Поршневые насосы

Упражнения

Упражнение №1

На какую высоту можно поднять воду обычным поршневым насосом (рисунок 2) при нормальном атмосферном давлении?

Важно понимать, что не мы тащим воду наверх, а атмосферное давление толкает жидкость. Поднимая руками поршень, мы создаем безвоздушное пространство, из-за чего давление снаружи поршня становится больше и выталкивает жидкость

И подобно тому, как человек не может поднять руками грузовик, атмосферное давление не бесконечно и поднимет столб жидкости определенной высоты.

Жидкость будет подниматься до тех пор, пока ее давление меньше атмосферного. То есть, когда давление столба жидкости будет равно атмосферному, высота столба будет наибольшей.

Дано:$p = 101 \space 300 \space Па$$\rho = 1000 \frac{кг}{м^3}$$g = 9.8 \frac{Н}{кг}$

$h — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

Давление столба жидкости мы можем рассчитать по формуле:$p = \rho gh$, где:

$p$ — давление столба жидкости и величина нормального атмосферного давления ($760 \space мм \space рт. \space ст.$ или $101 \space 300 \space Па$);
$\rho$ — плотность воды ($1000 \frac{кг}{м^3}$);
$g$ — ускорение свободного падения.

Значит, мы можем выразить высоту $h$ из этой формулы и рассчитать ее:$h = \frac{p}{\rho g}$,$h = \frac{101 \space 300 \space Па}{1000 \frac{кг}{м^3} \cdot 9.8 \frac{Н}{кг}} \approx 10.3 \space м$.

Таким же образом можно рассчитать предельную высоту подъема для других жидкостей, если мы знаем их плотность.

Ответ: $h \approx 10.3 \space м$.

Упражнение №2

На какую наибольшую высоту вручную можно поднять спирт, ртуть поршневым насосом (рисунок 2) при нормальном атмосферном давлении?

Дано:$\rho_1 = 800 \frac{кг}{м^3}$$\rho_2 = 13 \space 600 \frac{кг}{м^3}$$p = 101 \space 300 \space Па$$g = 9.8 \frac{Н}{кг}$

$h — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

Максимальная высота столба жидкости будет достигнута в тот момент, когда давление жидкости будет равно атмосферному давлению. Рассчитаем эти высоту для спирта и ртути, используя формулу:$p = \rho gh$.

Максимальная высота столба спирта:$h_1 = \frac{p}{\rho_1 g}$,$h_1 = \frac{101 \space 300 \space Па}{800 \frac{кг}{м^3} \cdot 9.8 \frac{Н}{кг}} \approx 12.9 \space м$.

Максимальная высота столба ртути:$h_2 = \frac{p}{\rho_2 g}$,$h_2 = \frac{101 \space 300 \space Па}{13\space 600 \frac{кг}{м^3} \cdot 9.8 \frac{Н}{кг}} \approx 0.76 \space м$.

Ответ: $h_1 \approx 12.9 \space м$, $h_2 \approx 0.76 \space м$.

Упражнение №3

Объясните работу поршневого насоса с воздушной камерой (рисунок 4), где 1 — поршень; 2 — всасывающий клапан; 3 — нагнетательный клапан; 4 — воздушная камера; 5 — рукоятка.Какую роль играет в этом насосе воздушная камера? Можно ли поднять этим насосом воду с глубины, большей $10.3 \space м$?

Посмотреть ответ

Скрыть

Ответ:

Поднимаем рукоятку. Поршень идет вверх, нагнетательный клапан закрывается. Открывается всасывающий клапан, и вода под действием атмосферного давления поступает внутрь насоса.

Далее опускаем рукоятку — поршень идет вниз. Всасывающий клапан закрывается под давлением воды, а нагнетательный клапан в это время открывается. Вода попадает в воздушную камеру и под действием давления воздуха выходит наружу.

Таким насосом мы можем поднять воду с глубины, большей $10.3 \space м$. Это возможно, так как вода поднимается не только под действием атмосферного давления, но и под действием давления сжатого воздуха в воздушной камере.

