Жидкостные поршневые насосы – это повсеместно используемое оборудование для перекачки жидких сред разного вида и состава. Отличается несложной конструкцией и простым действием. Представить себе работу поршня можно по множеству других устройств. Аналогичный принцип используется и в насосах, перекачивающих жидкости из скважин, колодцев и других источников. Эта способность обеспечивает их применение в организации автономного водоснабжения частных домов. Более производительные поршневые установки эксплуатируют на предприятиях металлургической, химической и пищевой промышленности.
Конструкция поршневого насоса
Основу составляют две системы и их элементы: механическая и гидравлическая. Первая передает механическую энергию от двигателя к главному рабочему органу – поршню. Вторая преобразовывает ее в гидравлическую и направляет потоки жидкости в нужном направлении.
1) Поршень. Ключевой элемент, создающий давление посредством возвратно-поступательного движения. Изготавливается из стали или чугуна, чтобы выдерживать повышенные нагрузки. Может иметь уплотнители из резины или других материалов. Это необходимо, чтобы не оставалось пространства между поршнем и камерой (цилиндром), в которых он движется.
2) Кривошипно-шатунный механизм. Это механическая часть насоса, приводящая в движение поршень. Вал механизма кривошипа, в свою очередь, вращается благодаря двигателю. Поршень соединяется с механизмом через шток. Один оборот двигателя равен двум ходам поршня: первый выполняется для создания разрежения в камере, а второй – для нагнетания.
3) Рабочая камера. Представляет собой неподвижную герметичную емкость, сообщающуюся с нагнетательным и всасывающим патрубками и их клапанами. В ней находится жидкость, поступающая из приемного трубопровода и вытесняемая в напорный. Камера должна обладать не только высокой антикоррозийной стойкостью, но и устойчивостью к агрессивным средам.
4) Патрубки и клапаны. Относятся к гидравлической части насоса. Если рассматривать его горизонтальную конструкцию, то снизу рабочая камера сообщается со всасывающим патрубком, а сверху – с нагнетательным. На обоих установлены одинаковые клапаны. Их функцией является периодическое отделение камеры от зон всасывания и нагнетания.
Принцип работы поршневого насоса
Исходя из конструкции, несложно представить себе его функционирование. Для наглядности рассмотрим горизонтальную конструкцию, в которой кривошипно-шатунный механизм и поршень находятся справа, а рабочая камера с патрубками – слева. Когда поршень совершает движение назад (вправо), то в камере увеличивается объем воздуха и создается разрежение. На клапан всасывающего патрубка начинает давить бОльшее давление, чем в камере, и он поднимается. Жидкость через патрубок, соединенный с трубопроводом или резервуаром, поступает из них и заполняет рабочую камеру. При движении вперед поршень начинает давить на жидкость и создавать повышенное давление. Закрывается всасывающий клапан и открывается нагнетательный, а через верхний патрубок вода попадает в трубопровод. То же самое происходит и в вертикальной конструкции, только поршень движется вверх и вниз.
Особенности и модификации поршневых насосов
При возвратно-поступательном движении поршня перекачка жидкости происходит не равномерно, а скачкообразно. Это основной недостаток насосов простого одностороннего действия. Устранить этот недостаток позволяют два попеременно работающих поршня или изменение конструкции рабочей камеры. Благодаря этому и удается сбалансировать скачки.
– Насосы двойного действия. Если соединить два простых насоса, подключить к одному валу и патрубкам (всасывающему и нагнетательному), то получится двойной. Усовершенствованная конструкция обеспечивает как всасывание, так и нагнетание за один ход поршня. Его обе части становятся рабочими, а в камере могут устанавливать по два всасывающих и нагнетательных клапана. Это увеличивает производительность и поддерживает стабильную скорость перекачки жидкости. Но такое оборудование может чаще нуждаться в ремонте и техобслуживании.
– Дифференциальные насосы. Имеют гладкий цилиндр, в котором движется поршень, и вспомогательную камеру у нагнетательного патрубка. За один ход назад поршень создает эффект всасывания, а нагнетание жидкости обеспечивается за оба хода. То есть при движении поршня из вспомогательной камеры в патрубок попадает определенный объем воды, а затем она вытесняется и из основной камеры. Суммарно получается столько же, сколько при работе простого насоса. Но при этом обеспечивается более равномерная подача жидкости.
Виды поршневых насосов
Существует и другая классификация этого оборудования по эксплуатационным особенностям.
- Перекачиваемая жидкость. Универсальные насосы для бытового применения – водяные. Но для промышленности выпускают и другие модификации – масляные, рассольные, топливные.
- Объем подаваемой жидкости (м3 /час). Определяется за один цикл движения поршня. Различают жидкостные насосы малой подачи (до 20), средней (до 60) и большой (от 60).
- Частота вращения вала (об/мин.). Делится насосное оборудование на малооборотное (до 80), универсальное (до 150), быстроходное (до 350) и высокооборотное (до 750-800).
- Привод и монтаж. Привод может быть ручным, электрическим или паровым. По размещению элементов и способу установки оборудование делится на горизонтальное и вертикальное.
Преимущества поршневых насосов
- Простая конструкция и принцип работы. Разобраться в этом несложно, если знать механизм действия любого поршня и посмотреть на схему насоса прямого действия. Отсутствие сложных элементов упрощает также его техобслуживание и ремонт.
- Высокая надежность и функциональность. Оборудование долговечное и может работать в интенсивном режиме несколько лет. Способно создавать и поддерживать высокое давление (до 2-4 Мпа) и регулировать число ходов при его повышении в трубах.
- Работа в разных условиях и с разными носителями. Как уже отмечалось, насосы поршневые перекачивают не только воду, но также агрессивные жидкие среды. Обладают и способностью «сухого» всасывания при наличии воздуха в трубопроводе.
Среди недостатков этого оборудования называют неравномерную подачу воды, невысокую производительность, большой вес и габариты. Нередко возникают и различные механические поломки движущихся частей (особенно клапанов и штока). Но сократить регулярность ремонта позволяет выбор качественного поршневого насоса и соблюдение правил его эксплуатации.