеся элементы, они отличаются долговечностью и надежностью в работе. Помимо этого, данный вид насосов устойчив к условиям кратковременного сухого хода и демонстрирует несущественные потери тепла.

Герметичные насосы активно применяются в перерабатывающей промышленности благодаря своей способности работать с опасными веществами. Данный тип насосов используется в таких сферах как генерация солнечной энергии, фотоиндустрия, химпроизводство, обработка различных типов поверхностей, изготовление печатных плат, а также фильтрация сточных вод.

Герметичные насосы с магнитным приводом, активно применяются на нефтехимических производствах, где доказали свою исключительную безопасность и незаменимость.

Размещено на Allbest.ru