Как работают поршневые насосы? Объемные насосы для перекачивания загрязненных жидкостей.

Поршневой жидкостный насос является одним из первых представителей насосов. Механическое вытеснение жидкости является одним из первых принципов перекачивания жидкости. В настоящее время конструкция поршневого насоса притерпела множество улучшений и в современном виде поршневой насос имеет прочный корпус и обладает широкими возможностями для взаимодействия.

Принцип работы поршневого насоса

Работа поршневого жидкостного насоса основана на принципе вытеснения. Основными рабочими органами поршневого насоса являются: цилиндр и поршень. Поршень перемещается в цилиндре совершая возвратно-поступательное движение.

Поршневые насосы занимают отдельную нишу на рынке, они удовлетворяют требования как частных пользователей, так и потребности крупных производств. Потребность же насосов этого типа в бытовых нуждах обусловлена как простотой их конструкции и нетребовательностью содержания, так и высоким эксплуатационным ресурсом техники этого типа.

Поршневой насос для воды используется для выкачки жидкости из скважин и колодцев, глубина которых не превышает 10 м. Такое устройство значительно превосходит центробежные модели в плане требуемых затрат электроэнергии и по своей продуктивности.

Кроме того, на небольших дачных участках, где источники воды находятся сильно далеко от электросети, выгоднее использовать ручные поршневые насосы.

1 Устройство и принцип работы поршневого насоса

Насосы для воды на основе поршня используются в том случае, если более мощный жидкостный насос другого типа или насосы высокого давления не рентабельно использовать на небольшом участке.

Его можно применять в автономной системе водоснабжения из скважины, или же использовать ручной вариант. Ручной поршневой насос используется в том случае, если на даче нет света или же водопотребление не слишком большое или для опрыскивателя растений.

Устройство поршневого водяного насоса очень простое и практически идентично автомобильному поршню.

Он состоит из таких элементов:

цилиндрический корпус;
шток;
поршень;
входная труба;
клапан в нижней крышке устройства;
выходная труба.

Поршень располагается внутри цилиндрического корпуса. В верхней крышке корпуса расположено отверстие (фланец) со специальной резиновой прокладкой. Через отверстие проходит шток, который одни краем приварен к поршню. Резиновая прокладка при этом отвечает за герметичность цилиндра и поддерживает высокое давление в нем.

1.1 Принцип работы поршневых насосов (видео)

1.2 Цикл работы

В поршне имеется клапан обратного типа. Он впускает воду, но препятствует ее выходу назад. Точно такой же клапан располагается внутри впускной трубки в нижней крышке цилиндра. При подъеме штока вверх, он тянет за собой поршень. При этом в подпоршневом пространстве образуется область разряженного давления, в которую всасывается вода через нижний клапан. Дальше поршень начинает движение вниз, создавая давление на нижний клапан. Он закрывается, и вода проталкивается через верхний клапан в пространство над поршнем.

Второй цикл движения поршня в верхнем направлении выдавливает жидкость в выпускную трубку. Оттуда она попадает в водоканал и двигается к крану, после чего весь цикл работы повторяется снова. Входная трубка устройства обычно выполнена из жестких материалов, так как она не должна склеиваться под действием втягивающего усилия. С этой целью используется армированный шланг или пластиковый трубопровод.

Жидкостный поршневой насос высокого давления, в отличии от глубинных приборов, устанавливается над входом в скважину или колодец. А всасывание происходит через длинный шланг. При этом шток фиксируется на гидродвигатель, если модель представляет собой электронасос, или на металлическое коромысло, если приобретался ручной насос для воды.

В качестве клапанов устройства обычно используется либо шарик, либо мембрана в насосе мембранно поршневого типа. В первом случае, в качестве закрылки конического отверстия используется шарик из стекла, жесткого пластика или эбонита. Особенность мембранного типа заключается в том, что в качестве закрылки используется резиновая пластина, фиксированная с одной стороны.

Максимальная глубина, с которой забирает воду поршневой насос с такой конструкцией, не превышает 8 метров. Если зеркало воды относительно расположения устройства находится ниже, атмосферное давление будет препятствовать закачке. Существуют модели и для глубоких водоемов, но конструкция у них отличается. Дюралюминиевый шток у них входит не через фланец, а через выпускную трубку на верхней крышке. Такое устройство усиливает давление в цилиндре и поднимает воду с глубины до 30 метров. Прибор работает при погружении в толщу воды на 1,5 м.

