Радіально-поршневі насоси

Поршневі насосы

Насоси — гідравлічні машини, які перетворюють механічну енергію двигуна в енергію рідини, що переміщається, підвищуючи її тиск. Різність тиску рідини в насосі та трубопроводі зумовлює її переміщення. Насоси підіймають рідину на певну висоту, подають її на необхідну відстань у горизонтальній площині або змушують циркулювати в будь-якій замкнутій системі.

Поршневі насоси є різновидом об'ємних насосних установок, де рідина переміщують виїльники, виштовхуючи її зі статичних робочих камер. Робоча камера поршневого насоса — це замкнутий простір, який по черзі повідомлений із входом/виходом насоса. Виникач — це робочий орган насосного встановлення, що виконує витішення речовини.

Поршневі насоси повідомляють перекачуваної рідини енергію, перетворюючи її з механічної енергії двигуна, тобто цей тип насосів, надає переміщеної рідини енергію для того, щоб вона всередині трубопроводу могла долати такі явища, як-от опір, інерцію та статичну висоту.

Є різні класифікації поршневих насосів, які враховують конструктивні особливості поршневих насосних установок, особливості функціонування агрегатів, тип рідини, з якою працює насос, показник швидкохідності робочого органа та створюваного робочого тиску.

Різновиди та типи поршневих насосів

поршневий насос безсальниковий герметичний

Так, поршневі насоси можуть мати ручний і механічний привод. Насоси, що мають механічний привод, поділяються так само на два різновиди:

Ш Приводні насоси, де поршень активується за допомогою шатунно-кривошипного механізму від двигуна, який розташовується окремо та з'єднується з насосом за допомогою передавання;

Ш Насоси прямої дії, де поршень здійснює зворотно-поступальні рухи за допомогою штока безпосередньо від поршня безкривошипної парової машини, що є єдиною системою з насосною установкою.

На вигляд робочого органа, який забезпечує витіснення рідини, поршневі насоси бувають:

Ш Поршневими (поршень має дископодібну форму);

Ш Плунжерним (поршень має циліндричну форму);

Ш Діафрагмові (робоча рідина відділяється від поршня спеціальною діафрагмою, а в циліндрі міститься олія/емульсія). Такі насоси використовуються для перекачування рідин, які містять різні домішки, хімічно агресивних рідин, будівельних розчинів. Діафрагма може активуватися звичайним важелем. Робоча камера обладнана двома патрубками, один із яких всмоктувальний, інший — напірний. Шток рухається зворотно-поступально та з'єднується з діафрагмою. Насоси з діафрагмою використовуються в складі автомобільних двигунів як бензонасоси.

Відповідно до способу дії поршневі насоси бувають таких видів:

Ш Поршневий насос одинарної дії;

Ш Поршневий насос подвійної дії. Такий насос рівномірніше подає рідину, якщо порівнювати його з насосами простої або диференціальної дії, тому що він обладнаний двома робочими камерами, що розміщуються з обох боків циліндра, де розміщені нагнітальні та всмоктувальні клапани. Завдяки цьому поршень нагнітає рідину двічі, поки колінчастий вал робить один оберт. Істотно знижує пульсацію перекачуваної рідини повітряний ковпак, який з'єднаний із патрубком;

Ш Диференціальні поршневі насоси. Такі насоси є насосам двосторонньої дії й обладнані двома робочими камерами, одна з яких не має клапанів, а інша має всмоктувальний і робочий клапан. У зв'язку з тим, що насос нагнітає перекачувану рідину двічі за один оберт вала, подання рідини чималою мірою вирівнюється.

Поршневі насоси класифікуються за розташуванням (горизонтальні та вертикальні) і кількістю циліндрів (основлені одним, двома, трьома й більше циліндрами).

За кількістю поршнів виділяють насоси з одним, двома й поршнями. Крім того, згідно з показником величини подавання розрізняють насоси з великими поршнями (діаметром понад 150 мм), середніми (діаметром від 50 до 150 мм) і малими поршнями (діаметр менш ніж 50 мм). Відповідно до того, наскільки швидкохідний робочий орган, виділяють три типи насосів: тихохідні поршневі насоси (від 40 до 80 подвійних ходів на хвилину), поршневі насоси середньої швидкохідності (50-80) і швидкохідні поршневі насоси (150-350). Цей вид насосів використовується для перекачування холодної води (звичайний насос), гарячої води (гарячий насос), для роботи з кислотними речовинами (кислотний насос), глинистими розчинами (буровий насос) тощо.

Відповідно до рівня робочого тиску розрізняють насоси, що створюють високий, середній і малий тиск.

