Принцип работы поршневого насоса

Принцип работы поршневого насоса

Оборудование, которое превращает механическую энергию поршня в аналогичную энергию жидкости известно нам давно.Устройство и принцип работы поршневых насосов остается неизменным на протяжении долгих лет, несмотря на то, что его постоянно изменяли и совершенствовали. На сегодняшний день, такие механизмы имеют улучшенную конструкцию, по сравнению со своими более старыми аналогами. Крепкий корпус, а также хорошее внутреннее строение позволяют использовать их в различных сферах жизнедеятельности. Подобные устройства мы можем увидеть в быту или на предприятии.

Борьба с пульсацией

Одним из недостатков поршневых насосов, как и других объёмных насосов, являются пульсации подачи и давления. Пульсации можно уменьшить, расположив несколько поршней в ряд и соединив их с одним валом таким образом, чтобы циклы их работы были сдвинуты друг относительно друга по фазе на равные углы. Другим способом борьбы с пульсацией является использование дифференциальной схемы включения насоса (рис. 2), при которой нагнетание жидкости осуществляется не только во время прямого хода поршня, но и во время обратного хода.

Также широко применяют насосы двустороннего действия, у которых как поршневая, так и штоковая полость имеют (в отличие от дифференциальной схемы включения) свою клапанную систему распределения. У таких насосов коэффициент пульсаций ниже, а КПД выше, чем у насосов одностороннего действия (рис. 1).

Для борьбы с пульсацией также применяют гидроаккумуляторы, которые в момент наибольшего давления запасают энергию, а в момент спада давления отдают её.

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.

Принцип работы таков: за счет поступательного движения поршня создаётся разрежение в полости под ним, и туда засасывается жидкость из подводящего (всасывающего) трубопровода. При обратном движении поршня на всасывающем трубопроводе закрывается клапан, предотвращающий протечку жидкости обратно, и открывается клапан на нагнетательном трубопроводе, который был закрыт при всасывании. Туда вытесняется жидкость, которая находилась под поршнем, и процесс повторяется. Недостаток такого насоса в том, что жидкость движется по трубопроводу с различной скоростью (скачками). Этот момент обычно обходят созданием насосов, в которых несколько поршней. Основное преимущество в том, что он способен закачивать жидкость, будучи в момент пуска незаполненным ею (сухое всасывание), и поэтому применяется обычно там, где этим преимуществом необходимо воспользоваться.

Одной из разновидностей поршневого насоса является диафрагменный насос.

Устройство и принцип работы поршневого насоса

Насосы для воды на основе поршня используются в том случае, если более мощный жидкостный насос другого типа или насосы высокого давления не рентабельно использовать на небольшом участке.

Его можно применять в автономной системе водоснабжения из скважины, или же использовать ручной вариант. Ручной поршневой насос используется в том случае, если на даче нет света или же водопотребление не слишком большое или для опрыскивателя растений.

Устройство ручного поршневого насоса

Устройство поршневого водяного насоса очень простое и практически идентично автомобильному поршню.

Он состоит из таких элементов:

  • цилиндрический корпус;
  • шток;
  • поршень;
  • входная труба;
  • клапан в нижней крышке устройства;
  • выходная труба.

Поршень располагается внутри цилиндрического корпуса. В верхней крышке корпуса расположено отверстие (фланец) со специальной резиновой прокладкой. Через отверстие проходит шток, который одни краем приварен к поршню. Резиновая прокладка при этом отвечает за герметичность цилиндра и поддерживает высокое давление в нем.

Принцип работы поршневых насосов (видео)

Цикл работы

В поршне имеется клапан обратного типа. Он впускает воду, но препятствует ее выходу назад. Точно такой же клапан располагается внутри впускной трубки в нижней крышке цилиндра. При подъеме штока вверх, он тянет за собой поршень. При этом в подпоршневом пространстве образуется область разряженного давления, в которую всасывается вода через нижний клапан. Дальше поршень начинает движение вниз, создавая давление на нижний клапан. Он закрывается, и вода проталкивается через верхний клапан в пространство над поршнем.

Второй цикл движения поршня в верхнем направлении выдавливает жидкость в выпускную трубку. Оттуда она попадает в водоканал и двигается к крану, после чего весь цикл работы повторяется снова. Входная трубка устройства обычно выполнена из жестких материалов, так как она не должна склеиваться под действием втягивающего усилия. С этой целью используется армированный шланг или пластиковый трубопровод.