Достоинства и недостатки

Особенности погружных насосов для колодцев с автоматикой

Аксиально-поршневой гидромотор и гидравлический насос данного типа при сравнении с радиальными и паровыми устройствами отличаются следующими достоинствами:

При достаточно компактных размерах и небольшом весе такие устройства обладают внушительной мощностью и достойной производительностью.
За счет компактных размеров и небольшого веса насосы, относящиеся к аксиально-поршневому типу, при работе создают небольшой момент инерции.
Частоту вращения выходного вала аксиально-поршневого гидромотора регулировать очень легко.
Данные устройства эффективно функционируют даже при достаточно высоком давлении рабочей среды и при этом создают соответствующий крутящий момент выходного вала.
В таких установках можно изменять объем рабочей камеры, чего не удается достичь при использовании гидронасосов и гидромоторов радиально-поршневых.
Частота, с которой вращается выходной вал гидромоторов данного типа, в зависимости от модели может находиться в диапазоне 500–4000 об/мин.
В отличие от насосов радиально-поршневых, которые могут работать при давлении рабочей жидкости, не превышающем значение 30 мПа, аксиальные установки способны функционировать при давлении, доходящем до 35–40 мПа. При этом потери величины такого давления будут составлять всего 3–5%.
Поскольку поршни аксиальных насосов устанавливаются в рабочих камерах с минимальными зазорами, достигается высокая герметичность таких установок.
При использовании насосов данного типа можно регулировать как направление подачи, так и давление рабочей жидкости.

Регулятор оборотов коллекторного двигателя от стиральной машины

Регулируемый аксиально-поршневой гидромотор применяется на погрузчиках, экскаваторах и автокранах

Как и у любых других технических устройств, у аксиально-поршневых насосов есть недостатки:

Такие насосы стоят достаточно дорого.
Сложность конструктивной схемы значительно затрудняет ремонт аксиально-поршневых гидронасосов.
Из-за не слишком высокой надежности эксплуатировать гидравлические механизмы данного типа следует только согласно инструкции, иначе можно столкнуться не только с невысокой эффективностью работы такого устройства, но и с его частыми поломками.
При использовании насосного оборудования данного типа жидкость в гидравлическую систему подается с большой пульсацией и, соответственно, расходуется неравномерно.
Из-за высокой пульсации, характерной для функционирования таких насосов, гидравлика, которой оснащена трубопроводная система, может работать некорректно.
Гидравлические механизмы аксиально-поршневого типа очень критично реагируют на загрязненную рабочую среду, поэтому использовать их можно только с фильтрами, размер ячеек которых не превышает 10 мкм.
Аксиально-поршневые гидравлические устройства из-за особенностей своей конструкции издают при работе значительно больше шума, чем модели насосов и гидравлических моторов пластинчатого и шестеренного типа.

К аксиально-поршневому типу, как упомянуто выше, могут относиться не только гидравлические насосы, но и гидромоторы. Принцип работы гидромотора практически идентичен принципу действия аксиально-поршневого насоса. Основная разница состоит в том, что совершается такая работа в обратной последовательности: в устройство под определенным давлением подается жидкость, которая и заставляет двигаться поршни гидромотора, приводящие во вращение его выходной вал.

Устройство и принцип работы циркуляционного насосаЕсли не знать, в чем заключается принцип работы циркуляционного насоса,…

Как выбрать насос для бассейна: сравнительный обзор различных видов агрегатовВы хотите обустроить собственный бассейн, сотворив…

Простейший насос из пластиковых бутылокПростую помпу для перекачки жидкости буквально за несколько минут можно изготовить…

Гидронасосы сегодня нашли широкое применение в самых различных отраслях: от домашнего хозяйства до машиностроения. Благодаря своим высоким эксплуатационным характеристикам они используются для обеспечения водоснабжения частных и многоквартирных домов, подачи топлива в оборудовании на предприятиях промышленности и космических станциях. К наиболее распространенным относят аксиальные гидронасосы поршневого типа.