Поршневі насоси можуть бути прямодільними або вальними за способом руху головної ланки. У насосах прямої дії головна ланка здійснює зворотно-поступальні рухи, водночас у вальних агрегатах (наприклад, кулачкові) дротяна ланка обертається.

Широке поширення отримали кулачкові та заглибні насоси.

Так, кулачковий насос має один циліндр, у якому робочий орган активується за допомогою кулачка, а повертається в первісну позицію за допомогою пружини. Цей тип насосів нерівномірно подає рідину, але компактний за своєю конструкції. У кулачкових насосах циліндри мають радіальне розташування, а осі перетинаються в загальному центрі. Башмаки скорочують контактний тиск між витікачувачем і кулачком. Кулячкові насоси здатні нагнітати високий тиск і тому використовується в гідропровідах, під час нагнітання рідини в гідропресах і як паливні насоси в складі дизельних двигунів.

Заглибні насоси є дуже компактними та використовуються для роботи на свердловинах.

Основні вузли/деталі поршневих насосів

Основними вузлами поршневого насоса є такі елементи, як його робоча камера та вистібач. Робоча камера об'ємного насосного обладнання — це замкнутий простір, який за чергою повідомляє з входом/виходом насосного встановлення. Виникач — це робочий орган, що виконує виміщення речовини з робочих камер агрегату.

Принцип дії поршневих насосів

У поршневому насосі простої дії вистежувач з'єднується за допомогою штока з кривошипно-шатунним механізмом і в такий спосіб рухається зворотно-поступально всередині циліндра. Під час руху поршня вправо, у робочій камері створюється порожнина. Як результат, клапан всмоктує робочу рідину в камеру через трубопровід. Під час здійснення поршнем зворотного ходу (вліво) нагнітальний клапан розміщений у відкритому положенні, що всмоктує, відповідно, у закритому положенні. Так рідина нагнітається в напірний трубопровід. Щоб підвищити показник продуктивності поршневих насосів, їх часто виготовляють подвійними, потрійними тощо. Поршні в таких насосах активуються за допомогою одного колінчастого вала.

Рис. 1 Схема горизонтального поршневого насоса простої дії: 1- поршень; 2- циліндр; 3- кришка циліндра; 4- всмоктувальний клапан; 5-нагнітальний клапан; 6-кривошипно-шатунний механізм; 7- ущільнювальні кільця.

Переваги поршневих насосів

Перевагами поршневих насосів, перед іншими видами насосних установок є:

· Незалежність подавання рідини від напору, що робить можливим їхнє застосування як насосів дозаторів;

· Порівняно високий показник ККД (вище, ніж у відцентрових агрегатів);

· Тихість

Поршневі насоси подають рідину переривчасто та мають чималі габарити, порівнюючи з, на приклад, з відцентровими насосами. Вони складні в конструкції, але водночас можуть створювати великі напори. Цей тип насосів використовують для роботи з чистими рідинами, тому що вони обладнані клапанами. Домішки в робочій рідині здатні призвести до зламання.

Застосування в промисловості поршневих насосів

Поршневі насоси активно використовуються в системах водопостачання, побуту, харчової та хімічної промисловості, під час виробництва обладнання для напилення різних матеріалів. Різновид поршневих насосів, як-от діафрагмяний агрегат, застосовується в складі двигуна внутрішнього згоряння як система подавання палива, а також для роботи з будівельними сумішами та іншими речовинами, які містять домішки. Заглибний насос отримав широке поширення під час роботи на свердловинах. Буровий насос застосовується під час перекачування глинистих розчинів.

Безсальникові насоси. Безсальникові насоси є одним зі спеціальних типів відцентрових насосів. Центробежні насоси є найпоширенішими та призначаються для подавання холодної або гарячої води, в'язких або агресивних рідин (кислот і лугів), стічних вод, сумішей води з ґрунтом, золом і шлаком, торфом, роздробленим кам'яним вугіллям. Їхня дія ґрунтується на передаванні кінетичної енергії від обертового робочого колеса частинкам рідини, які є між його лопатями. Під впливом відцентрової сили P, що виникає, з робочого колеса, що виникає, переміщаються в корпус насоса тощо, а на їхнє місце під дією тиску повітря надходять нові частки, забезпечуючи безперервну роботу насоса.

Для відцентрових насосів велике значення має надійна конструкція сальників — ущільнень вала, що забезпечують усунення витоків рідини, що перекачується. Незадовільна робота сальників вабить за собою також підвищений знос вала, тривалі та часті простої насоса, різке збільшення експлуатаційних витрат.

