Поршневые насосы: преимущества, применение

Существует несколько типов объемных насосных установок, и поршневой насос является одним из них. В данном устройстве происходит перемещение жидкости с помощью вытеснителей – они выталкивают рабочую среду из специальных камер. Сама камера представляет собой замкнутую емкость, сообщение которой происходит либо с входной, либо с выходной частью насоса.

Жидкость в трубопроводе сталкивается с сопротивлением, вызванным статической высотой и инерцией. Чтобы они не сказывались на качестве работы оборудования, жидкость получает дополнительную энергию, преобразованную из энергии, вырабатываемой электрическим двигателем. В целом, поршневые насосы классифицируются по целому ряду признаков:

• Особенности конструкции и работы оборудования.
• Тип перемещаемой жидкой рабочей среды.
• Величина нагнетаемого давления.

Ниже варианты классификации рассматриваются более подробно.

Виды и типы поршневого насосного оборудования

Привод поршневого насоса может быть либо ручным, либо механическим. Естественно, что сейчас повсеместно распространены именно механические модификации, которые представлены в двух исполнениях:

• Прямого действия. Движения поршня – возвратно-поступательное, от штока и поршня паровой машины. При этом сама паровая машина является неотъемлемым элементом насосного оборудования.
• Приводного действия. Движение поршня происходит за счет работы отдельного силового агрегата, соединенного с насосом специальной передачей.

Поршневые насосы классифицируются также по типу рабочих органов, с помощью которых вытесняется жидкость из статичных камер. Возможны три варианта устройств:

• Плунжерные, с поршнем в виде цилиндра.
• Поршневые, с поршнем в виде диска.
• Диафрагмовые, где поршень и жидкость непосредственно не соприкасаются (для разделения используется диафрагма).

Последний вариант конструкции находит применение при транспортировке жидких рабочих сред с примесями, используемых в строительстве растворов, химически активных жидкостей. Активация диафрагмы происходит с помощью рычага. В рабочей камере имеется пара патрубков – напорный и всасывающий. Движение штока – возвратно-поступательное, он соединен с диафрагмой в единую конструкцию. Такое оборудование широко используется в автомобилестроении, в составе топливных систем.

Еще один вариант классификации – по способу работы. Существуют следующие варианты поршневых насосов:

• Одинарные (также их часто называют простыми, используются в случаях, когда пульсация жидкости не является проблемой).
• Двойные. Отличаются от предыдущего варианта более стабильной подачей рабочей среды, за счет использования сразу пары камер, размещенных по сторонам от цилиндра, в районе клапанов для всасывания и нагнетания жидкости. За один оборот коленвала происходит двукратное нагнетание жидкости – соответственно, снижается уровень пульсации, в том числе за счет воздушного колпака.
• Дифференциальные. В плане конструкции похожи на двойные насосы, также оснащаются парой рабочих камер, но основной и всасывающий клапаны расположены только в одной из них. Обеспечивается ровная и стабильная транспортировка жидкости, без сильных пульсаций.

Классификация может быть основана на расположении оборудования в пространстве – вертикальное или горизонтальное, по числу цилиндров – от одного и более. Количество поршней также может быть различным. Широко распространено однопоршневое и двухпоршневое оборудование, но существуют и более сложные устройства. 

Можно выделить три категории по размеру (диаметру) поршня:

• Малые (диаметр не более 50 миллиметров).
• Средние (от 50 до 150 миллиметров).
• Большие (более 150 миллиметров).

Три категории существует и в плане быстроходности, по количеству двойных ходов за минуту. К тихоходным насосам относится оборудование, выполняющее 40-80 ходов, к средним – 50-80 ходов, быстрым – от 150 до 350 ходов. Исполнение может различаться в зависимости от особенностей рабочей среды – существуют различные модификации для холодной и горячей воды, строительных растворов, химически агрессивных веществ. По создаваемому давлению тоже может быть три варианта – с малым, средним или высоким давлением.

Главное звено в поршневом насосном оборудовании может либо перемещаться возвратно-поступательно, либо вращаться. Вариант исполнения с вращением характерен для вальных устройств, с возвратно-поступательным движением – для оборудования с прямым действием. 

Самые распространенные насосы – погружные и кулачковые

У кулачковой модификации имеется единственный цилиндр, где активация рабочего органа происходит с помощью кулачка, возврат к изначальному положению обеспечивает пружина. Недостатком такого оборудования является неравномерность в транспортировке рабочей среды, однако в то же время именно такие насосы считаются одними из самых малогабаритных. Расположение цилиндров – радиальное, с центральным пересечением осей. Давление, возникающее в районе кулачка и вытеснителя, нивелируется благодаря башмакам.

Возможности кулачкового насоса позволяют добиться высокого давления, и потому находят применение в различных гидравлических системах. Кроме того, это лучший вариант топливного насоса для силового агрегата на дизельном топливе. Что касается погружных насосов, то их устанавливают в скважины, они отличаются небольшими габаритами.

Главные элементы поршневых насосов и их принцип работы

В поршневом насосе ключевые узлы – это вытеснитель и рабочая камера. Именно в рабочей камере находится транспортируемая жидкость, а энергия от силового агрегата передается ей вытеснителем. Принцип действия зависит от конструкции, и в простейшем варианте работа основывается на движениях вытеснителя, соединенного с кривошипно-шатунным механизмом. Для соединения используется шток. Независимо от количества поршней в насосе, в движение они приводятся только одним коленвалом.

Если поршень смещается в правую сторону, в камере возникает пустое пространство, происходит затягивание жидкости из трубопроводной системы. Когда поршень движется в противоположную сторону, всасывающий клапан закрывается, но открывается нагнетательный. Соответственно, транспортируемая жидкость передается в трубопровод. Простейший вариант исполнения сейчас используется не слишком часто, в виду свой недостаточной эффективности и производительности. Более распространенные модификации – с несколькими рабочими камерами и поршнями.

Плюсы использования насосов поршневого типа

Поршневое насосное оборудование получило широкое распространение, и сейчас такие устройства используются повсеместно – и в промышленных, и в бытовых условиях (например, в топливных системах автотранспорта). В сравнении с другими видами насосов, поршневые обладают несколькими важными преимуществами:

• Тихоходная работа, создающая значительный напор.
• Подача рабочей среды не зависит от напора, и потому оборудование может использоваться как дозирующее.
• Достаточно высокое значение КПД, особенно в сравнении с аналогами, построенными по центробежному принципу.

Среди важных особенностей поршневого насосного оборудования – прерывистая подача жидкости и большие габариты. Центробежные устройства перекачивают рабочую среду непрерывно. Конструкция поршневого агрегата сложнее, однако возможности по созданию большого напора намного выше. Наличие клапанов предполагает, что оборудование будет эксплуатироваться с жидкостями, имеющими минимальное количество примесей. Наличие в транспортируемой среде крупных инородных частиц может стать причиной засорения насоса и возникновения неисправностей.

Сферы использования поршневых насосов

Данное оборудование широко используется в водопроводных системах, в бытовых условиях, в промышленности (химическая, пищевая). С помощью поршневых насосов делаются покрытия для различных материалов методом напыления. В топливных системах автомобилей устанавливаются диафрагменные модификации, конструкции такого же типа подходят и для эксплуатации в строительстве – например, для перекачки различных растворов (для глинистых смесей применяют насосы с буровым исполнением). Погружное оборудование устанавливается для поднятия воды из скважин.