2 Классификация поршневых насосов

Распределение агрегатов по видам проводится, исходя из конструкции и принципа действия механизма. Первым признаком, по которому разделяется поршневое насосное оборудование это тип привода. В этом плане выделяются механические и ручные варианты.

В ручном насосе поршневом в качестве привода используется коромысло, соединенное со штоком одной стороной.

В механических моделях также идет распределение. Приводом здесь используется электродвигатель. А вот передача крутящего момента проводится либо напрямую на шток, либо с помощью кривошипно-шатунного механизма. Сам мотор располагается отдельно от устройства в местах, недоступных для влаги.

Относительно типа поршня, выделяют три типа устройств:

Жидкостный поршневой тип. В таких устройствах, стандартный плоский поршень с клапаном выступает как рабочий орган.
. Механический гидронасос, в котором используется плунжер (поршень цилиндрической формы).
Диафрагменный тип. На такие аппараты поверх стандартного поршня устанавливается прокладка, изолирующая его от перекачиваемой жидкости. Конструкцию этого типа используют грязевые насосы и буровые поршневые агрегаты. Корпус при этом обильно смазывается маслом или эмульсией.

Радиально-поршневой насос – принцип действия

По принципу действия поршневые установки разделяют на:

Одинарные. Представляют собой стандартный цикл работы и подают воду рывками.
Устройства с двойным действием. В этом случае используются две рабочие камерами. При этом за один оборот идет сразу два цикла нагнетания жидкости. Обеспечивает равномерную подачу.
В дифференциальных агрегатах имеются две камеры. Причем оба клапана (рабочий и впускной) располагаются в одной камере.

В зависимости от назначения устройства и необходимого объема подачи, на насосы поршневого типа устанавливается один, два или несколько поршней. Существуют модели с разным количеством цилиндров. В таком случае для привода используется кривошипно-шатунный механизм. Поршни в зависимости от размеров могут быть малыми (диаметр до 50 мм), средними (от 50 до 150 мм) и большими (диаметр превышает 150 мм).

Тип и структура насосных установок также разнятся в зависимости от жидкости, с которой работает устройство.

В этом плане выделяются:

Насосы для холодной воды. Стандартные механизмы, предназначенные для выкачки воды из скважин и колодцев. Температура жидкости не должна превышать 45 градусов.
Модели для выкачки горячей воды. Используются для жидкости с температурой свыше 45 градусов. Отличаются сплавами, не подверженными термическому воздействию.
Кислотные агрегаты поршневого типа предназначены для работы с агрессивными химическими веществами. Механизмы устройства сделаны из высокопрочных материалов, не вступающих в реакцию с кислотами.
Насосы буровые. Используются для бурения нефтяных скважин и каналов в глинистой почве. В этом случае поршневым насосом выкачивается глина и грязь во время бурения. Используются как комплектующее буровой установки.

Кроме обычных поршневых установок, часто встречаются комбинированные типы. На них стандартный поршневой принцип работы сосуществует с другими типами. В результате они друг друга дополняют. Примером такой комбинации являются поршневые роторные насосы.

В роторно поршневом насосе кроме поступательного движения поршня используется вращательное движение ротора. В результате создается стабильный и равномерный поток жидкости. При этом мощность устройства не мало увеличивается. Идентичный принцип работы у насосов аксиально поршневых регулируемых и гидромоторов.

Некоторые виды аксиально поршневых насосов и гидромоторов используются на габаритной сельскохозяйственной технике и другом оборудовании. Они призваны регулировать гидравлический привод машин.

2.1 Наиболее популярные модели поршневого насосного оборудования

Несмотря на простоту конструкции, экономичность и редкий поршневых насосов, их популярность на рынке не сильно высока. Поэтому часть продукции такого типа на рынки поставляет отечественный производитель.

Примером популярного насосного оборудования – агрегат поршневой р 3 80 с. Это универсальная модель, которая используется для выкачки воды на открытом пространстве, для работы в помещениях и на судах. Перекачивает воду, бензин, нефть. Оснащен ручным приводом.

