Принцип работы поршневого насоса двойного действия

Для перекачивания жидкостей не протяжении многих лет применяется поршневой насос Подобная конструкция получила весьма широкое распространение, так как работает на принципе вытеснения жидкости за счет передачи давления. Принцип действия поршневого насоса современных реализаций намного сложнее в сравнении с первыми моделями, за счет чего существенно повышается надежность и эффективность. Рассмотрим особенности подобного механизма подробнее.

Принцип работы

Рассматривая принцип работы поршневого насоса следует учитывать, что первая конструкция появилась много десятилетий назад. Схема работы имеет следующие особенности:

1. Механизм имеет подвижный элемент, который совершает возвратно-поступательное движение. Он изготавливается при применении современных материалов, за счет которых существенно повышаются изоляционные качества.
2. Подвижный элемент находится в изоляционном контейнере цилиндрической формы. При движении поршень создает разряженный воздух в рабочей камере, за счет чего происходит всасывание жидкости из трубопровода.
3. Обратное движение подвижного элемента приводит к выдавливанию жидкости в отводящую магистраль. Устройство клапанов не позволяет попасть жидкости во всасывающую магистраль на момент ее выталкивания.

Принцип действия поршневого насоса

Простейший принцип работы определяет длительную и стабильную работу. Стоит учитывать, что поток, создаваемым подобным устройством, может двигаться с различной скоростью. Слишком большой объем рабочей камеры приводит к тому, что поток будет передвигаться скачками. Для того чтобы исключить появление подобного эффекта проводится установка устройства с несколькими поршнями.

Устройство

Плунжерный насос обладает относительно простой конструкцией. Среди особенностей отметим нижеприведенные моменты:

1. Рабочая камера. Она представлена герметичным корпусом, который во внутренней части имеет зеркальную поверхность. За счет этого существенно упрощается ход подвижного элемента. Рабочая камера является частью цилиндра, которая определяется максимальным ходом штока. Поверхность цилиндра изготавливается при применении материала, который характеризуется высокой устойчивостью к воздействию жидкости.
2. Для отвода и подвода жидкости предназначены напорная и всасывающая трубка. Они могут иметь различный диаметр. Кроме этого, подобный конструктивный элемент может иметь систему клапанов, которые существенно повышают эффективность механизма.
3. Поршень создает давление в системе. Устройство поршневого насоса имеет поршень, за счет которого проводится перекачивание жидкости. Он изготавливается при применении нескольких уплотнительных материалов. За счет этого поршень может ходить по цилиндру и при этом создавать вакуум. Именно на поверхность поршня оказывается серьезное давление. Некоторые варианты исполнения разборные, за счет чего можно провести ремонт. К примеру, при длительной эксплуатации изнашиваются уплотнители, которые можно заменить при необходимости для существенного продления срока службы механизма. Однако, встречаются и неразборные варианты исполнения, ремонт которых возможен только в специальных мастерских.
4. Поршню передается усилие через шток. При изготовлении этого элемента применяется качественная сталь с повышенной жесткостью и прочностью. Кроме этого, применяемые материалы характеризуются высокой коррозионной стойкостью, за счет чего существенно продлевается эксплуатационный срок конструкции. Этот элемент связан с приводом, через который передается усилие. При слишком высокой нагрузке шток может существенно деформироваться.

Возвратно-поступательное движение передается от электрического двигателя через специальный механизм, который преобразует вращение. Современные варианты исполнения компактные, они могут устанавливаться для работы под открытом небом или в помещении. Кроме этого, при изготовлении корпуса применяется металл, обладающий высокой защитой от воздействия окружающей среды.

Устройство двусторонней модели имеет довольно большое количество особенностей:

1. Есть цилиндр и поршень, а также шток. Эти элементы немного отличаются в сравнении с теми, которые применяются при создании одностороннего механизма.
2. В отличии от предыдущего варианта исполнения, у рассматриваемого две рабочей камеры.
3. Две рабочие камеры имеют собственные нагнетающие и всасывающие клапана.

Несмотря на существенное увеличение эффективности работы поршневого насоса, его конструкция довольно проста. В этом случае каждый ход предусматривает всасывание и выталкивание жидкости. Это существенно повышает значение КПД.

Разновидности

В продаже встречаются самые различные варианты исполнения поршневых насосов. Классификация проводится по следующим признакам:

1. Количеству поршней, которые создают давление в системе.
2. Количеству циклов нагнетания и всасывания за один ход.

В продаже встречается поршневой насос двойного действия, а также вариант исполнения с одним и тремя, несколькими поршнями. Как ранее было отмечено, за счет увеличения количества подвижных элементов исключается вероятность пульсирующего движения потока. Что касается количества циклов, то выделяют модели одностороннего и двустороннего действия, а также дифференциальные модели.

Классификация может проводится также по следующим критериям:

1. Мощности.
2. Пропускной способности или производительности.
3. Размерам конструкции.
4. Особенностям компоновки.

Производством поршневых насосов занимаются самые различные компании. Качество может зависеть от типа применяемых материалов, популярности бренда и предназначения конкретной модели.

Сферы применения

Жидкостный насос может применяться для решения самых различных задач. Создаваемая конструкция характеризуется высокой универсальностью. Однако, наличие подвижного элемента и применение уплотнительных колец при создании поршня определяет отсутствие возможности использования поршневого насоса для перекачивания большого объема жидкостей.