Повне усунення витоку рідини, що перекачується, неминучої під час експлуатації насоса із сальниковим ущільненням, досягається в безсальниковому насосі. У корпусі 1 поміщається робоче колесо 2. На ньому укріплене додаткове колесо 3, забезпечене радіальними лопатками, яке відкачує рідина, що протікала за колесо, до порожнини нагнітання насоса, усуваючи у такий спосіб витік рідини, що перекачується, через проміжки між валом і корпусом під час роботи насоса. У разі зупинки насоса витік рідини запобігає спеціальним (стійковим) ущільненням, яке замикає проміжок між корпусом і валом у момент вимкнення насоса. Герметичність цього ущільнення досягається за допомогою двох конічних поверхонь — подовженої втулки робочого колеса 2 і втулки 5. Щільне прилягання конічних поверхонь цих втулок забезпечується за допомогою пружини 4. У момент пуску насоса вал дещо переміщається вліво й ущільнювальні поверхні відходять одна від одної, розмита стоянкове ущільнення.

Рис 2. Схема безсальникового насоса: 1- корпус; 2- робоче колесо;3- додаткове колесо; 4- пружина; 5- втулка.

Усі деталі насоса, що стикаються з перекачуваною рідиною, виготовляються з антикорозійних матеріалів.

Переваги відцентрових насосів:

- висока продуктивність і рівномірне подавання,

- компактність і швидкість (можливість безпосереднього приєднання до електродвигуна);

- простота пристрою, що дає змогу виготовляти їх із хімічно стійких матеріалів, що важко піддаються механічному обробленню;

- можливість перекачування рідин, що містять тверді зважені частинки, завдяки великим проміжкам між лопатками та тому, що немає клапанів;

- можливість встановлення на легких фундаментах;

- ККД найбільших відцентрових насосів до 0,95.

До вад відцентрових насосів треба віднести:

- порівняно низькі напори;

- зменшення продуктивності у разі збільшення опору мережі;

— різке зниження ККД у разі зменшення продуктивності.

Герметичні насоси. Герметичними насосами є агрегати відцентрового типу, які здатні функціонувати у важких умовах експлуатації. За виглядом привода й ущільнення вала, що перешкоджає атмосферному впливу, ці насосні пристрої можна підрозділити на дві основні групи:

- Насоси, обладнані магнітною муфтою. Ці насоси є абсолютно герметичними конструкціями, вони гарантують стовідсоткову гарантію від витоків і, як наслідок, безпечні для довкілля. Це дає змогу використовувати їх під час роботи з вибухонебезпечними та токсичними речовинами. Магнітна муфта усуває потребу використовувати деталі, схильні до швидкого зношування, унаслідок чого скорочуються витрати на обслуговування насосного встановлення.

- Насоси, обладнані вбудованим двигуном. Такі насоси є компактними конструкціями. Зварні шви в корпусі такого насоса немає. Насос і двигун насоса являють собою єдиний вузол. Робоче колесо та ротор розміщуються на валу. Робоча рідина змащує підшипники ковзання й гідродинамічні підшипники в порожнині ротора. Ротор спрямовується підшипниками ковзання. Частичний потік відводить втрати тепла двигуна. Екран і корпус двигуна виконують функцію герметичного складника, забезпечуючи також невисокий рівень шуму.

Рис 3. Схема герметичного насоса: 1- робоче колесо; 2- ротор електродвигуна; 3- статор електродвигуна; 4 екран; 5- подшипники; 6- корпус.

До переваг герметичних насосів можна віднести здатність працювати з небезпечними та радіоактивними речовинами, газами, продуктами з високим рівнем тиску парів, а також рідинами з низьким рівнем в'язкості

Такі насосні пристрої витримують критичні умови експлуатації (працюють за температур від 160 до 600 °C і показника тиску до 150 МПа).

Агрегати виділяються гарним тепловідведенням, без осьових навантажень, полегшеного транспортування. У герметичних насосах повністю виключені протікання, немає швидкозношуваних елементів, вони вирізняються довговічністю й надійністю в роботі. Крім цього, цей вид насосів стійкий до умов короткочасного сухого ходу та демонструє несуттєві втрати тепла.

Герметичні насоси активно застосовуються в переробній промисловості завдяки своїй здатності працювати з небезпечними речовинами. Цей тип насосів використовується в таких сферах, як генерація сонячної енергії, фотоіндустрія, хімвиробництво, обробка різних типів поверхонь, виготовлення друкованих плат, а також фільтрація стічних вод.

Герметичні насоси з магнітним приводом активно застосовуються на нафтохімічних виробництвах, де довели свою виняткову безпеку та незамінність.