Читать также: Ворота из профнастила чертежи

Что такое поршневой насос?

Металлические печи для дома на дровах

Возвратно-поступательный насос — это механическое устройство, которое преобразует механическую энергию жидкости в гидравлическую энергию (энергию давления). Он использует поршень или плунжер для перекачки жидкости из одного места в другое. Поскольку поршневой насос использует поршень или плунжер для перекачки жидкости, поэтому он также известен как поршневой насос.

В этом насосе поршень совершает возвратно-поступательные движения вверх и вниз внутри цилиндра насоса. При движении поршня в направлении BDC он всасывает жидкость, а при движении в направлении TDC он нагнетает жидкость. Ручной насос является наиболее распространенным примером возвратно-поступательного насоса. Велосипедный насос и шприцевой насос также являются наиболее распространенными примерами возвратно-поступательных насосов.

Возвратно-поступательный насос работает в соответствии с движением поршня вниз и вверх. В отличие от них, динамические насосы используют рабочее колесо и диффузор для перекачки жидкости из зон с низким напором в зоны с высоким напором.

В 200 году до н.э. поршневой насос был изобретен греческим первооткрывателем Ктесибием.

Работа этих насосов полностью зависит от их возвратно-поступательной части (т.е. поршня, плунжера или мембраны). Если поршень повреждается, то поршневые насосы не могут перекачивать жидкости.

Поэтому правильная работа поршня очень важна в этих насосах. Во время работы насоса поршень преобразует кинетическую энергию жидкости и превращает ее в энергию давления.

Возвратно-поступательный насос используется, когда относительно небольшое количество жидкости перемещается под высоким давлением. Этот тип насоса больше подходит для небольших расходов при высоком давлении по сравнению с центробежными насосами.

При использовании плунжерного или поршневого насоса определенное количество жидкости (в основном отстойник) должно подаваться и перемещаться из самой низкой зоны в самую высокую. Например, если вы отправляетесь на обслуживание мотоцикла, вы можете убедиться, что вода, используемая для обслуживания, набирается из отстойника и распыляется на мотоцикл, обеспечивая давление через форсунку.

Принцип работы гидромотора

Развальцовка труб в трубных решетках. подготовка труб и отверстий к развальцовке

Основная задача агрегата заключается в обеспечении процесса преобразования энергии циркулирующей жидкости в механическую энергию, которая, в свою очередь, передается через вал исполнительным органам. На первом этапе работы гидромотора происходит поступление жидкости в паз распределительной системы, откуда она переходит в камеры блока цилиндров. По мере наполнения камер увеличивается давление на поршни, в результате чего формируется и крутящий момент. В зависимости от конкретного устройства гидромотора, принцип действия системы на этапе преобразования силы давления в механическую энергию может быть разным. Например, крутящий момент в аксиальных механизмах образуется за счет действия сферических головок и гидростатических опор на подпятниках, через которые и начинается работа блока цилиндров. На конечном этапе завершается цикл нагнетания и вытеснения жидкостной среды из цилиндрической группы, после чего поршни начинают обратное действие.

Насосы двухстороннего действия

Основная причина, по которой был разработан и стал активно применяться поршневой насос двойного действия, заключается в стремлении производителей уменьшить уровень пульсации потока жидкости, нагнетаемой в трубопроводную систему. Для того чтобы разобраться в преимуществах использования насосного устройства двойного действия, достаточно понять, как работает поршневой жидкостный насос данного типа.

Особенность устройства жидкостного поршневого насоса двойного действия заключается в том, что штоковые и поршневые полости этой машины оснащены индивидуальными клапанными системами. Такая конструкция поршневого насоса двойного действия, уникальность которой можно заметить даже по фото, позволяет не только устранить пульсации потока в трубопроводной системе, но и значительно повысить эффективность использования самой машины. Между тем поршневые насосы одностороннего действия, если сравнивать их с двухсторонними моделями, из-за простой конструкции отличаются более высокой надежностью и долговечностью.

