Поршневые насосы

Поршневые насосы - насосы, в которых перемещение жидкости осуществляется путем ее вытеснения из неподвижных рабочих камер вытеснителя.

Рабочей камерой объемного насоса называют ограниченное пространство, который попеременно сочетается с всасывающим и нагнетательным патрубком. Вытеснитель - рабочий орган насоса, который осуществляет вытеснение жидкости из рабочих камер. Как правило, в современных устройствах для передачи движения вытеснителя применяют кривошипно-шатунный механизм, который преобразует вращательное движение в возвратно-поступательное.

Эти насосы широко распространены в нефтегазовой промышленности при необходимости обеспечения больших напоров жидкости, которая транспортируется.

Поршневые насосы классифицируют по следующим признакам:

1. Тип вытеснителей - собственно поршневые, плунжерные, диафрагменные.

2. Характер движения ведущего звена - возвратно-поступательное, вращательное.

3. Количество поршней - однопоршневые, многопоршневые.

4. Количество циклов нагнетания и всасывания за один двойной ход - одностороннего, двустороннего действия.

5. Кратность действия - простая, многократная.

6. Способ привода - приводные, прямого действия.

7. Тип привода - электрический, паровой.

8. Быстроходность - тихоходные, нормальные, быстроходные, особенно быстроходные.

9. Расположение цилиндров - горизонтальные, вертикальные.

10. Давление нагнетания - низкое, среднее, высокое.

11. Подача - малая, средняя, ​​большая.

 

В поршневом насосе простого действия (рисунок 23) поршень 2 связан с кривошипно-шатунным механизмом через шток 3, в результате чего он совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре 1. Поршень при ходьбе справа создает разрежение в рабочей камере, вследствие чего всасывающий клапан 6 поднимается и жидкость из расходного резервуара 4 по всасывающем трубопроводе 5 поступает в рабочую камеру 7. При обратном ходе поршня (слева) всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан 8 открывается, и жидкость нагнетается в напорный трубопровод 9. При этом жидкость будет поступать в напорный коллектор прерывисто, в зависимости от частоты движения поршня.

Рисунок 23 - Насос поршневой простого действия

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – шток; 4 - затратный резервуар; 5 - всасывающий трубопровод; 6 - всасывающий клапан; 7 - рабочая камера; 8 - нагнетательный клапан; 9 - напорный трубопровод.

На снижение подачи поршневого насоса также влияет запаздывание посадки напорного и всасывающего клапанов, а также утечки через клапаны и уплотнения. Эти потери эти заметно увеличиваются с повышением давления.

Более равномерная и увеличена подача жидкости, по сравнению с насосом простого действия, может быть достигнута насосом двойного действия (рисунок 24), в котором каждому хода поршня удовлетворяют процессы всасывания и нагнетания. Насосы двустороннего действия должны иметь разделённый пополам цилиндр, каждая часть которого имеет свой напорный и всасывающий патрубки, оснащенные клапанами. При движении поршня, в разных частях цилиндра создается или избыточное, или всасывающее давление, под действием которого открывается та или иная пара клапанов.

Эти насосы выполняются горизонтальными и вертикальными, причем последние наиболее компактные.

В дифференциальном насосе (рисунок 25) всасывание происходит за один ход поршня, а нагнетание за оба хода. Насосы двустороннего действия имеют одну рабочую камеру с всасывающим и напорным клапанами и вторую рабочую камеру без клапанов. Благодаря тому, что за один оборот вала насос два раза нагнетает жидкость, подача его выравнивается.

 

Рисунок 24 - Насос поршневой двойного действия

Рисунок 25 - Дифференциальный поршневой насос

 

Насосы двойного действия имеют более равномерную подачу по сравнению с насосами простого действия и дифференциальными благодаря тому, что по обе стороны от цилиндра имеются две рабочие камеры, в каждой из которых находятся нагнетательные и всасывающие клапаны. Поэтому за один оборот коленчатого вала поршень два раза нагнетает жидкость.

Рисунок 27 - Двухпоршневой насос

 

Другим эффективным способом снижения неравномерности подачи, является использование многопоршневых насосов с параллельным подключением цилиндров, поршни которых приводятся в движение от общего коленчатого вала (рисунок 27). Кривошипы коленчатого вала расположены по отношению друг к другу под определенным углом.

Конструкция плунжерного насоса (рисунок 28) похожа на конструкцию поршневого насоса. Отличие заключается в конструкции поршня. Поршень представляет собой длинный стержень перемещается свободно в корпусе камеры не касаясь стенок. Уплотнение размещены неподвижно в корпусе камеры.

Рисунок 28 - Плунжерный насос

Рисунок 29 - Диафрагменный насос

 

В диафрагменном насосе (рисунок 29) роль поршня выполняет гибкая пластина-диафрагма, закрепленная по краям изгибается под действием рычажного механизма или переменного давления среды. При изгибе диафрагмы в одну сторону происходит всасывание жидкости, при изгибе в другую - нагнетание.

 

Основные преимущества поршневых насосов:

1. Возможность генерирования больших напорных значений.

2. Небольшие габаритные размеры.

3. Взаимозаменяемость деталей.

4. Возможность регулировки давления в напорном трубопроводе путем изменения частоты движения или хода поршней.

Недостатки поршневых насосов:

1. Сложность изготовления и высокая стоимость.

2. Необходимость в установке дополнительных элементов для уплотнения между стенками рабочей камеры и поршня, которые в результате воздействия сил трения подвержены износу.

3. Пульсация подачи и давления.

4. Невозможность перекачки жидкостей, содержащих абразивные частицы.