Жидкостный поршневой насос высокого давления, в отличии от глубинных приборов, устанавливается над входом в скважину или колодец. А всасывание происходит через длинный шланг. При этом шток фиксируется на гидродвигатель, если модель представляет собой электронасос, или на металлическое коромысло, если приобретался ручной насос для воды.

В качестве клапанов устройства обычно используется либо шарик, либо мембрана в насосе мембранно поршневого типа. В первом случае, в качестве закрылки конического отверстия используется шарик из стекла, жесткого пластика или эбонита. Особенность мембранного типа заключается в том, что в качестве закрылки используется резиновая пластина, фиксированная с одной стороны.

Читайте также  Формула каучука

Максимальная глубина, с которой забирает воду поршневой насос с такой конструкцией, не превышает 8 метров. Если зеркало воды относительно расположения устройства находится ниже, атмосферное давление будет препятствовать закачке. Существуют модели и для глубоких водоемов, но конструкция у них отличается. Дюралюминиевый шток у них входит не через фланец, а через выпускную трубку на верхней крышке. Такое устройство усиливает давление в цилиндре и поднимает воду с глубины до 30 метров. Прибор работает при погружении в толщу воды на 1,5 м.

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.

В золотниковой коробке расположен цилиндрический золотник, движения которого, по отношению к паровому и водяному поршню, возвратно-поступательны. Золотник перераспределяет пар в над- и подпоршневую часть парового цилиндра.

Водяная часть состоит из водяного цилиндра и водяной полости. В водяном цилиндре расположен водяной поршень; в водяной полости – всасывающий и нагнетательный клапаны. На корпусе водяного цилиндра имеется пробка, предназначенная для спуска воды, просачивающейся через уплотнительные кольца.

Принцип работы.

Пар подаётся через верхний паровпускной патрубок в золотниковую коробку и в надпоршневую часть парового цилиндра. При этом золотник в нижнем положении, при котором в надпоршневой части паровпускной канал открыт, а паровыпускной – закрыт. В подпоршневой части в этот момент паровпускной канал закрыт, а паровыпускной – открыт. Под давлением пара паровой поршень движется вниз и передаёт своё движение, жёстко связанному с ним, водяному поршню. При резком движении вниз водяного поршня в водяной полости создаётся разрежение, за счёт которого открывается всасывающий клапан; водяная полость заполняется водой. Золотник в это время перемещается в верхнее положение и перераспределяет пар из надпоршневой полости парового цилиндра в подпоршневую; паровой поршень начинает движение вверх вместе с водяным. При обратном движении водяного поршня всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный – за счёт давления воды – открывается; вода поступает в питательный трубопровод.

Преимущества парового поршневого насоса:

  • Создаёт большое давление.

Недостатки парового поршневого насоса:

  • Пульсивная подача воды (для уменьшения пульсации устанавливаются спаренные (двойные) насосы).
  • Большой расход пара на работу насоса.

Далее читаем: материал про насосы для систем отопления grundfos. Надежные перекачивающие устройства, производство расположено в Дании.

Аксиально поршневой насос – принцип действия:

  • Выполняются возвратно-поступательные движения, направленные вправо, способствуя снижения уровня давления в камере вытеснителя. Раскрывается всасывающий клапан и камера заполняется водой.
  • Выполняются движения влево. При этом давление в камере повышается, клапан нагнетания открывается, позволяя жидкости свободно поступать в трубопровод.

Принцип действия системы в наличии разницы давления, позволяющей работать агрегату без отклонений. Вырабатываемая энергия передаётся воде, потому она может быстро преодолеть инерцию, сопротивление и статистические высоты трубопровода. Принцип работы плунжерного насоса напрямую связан с формой агрегата.

Достоинства и недостатки радиально поршневых насосов

  1. Производят высокое давление в гидравлической системе;
  2. Есть модели с опцией регулирования рабочего объема подачи;
  3. КПД находится на достаточно высоком уровне при большом давлении;
  4. Высокая энергоемкость на единицу массы;
  1. Сложное устройство, небольшая надежность;
  2. Необходимость специфичной обработки деталей, а также сложное строение самого насоса приводит к высокой цене на данные агрегаты;
  3. Нужна тонкая фильтрация рабочей жидкости;
  4. Высокая пульсация подачи и расхода;
  5. Занимают много места;
  6. Низкий вращающий момент основного вала;