Принцип действия двухстороннего поршневого насоса

Существует еще одна конструктивная схема поршневого насоса, при использовании которой удается добиться устранения пульсационных процессов в трубопроводных системах. Насосное оборудование, выполненное по данной схеме, предполагает применение специального гидроаккумулятора. Основное назначение таких гидроаккумуляторов, используемых для оснащения насосных станций, заключается в том, чтобы накапливать энергию потока жидкости в моменты пикового давления в трубопроводе и отдавать ее тогда, когда такого давления для нормальной работы системы недостаточно.

Однако какие бы виды поршневых насосов ни использовались и какими бы дополнительными техническими устройствами ни оснащались насосные станции, устранить пульсационные процессы в трубопроводах не всегда удается. В таких ситуациях часто применяется дополнительное оборудование, обеспечивающее эффективный отвод лишней жидкости за пределы насосной станции.

Хорин В. Н. Объемный гидропривод забойного оборудования.— 3-е изд., перераб. и доп. М., Недра, 1980. 415 с.

В книге изложены основы теории и методы расчета важнейших элементов и систем объемного гидропривода, применяющихся в забойном оборудовании, очистных и проходческих комбайнах, породоразгрузочных и буровых машинах, механизированных крепях и угледобывающих агрегатах.
Подробно рассмотрены применяемые рабочие жидкости и их свойства. Описаны современные конструкции всех основных элементов объемного гидропривода. В 3-м издании книги (2-е изд.— 1968) отражены изменения, внесенные в параметры объемного гидропривода, дальнейшие перспективы развития и имеющиеся тенденции в области изменения параметров и повышения надежности его элементов.
Книга рассчитана на инженерно-технических работников, занимающихся конструированием, производством и эксплуатацией систем гидропривода горных машин и механизированных гидрофицированных крепей, а также специалистов, занимающихся вопросами гидропривода в других отраслях машиностроения.

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 D₁ и D₂. 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.

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 насосаН:

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_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;

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

Напор насоса Н и давление насоса р связаны между собой зависимостью

Эксплуатационные особенности

Продолжая тему ТНВД, что наиболее актуально для обсуждения плунжера в составе автомобильных узлов, стоит отметить некоторые эксплуатационные особенности.

Конструктивная особенность предусматривает, что в плунжерной паре имеется минимальный зазор между поверхностями двух элементов. Потому при эксплуатации насоса предъявляются повышенные требования к поддержанию оптимального состояния системы питания ДВС.

Чтобы пара плунжер-втулка работали эффективно, в бак рекомендуется заправлять солярку только высокого качества. Наличие воды, как и других посторонних примесей, может негативно отразиться на работе и состоянии плунжера.

В итоге плунжер способен заклинить, и выйдет из строя весь топливный насос. Даже при небольшом количестве воды в солярки на поверхностях могут образоваться следы коррозии. В случае с попаданием механических частиц плунжер может заклинить.

Принцип действия и классификация поршневых насосов

Поршневой насос представляет собой объемную машину с возвратно-поступательным движением поршня в цилиндре.

На рисунке 6.1 представлена схема гидравлической части однопоршневого насоса одностороннего действия.

Принцип действия такого насоса заключается в следующем. При ходе поршня 1 вправо в рабочей камере цилиндра 2 освобождается объем и давление снижается (р р_В) и открывается нагнетательный клапан 4.

Жидкость поршнем вытесняется из цилиндра — происходит процесс нагнетания до конца хода поршня влево.

Из принципа действия поршневого насоса выявляются особенности его конструкции:

рабочая камера (цилиндр) изолирована от подводящего и напорного трубопроводов клапанами;
подача насоса зависит от геометрических размеров насоса (длины хода и площади поршня) и от числа двойных ходов поршня;
пределы преодолеваемого поршнем давления (напора) зависят от установленной мощности и прочности деталей насоса, т.е. насос может развивать любой напор;
поршень движется с переменной скоростью (от 0 в начале хода до максимальной в середине хода и снижающейся до нуля в конце хода).