Технические характеристики устройства следующие:

диаметр корпуса цилиндра – 80 мм;
ход рабочего поршня внутри цилиндра – 80 мм;
повышенный жидкостный, всасывает воду с глубины в 5,5 м;
устройство относится к двойному типу действия;
за один цикл подается 0,74 л жидкости.

Еще одну модель выпускает российский производитель Ливгидромаш. В поршневом насосе ан 2 16 используется два поршня и два цилиндра. Привод является собой ременную передачу от электродвигателя. Это установлено на силовую раму.

Модель поставляется в нескольких комплектациях. Некоторые из них используются как помпа для пресной технической воды из скважины. Другие перекачивают бензин, и другие жидкости. Насос используют в качестве питательного элемента для схем отопления.

У оборудования следующие рабочие характеристики:

рабочая мощность электромотора – 1,5 кВт;
подача жидкости составляет 2 м3 за час времени;
число ходов поршня за минуту – 165;
устройство обеспечивает напор на участке в 160 м;
масса – 110 кг.

Для подачи питьевой воды из скважины чаще всего используются ручные варианты, которые изготавливает украинский и российский производитель. Популярные серии: Эконом, Оптима К, Дачный, Стиль. Средняя стоимость таких колонок от 5 до 10 тысяч рублей. Модели с большой глубиной выкачки воды (до 36 м) стоят порядка 30-35 тысяч рублей.

Для работы с водной средой человек создал гидравлические машины. Те разновидности, которые передают энергию от воды механическим частям, называются гидромоторами. Но возможно и обратное действие, когда механизм воздействует на воду. В этом случае речь идет о гидравлических насосах.

Рис. 1 Гидронасос

Первые гидравлические агрегаты были ручными. Сейчас используется не только ручная механическая гидравлика, но и электрическая. Чаще всего встречается в эксплуатации поршневой жидкостный насос.

Виды поршневых насосов

Разнообразие гидравлических насосных агрегатов делится на несколько видов. Они отличаются конструкцией и характером работы. Наиболее распространенный вариант – гидравлический насос с поршневой конструкцией. Такие устройства бывают радиально поршневыми и аксиально-поршневыми.

Существует две разновидности аксиально-поршневых устройств в зависимости от расположения оси вращения поршневой группы: прямые и наклонные. Работают они по одному принципу. Когда вращается вал, приходят в движение цилиндры. Они тоже вращаются и одновременно двигаются возвратно-поступательно. Когда ось цилиндра и всасывающее отверстие совпадают, поршень выдавливает жидкость. После этого цилиндр вновь заполняется жидкостью.

Наклонные аксиально-поршневые приборы разделяются на агрегаты с наклонным диском и устройства с наклонным блоком цилиндров.

Плюсы и минусы аксиально поршневых устройств

Агрегаты аксиально-поршневого типа обладают множеством преимуществ по сравнению с другими гидравлическими насосными устройствами. Они отличаются компактными размерами и относительно небольшим весом. Эти характеристики не мешают им обладать значительной мощностью и производительностью. Небольшие размеры деталей имеют малую инерцию.

Рис. 4 Насосы гидравлические аксиально-поршневые компактны

В аксиальных устройствах имеется возможность регулировки частоты вращения мотора.

Самое важное достоинство насосного оборудования такого типа заключается в возможности работы при значительном давлении. Частота вращений при этом не уменьшается. Есть возможность изменять рабочий объем непосредственно во время работы. Частота вращений составляет от пятисот до четырех тысяч оборотов в минуту. По этому показателю аксиальные агрегаты превосходят радиальные.

Аксиальные устройства способны работать при давлении от тридцати пяти до сорока мегапаскаль. Объемные потери невелики и составляют всего от трех до пяти процентов.

Рабочие камеры герметичны. Обуславливается это высокой точностью изготовления и малыми зазорами между расточками и поршнями.

Используя насос такого типа можно легко регулировать силу и направления перекачки жидкости.

