Поршневые насосы: устройство, принцип работы и значение

Поршневой насос — тип насоса положительного смещения, работающий на принципе прямого и обратного движения поршня. В отличие от центрифугального, использующего кинетическую энергию рабочего колеса. Быстрое сравнение — здесь.

Этот класс насосов положительного смещения включает поршневые, плунжерные и диафрагменные насосы. При должном обслуживании служат десятилетиями. Применяют при малом расходе и высоком давлении выдачи.

Сегодня вы узнаете определение, применение, функции, компоненты, схему, классификацию, виды и работу поршневого насоса, а также преимущества и недостатки.

Что такое поршневой насос?

Как сказано во введении, поршневой насос — класс машин положительного смещения, типичный для малых расходов и высоких давлений. Имеет стационарную камеру, захватывающую жидкость поршнем или плунжером.

Гидравлический институт и ANSI делят поршневые насосы на четыре типа (упомянутые выше). И поршни, и диафрагмы создают качающее действие, клапаны регулируют поток в/из корпуса. Размеры: от крупномасштабных силовых насосов до малых высоконапорных моек.

Применение поршневого насоса

• Нефтеперерабатывающие заводы
• Автомойки / сервисные центры
• Газовые отрасли
• Нефтехимические отрасли

Цели применения:

• Очистка сосудов, труб, баков, трубок, конденсатных труб, теплообменников и др.
• Нефтебурение, переработка, производство, утилизация, инъекции.
• Пневматические высоконапорные применения.
• Мойка транспорта.
• Чистка канализационных линий.
• Влажный песченапыльный процесс.
• Подача воды в котлы.
• Высоконапорные насосы для систем обратного осмоса (RO).
• Гидроиспытания баков, сосудов и др.
• Пожарные системы.
• Системы очистки сточных вод.

Компоненты поршневого насоса

Основные компоненты и их функции:

• Фильтр-сепаратор (Strainer) — удаляет примеси из жидкости перед входом в насос. Монтируется на всасывающей трубе.
• Всасывающая труба (Suction pipe) — засасывает жидкость из бака.
• Всасывающий клапан (Suction valve) — обратный клапан на всасывающей трубе. Обеспечивает поток из бака в насос.
• Цилиндр / жидкостной цилиндр (Cylinder) — где растет давление. Полый цилиндр с покрытием, содержит поршень и кольца.
• Поршень/плунжер и поршневой стержень (Piston/plunger and rod) — поршень на стержне, соединен с шатуном. Обеспечивает возвратно-поступательное движение в цилиндре.
• Поршневые кольца (Piston rings) — защищают поверхность поршня и внутреннюю поверхность цилиндра от износа, обеспечивают гладкую работу.
• Уплотнение (Packing) — необходимо для герметичности между цилиндром и поршнем. Предотвращает утечки.
• Шестило и шатун (Crank and connecting rod) — коленвал соединен с источником мощности. Шатун связывает коленвал и поршневой стержень. Вместе создают возвратно-поступательное движение.
• Напорный клапан (обратного действия) (Delivery valve) — накапливает давление как всасывающий клапан. Защищает насос от обратного потока.
• Напорная труба (Delivery pipe) — подает жидкость к месту назначения.
• Воздушный сосуд (Air vessel) — только у некоторых типов. Снижает гидравлическое сопротивление или ускорение.

Схема поршневого насоса:

Классификация поршневых насосов:

Зависят от:

Источника работы:

• Простой ручной поршневой насос.
• Электроприводной глубоководный поршневой насос.

Механизма:

• Одноходовый поршневой насос.
• Двухходовый поршневой насос.
• Трехходовый поршневой насос.

Числа цилиндров:

• Одноцилиндровый — один цилиндр на валу.
• Двухцилиндровый — два цилиндра на валу.
• Трехцилиндровый — три цилиндра на валу.

Виды поршневых насосов

Силовой поршневой насос (Piston power pump):

Классификация по ориентации (вертикальная/горизонтальная), действию (одно/двухходовое), элементу (поршень/плунжер), ступеням (симплекс, дуплекс, триплекс). Для моек высокого давления. Дают высокое давление при малом расходе.

Обычно дуплекс или триплекс. Одноходовые создают давление в одну сторону хода, двухходовые — в обе. Поршневые силовые насосы — в крупномасштабе. Нефтехимия: гидроразрыв пласта (фраккинг), утилизация соленой воды. Перекачка песконосных флюидов и суспензий.

Паровой силовой насос (Steam power pump):

Не преобразуют вращательное в поступательное через паровой поршень, прямой привод парового поршня к поршню силового насоса. Обычно двухходовые на паровом и жидкостном конце. Рычаг на поршневом стержне переключает паровой поток при приближении поршней к концу хода. Два паровых цилиндра обычно. По стандарту API 674 — в опасных зонах нефти, нефтехимии, переработки.

Дозирующий насос (Metering pump):

Облегчили дозирование химикатов, паст и др. Взаимодействие поршня/плунжера. Диафрагменный метод тоже применяют. Особенно в промышленных процессах, пищевой и фармацевтике. Регулируемая длина хода для установки дозировки. Много исполнений: крупные для химдозирования в заводах, микро — для фармзаполнения, клеевого дозирования.

Диафрагменный насос (Diaphragm pump):

Гибкие мембраны изолируют камеры насоса. Пневматические или электрические. Для перекачки масел и опасных жидкостей. Размеры: от промышленных стационарных до портативных подрядчиков. Разные приводы: механические связи, гидравлическая жидкость, воздух.

Принцип работы

Работа поршневых насосов проста. Подача питания на систему — коленвал вращается от электромотора. Угол коленвала обеспечивает движение поршня в цилиндре.

По схеме: поршень движется к крайнему левому положению цилиндра в положении А коленвала. К крайнему правому — в положении С.

Когда поршень в правом краевом положении, в цилиндре возникает частичный вакуум. Жидкость входит в всасывающую трубу. Атмосферное давление на жидкости в баке выше давления в цилиндре. Вода входит в цилиндр через обратный клапан из-за разницы давлений. Объем воды в цилиндре отправляется в напорную трубу через напорный клапан при вращении коленвала от С к А — поршень движется вперед.

Из-за прямого движения поршня давление в цилиндре растет выше атмосферного. Напорный клапан открывается, всасывающий закрывается. Вода в напорном клапане не может вернуться — односторонний клапан. Вода идет в напорную трубу к месту назначения.

Смотрите видео ниже о работе поршневого насоса:

Преимущества и недостатки поршневого насоса

Преимущества:

1. Жидкость подается под высоким давлением из бака на любую высоту.
2. Закачка (прайминг) не требуется, в отличие от центрифугального.
3. Непрерывный расход возможен в поршневом насосе.

Недостатки:

Несмотря на преимущества, есть ограничения:

1. Высокие затраты на обслуживание — много движущихся частей.
2. Высокая первоначальная стоимость системы.
3. Высоковязкие жидкости трудно перекачивать.
4. Низкий расход.

Заключение

В статье: определение, применение, функции, компоненты, схема, классификация, виды поршневого насоса. Принцип работы, преимущества, недостатки.

Надеюсь, полезно. Делитесь с техническими студентами. Спасибо!