В зависимости от условий работы и свойств перекачиваемых жидкостей насосы имеют весьма разнообразные конструкции. Ниже изложены некоторые принципы классификации поршневых насосов.

1. По типу приводной части различают насосы приводные, прямодействующие, ручные.

Приводные насосы — это насосы, у которых в приводной части имеется кривошипно-шатунный механизм для преобразования вращательного движения приводного вала в возвратно-поступательное движение поршня.

На рисунке 6.2 приведена схема приводного насоса, у которого приводная часть состоит из крейцкопфа 1, шатуна 2 и кривошипного вала 3. Кроме этих частей, для снижения числа ходов поршня в приводной части обычно имеется редуктор.

Прямодействующие насосы — это насосы, у которых поршень насоса общим штоком связан с поршнем двигателя.

На рисунке 6.3 представлена схема прямодействующего насоса, у которого приводная часть представляет собой паровую машину, состоящую из парового цилиндра 1, поршня 2 со штоком 3, непосредственно соединенным со штоком гидравлической части насоса, и золотниковой коробки распределения пара 4. В качестве двигателя прямодействующего насоса могут быть применены также гидравлические силовые цилиндры и пневмоцилиндры.

1. Ручные насосы — это насосы, у которых движение поршня осуществляется с помощью рукоятки вручную.

2. По расположению осей цилиндров насосы бывают горизонтальные, вертикальные и с осями, расположенными наклонно по отношению к основанию.

3. По числу цилиндров насосы выполняются одно, двух, трех и многоцилиндровыми.

4. По конструкции поршня насосы бывают:

а) собственно поршневые, т.е. поршень представляет собой диск с уплотнениями, которые плотно прилегают к цилиндру (рисунок 6.4), такие поршни применяются в насосах двухстороннего действия, имеющих большие подачи;

Рисунок 6.4 Рисунок 6.5

б) плунжерные — плунжер имеет длину, значительно превышающую диаметр (рисунок 6.5) и применяются при значительных давлениях и малых подачах;

в) с проходным поршнем, имеющим в теле нагнетательный клапан (рисунок 6.6). Такие поршни находят широкое применение в глубинных насосах для добычи нефти, в которых диаметр цилиндра ограничен размерами скважины;

г) диафрагменные насосы, в которых изменением формы эластичной пластины достигается изменение объема рабочей камеры (рисунок 6.7).

Насосы с диафрагмой имеют малую длину хода и создают малые подачи.

5. По числу действия различают насосы:

а) одностороннего действия, когда один ход поршня, сопровождается всасыванием жидкости, а другой — нагнетанием (рисунок 6.8)

Рисунок 6.8 Рисунок 6.9 Рисунок 6.10

б) двухстороннего действия, когда каждый ход поршня сопровождается процессами всасывания и нагнетания (рисунок 6.9).

в) дифференциального действия (рисунок 6.10), в котором — совершается один процесс всасывания при ходе поршня вправо и два процесса нагнетания. При ходе вправо жидкость нагнетается из камеры Б, а при ходе влево из камеры А часть жидкости протекает в камеру Б, а другая — в напорный трубопровод, улучшая равномерность ее поступления.

188.64.169.166 studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock! и обновите страницу (F5)очень нужно

Подведение итогов

Вытеснители, имеющие цилиндрическую форму и длину, значительно превышающую диаметр детали, действительно отличаются от поршней. Поэтому отдельно различают насосы плунжерного и поршневого типа. Последние не могут справиться с теми задачами, которые без проблем выполняют их коллеги на основе пары плунжер-втулка. В основном речь идёт об условиях работы при высоком давлении.

Самым ярким примером плунжера применительно к авто выступает ТНВД. Это устройство обеспечивает стабильную работу дизельного ДВС. Но при этом предъявляются повышенные требования к изготовлению плунжерной пары, их подгонки друг к другу, а также к обеспечению условий эксплуатации.