Существуют у аксиально-поршневых насосов и недостатки:

Высокая цена устройства.
Конструкция сложная, что делает ремонт и обслуживание сложным и затратным процессом.
При использовании обязательно надо следовать инструкции. Нарушения ведут к частым поломкам.
Перекачка жидкости пульсирующая. Если использовать насос для водопроводной системы, то пульсация будет заметна и в ней.
Процесс ремонта может быть длительным из-за высокой сложности процесса.
Для работы такого насоса требуется чистая вода. Ее надо очищать от всех примесей крупнее десяти микрометров.
Агрегат довольно шумный.

Описание насоса

Поршневые насосы являются разновидностью объемных насосных установок, где жидкость перемещают вытеснители, выталкивая ее из статичных рабочих камер. Рабочая камера поршневого насоса это замкнутое пространство, которое поочередно сообщается с входом/выходом насоса. Вытеснитель это рабочий орган насосной установки, осуществляющий вытеснение вещества.

Поршневые насосы сообщают перекачиваемой жидкости энергию, преобразовывая ее из механической энергии двигателя, т.е. данный тип насосов, придает перемещаемой жидкости энергию для того, чтобы она внутри трубопровода могла преодолевать такие явления как сопротивление, инерцию и статическую высоту.

Существуют различные классификации поршневых насосов, которые учитывают конструктивные особенности поршневых насосных установок, особенности функционирования агрегатов, вид жидкости с которой работает насос, показатель быстроходности рабочего органа и создаваемого рабочего давления.

Разновидности и типы поршневых насосов

Так, поршневые насосы могут иметь ручной и механический привод. Насосы, имеющие механический привод подразделяются, в свою очередь, на два вида:

Приводные насосы, где поршень активируется при помощи шатунно-кривошипного механизма от двигателя, который располагается отдельно и соединяется с насосом посредством передачи;
Насосы прямого действия, где поршень совершает возвратно-поступательные движения посредством штока напрямую от поршня бескривошипной паровой машины, являющейся единой системой с насосной установкой.

По виду рабочего органа, который обеспечивает вытеснение жидкости, поршневые насосы бывают:

Поршневыми (поршень имеет дискообразную форму);
Плунжерными (поршень имеет цилиндрообразную форму);
Диафрагмовые (рабочая жидкость отделяется от поршня специальной диафрагмой, а в цилиндре находится масло/эмульсия). Такие насосы используются для перекачки жидкостей, которые содержат различные примеси, химически агрессивных жидкостей, строительных растворов. Диафрагма может активироваться обычным рычагом. Рабочая камера оснащена двумя патрубками, один из которых всасывающий, другой – напорный. Шток двигается возвратно-поступательно и соединяется с диафрагмой. Насосы с диафрагмой используются в составе автомобильных двигателей в качестве бензонасосов.

В соответствии со способом действия поршневые насосы бывают следующих видов:

Поршневой насос одинарного действия;
Поршневой насос двойного действия. Такой насос более равномерно подает жидкость, если сравнивать его с насосами простого или дифференциального действия, т.к. он оснащен двумя рабочими камерами, располагающимися по обе стороны цилиндра, где находятся нагнетающие и всасывающие клапаны. Благодаря этому, поршень нагнетает жидкость два раза, пока коленчатый вал совершает один оборот. Существенно снижает пульсацию перекачиваемой жидкости воздушный колпак, который соединен с патрубком;
Дифференциальные поршневые насосы. Такие насосы являются насосам двустороннего действия и оснащены двумя рабочими камерами, одна из которых не имеет клапанов, а другая имеет всасывающий и рабочий клапан. В связи с тем, что насос нагнетает перекачиваемую жидкость два раза за один оборот вала, подача жидкости в значительной степени выравнивается.

Поршневые насосы классифицируются по расположению (горизонтальные и вертикальные) и количеству цилиндров (оснащенные одним, двумя, тремя и более цилиндрами).

По числу поршней выделяют насосы с одним, двумя и более поршнями. Кроме того, согласно показателю величины подачи различают насосы с большими поршнями (диаметром более 150 мм), средними (диаметром от 50 до 150 мм) и малыми поршнями (диаметр менее 50 мм). В соответствии с тем, насколько быстроходен рабочий орган, выделяют три типа насосов: тихоходные поршневые насосы (от 40 до 80 двойных ходов в минуту), поршневые насосы средней быстроходности (50-80) и быстроходные поршневые насосы (150-350).

Данный вид насосов используется для перекачивания холодной воды (обыкновенный насос), горячей воды (горячий насос), для работы с кислотными веществами (кислотный насос), глинистыми растворами (буровой насос) и т.п.

Принцип работы поршневого насоса двойного действия

Согласно уровню рабочего давления различают насосы, создающие высокое, среднее и малое давление.

Поршневые насосы могут быть прямодействующими или вальными по способу движения главного звена. В насосах прямого действия главное звено совершает возвратно-поступательные движения, при этом, в вальных агрегатах (например, кулачковые) ведущее звено вращается.

Широкое распространение получили кулачковые и погружные насосы.

Так, кулачковый насос имеет один цилиндр, в котором рабочий орган активируется посредством кулачка, а возвращается в первоначальную позицию посредством пружины. Данный тип насосов неравномерно подает жидкость, но компактен по своей конструкции. В кулачковых насосах цилиндры имеют радиальное расположение, а оси пересекаются в общем центре. Башмаки сокращают контактное давление между вытеснителем и кулачком. Кулачковые насосы способны нагнетать высокое давление и поэтому используется в гидропроводах, при нагнетании жидкости в гидропрессах и как топливные насосы в составе дизельных двигателей.

Погружные насосы являются очень компактными и используются для работы на скважинах.

Основные узлы/детали поршневых насосов

Поршневые насосы являются видом объемных агрегатов, где вытеснители выталкивают жидкость из статичных рабочих камер. Основными узлами поршневого насоса являются такие элементы как его рабочая камера и вытеснитель. Рабочая камера объемного насосного оборудования это замкнутое пространство, которое по очереди сообщается со входом/выходом насосной установки. Вытеснитель это рабочий орган совершающий вымещение вещества из рабочих камер агрегата.

Принцип действия поршневых насосов

В поршневом насосе простого действия вытеснитель соединяется посредством штока с кривошипно-шатунным механизмом и таким образом, двигается возвратно-поступательно внутри цилиндра. При движении поршня вправо, в рабочей камере создается пустота. Как результат, клапан всасывает рабочую жидкость в камеру через трубопровод. При совершении поршнем обратного хода (влево) нагнетательный клапан находится в открытом положении, всасывающий, соответственно, в закрытом положении. Так, жидкость нагнетается в напорный трубопровод. Чтобы повысить показатель производительности поршневых насосов, их зачастую изготавливают двойными, тройными и т.д. Поршни в таких насосах активируются посредством одного коленчатого вала.

Принцип работы трехпоршневого насоса

Преимущества поршневых насосов

Преимуществами поршневых насосов, перед другими видами насосных установок являются:

Независимость подачи жидкости от напора, что делает возможным их применение как насосов дозаторов;
Сравнительно высокий показатель КПД (выше, чем на пример у центробежных агрегатов);
Тихоходность

Поршневые насосы подают жидкость прерывисто и обладают значительными габаритами в сравнении, на пример, с центробежными насосами. Они сложны в конструкции, но при этом могут создавать большие напоры. Данный вид насосов используют для работы с чистыми жидкостями, т.к. они оснащены клапанами. Примеси в рабочей жидкости способны привести к поломке.

Применение в промышленности поршневых насосов

Поршневые насосы активно используются в системах водоснабжения, быту, в пищевой и химической промышленности, при производстве оборудования для напыления различных материалов. Разновидность поршневых насосов, такая как на пример диафрагменный агрегат применяется в составе двигателя внутреннего сгорания в качестве системы подачи топлива, а также для работы со строительными смесями и прочими веществами, которые содержат примеси. Погружной насос получил широкое распространение при работе на скважинах. Буровой насос применяется при перекачке глинистых растворов.

Поршневой жидкостный насос – это устройство для механического перекачивания жидкости. Современные агрегаты эргономичные и прочные, могут быть вмонтированы в различные трубопроводные системы. Работает поршневой жидкостный насос в промышленных и бытовых системах.

Как устроен и действует поршневой водяной насос

Конструкция поршневого насоса несложная. Водяной плунжерный насос состоит из таких комплектующих:

Корпус. Он является не только крепительным элементом всей системы, но и создаёт вакуум, защищает устройство от различных повреждений. Большинство моделей имеют корпус из металла;
Поршень. Создаёт необходимое давление для подачи воды из источника в систему трубопровода;
Впускной и выпускной клапаны . Они обеспечивают подачу воды и воздуха в систему. Клапаны также способствуют созданию вакуума.

Конструкция может быть дополнена пружинами, штоками, кривошипами и прочими деталями в зависимости от особенностей конструкции.

Чертёж поршневого насоса достаточно простой. На схеме указаны комплектующие агрегата.

Аксиально поршневой насос – принцип действия:

Выполняются возвратно-поступательные движения , направленные вправо, способствуя снижения уровня давления в камере вытеснителя. Раскрывается всасывающий клапан и камера заполняется водой.
Выполняются движения влево. При этом давление в камере повышается, клапан нагнетания открывается, позволяя жидкости свободно поступать в трубопровод.

Принцип действия системы в наличии разницы давления, позволяющей работать агрегату без отклонений. Вырабатываемая энергия передаётся воде, потому она может быстро преодолеть инерцию, сопротивление и статистические высоты трубопровода. Принцип работы плунжерного насоса напрямую связан с формой агрегата.

Классификация поршневых насосов

За принципом функционирования насосы делятся следующим образом:

Несложные по конструкции агрегаты. Подходят для бытового использования. Модельный ряд таких насосов очень широк. Возможна самостоятельная регулировка устройства при незначительных неисправностях. Самые простые модели можно изготовить своими руками. Собственноручно изготовленный агрегат для бытового использования по техническим параметрам практически идентичный промышленно произведённым аналогам;

Конструкция с несколькими цилиндрами. Это немного усложняет процесс ремонта, требуются определённые знания в данной области. Рабочим инструментом выступает не только поршень, но и плунжер. В модельном ряде регулируемые, нерегулируемые насосы с наклонным блоком. Специфика агрегатов в возможности добиться высокого уровня давления, также они имеют неплохие технические характеристики;

Роторно — поршневой для нагнетания высокого уровня давления во всей системе . Такая конструкция отлично подходит для гидромоторов, но крайне редко используется как насосная станция. Радиально — поршневой насос и гидронасос используются только в условиях, где невозможно добыть воду обычным насосом.

Виды поршневых насосов в зависимости от ключевой рабочей детали:

Поршневой насос. Поршень по форме дискообразный;
Плунжерный насос. Цилиндрообразной по форме поршень и плунжер.

Поршневые насосы для воды имеют различный тип привода:

Ручной. Выполняется периодическое перекачивание различных жидкостей и воды при ручном управлении;
Прямодействующий. Поршень насоса и поршень мотора составляют единое устройство;
Приводной. Наличие или отсутствие кривошипно-шатунного механизма.

На агрегате для мойки или дома может быть установлено один, два или три цилиндра. Также насосы могут создавать высокое, среднее или низкое давление.

Классификация в зависимости от частотности вращения поршня:

Тихоходные. Выполняется в пределах 40-80 ходов за минуту;
Средней быстроходности. Количество ходов от 50 до 80;
Быстроходные. Выполняется от 150 до 350 ходов в минуту.

В зависимости от способа действия выделяют следующее насосное оборудование для воды:

Одинарного действия. С одной рабочей камерой;

Двойного действия. Вода поступает намного равномернее из-за двух рабочих камер. Потому при одном обороте поршня жидкость нагнетается дважды.

Насосы могут перекачивать различную жидкость:

Обычные холодную воду;
Горячие горячую воду;
Буровые различные растворы;
Кислотные кислотные вещества и т. д.

Особенности выбора поршневого насоса

Чтобы определиться с насосной системой, необходимо взять во внимание следующие нюансы:

Конструкция насоса. От этого будет зависеть, насколько эффективно будет работать агрегат;
На какой глубине вода. При глубине больше десяти метров придётся отказаться от ручного насоса и рассмотреть радиальные и аксиальные устройства;
Объём, который должен подаваться;
Необходимость автоматизированной работы системы.

Приобретенный насос должен иметь сопроводительную документацию и быть в оригинальной заводской упаковке. Стоит отдать предпочтение моделям от известных производителей.