Рассматривая область применения отметим нижеприведенные моменты:

1. Применяемые материалы при изготовлении могут выдерживать воздействие различных химических веществ. Именно поэтому поршневые насосы применяются для работы с различными видами топлива, взрывоопасными смесями и химически агрессивными средами.
2. В продаже встречается довольно большое количество моделей, которые можно использовать для работы в домашних условиях.
3. В пищевой промышленности конструкция также применяется крайне часто. Это связано с деликатным воздействием на перекачиваемую среду.

Поршневой насос в нефтедобывающей промышленности

При изготовлении конструкции могут применяться самые различные материалы, которые и определяют область применения.

Преимущества и недостатки

Поршневой жидкостный насос характеризуется достаточно большим количеством достоинств и недостатков. К плюсам можно отнести:

1. Простота конструкции. Как ранее было отмечено, подобные поршневые насосы были изготовлены еще несколько десятилетий назад и конструктивно они изменились несущественно.
2. Высокая надежность, которую можно связать с простотой механизма и применением высококачественных материалов. Износостойкие материалы могут выдерживать длительное механическое воздействие.
3. Возможность работы с различными носителями. Широкая область применения определена тем, что применяемые материалы не реагируют на воздействие различных химических веществ.

Есть и несколько серьезных недостатков. Примером можно назвать невысокую производительность. Подобные модели в меньшей степени подходят для перекачивания большого количества жидкости. Кроме этого, конструкция не подходит для продолжительной работы, так как активные элементы быстро изнашиваются и теряют свои эксплуатационные характеристики.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

1.2 Устройство поршневых насосов и принцип их действия

Рис 1.2 Схема поршневого насоса одинарного действия

Рис 1.3 Схемы гидравлической части насосов.

а — одноцилиндровый поршневой насос двойного действия;

б — плунжерный диафрагменный насос одинарного действия.

На рис. 1.2 представлена схема горизонтального поршневого насоса одинарного действия. Он состоит из цилиндра 6, поршня 2 плотно пригнанного к стенкам цилиндра и движущегося возвратно-поступательно, и двух регулирующих клапанов — всасывающего 3 и нагнетательного 5. Снизу к корпусу присоединен всасывающий трубопровод 4 с приемной сеткой 1, предохраняющей насос от попадания в него посторонних предметов.

При повороте кривошипа 8 по стрелке со от 0° до 180° поршень 2 перемещается в сторону увеличения объема цилиндра и образует разреженное пространство. Всасывающий клапан 3 открывается и жидкость по всасывающей трубе 4, под действием атмосферного давления, устремляется из бассейна в цилиндр насоса. При обратном ходе поршня из правого крайнего положения влево, что соответствует повороту кривошипа от 180° до 360°, всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан 5 открывается и жидкость выталкивается в нагнетательный трубопровод 7.

Действие поршневого насоса за один оборот коренного вала можно расчленить на его составляющие: процесс всасывания, при котором происходит подъем жидкости из нижнего резервуара в цилиндр насоса, и процесс нагнетания, при котором жидкость вытесняется из цилиндра с энергией, достаточной для преодоления всех видов сопротивлений на напорной стороне насоса.

В насосах двойного действия обе стороны поршня являются рабочими. Цилиндры таких насосов имеют четыре клапана (см. рис. 1.3, а). При ходе поршня влево всасывающий 1 и нагнетательный 2 клапаны открыты. Через клапан 1 происходит всасывание, а через клапан 2 — вытеснение жидкости в нагнетательный трубопровод. В это время клапаны 3 и 4 закрыты. При обратном ходе поршня через клапан 3 жидкость поступает в цилиндр, а через клапан 4 производится подача жидкости в нагнетательный трубопровод. В рассматриваемых насосах всасывание и нагнетание жидкости происходит при каждом ходе поршня.

Трехцилиндровый насос одинарного действия составляет агрегат из трех соединенных вместе насосов одинарного действия. Поршни трехцилиндровых насосов одинарного действия получают движение от кривошипов, установленных под углом 120°. Данные насосы имеют общую всасывающую и нагнетательную линии.

Двухцилиндровые насосы двойного действия составляются из двух одноцилиндровых насосов двойного действия, включенных в общую всасывающую и нагнетательную линии.

В диафрагменном насосе, схема гидравлической части которого представлена на рис. 1.3, б, всасывание и нагнетание осуществляется изменением формы диафрагмы. Он представляет собой обычный насос одинарного действия, в котором перекачиваемая абразивная жидкость 1 отделена гибкой диафрагмой 2 (прорезиненная нейлоновая ткань) от рабочей жидкости 3.

1.3 Преимущества и недостатки поршневых насосов

Поршневые насосы применимы для перекачивания только чистых жидкостей, это объясняется наличием клапанов в конструкции поршневого насоса. Наличие примесей в перекачиваемой жидкости может привести к выходу из строя клапанов насоса. При возвратно-поступательном движении возникают большие силы инерции, поэтому средняя скорость движения поршня ограничивается значениями 0,5-1 м/с. Поршневые насосы обеспечивают прерывистую подачу жидкости. Имеют большие габариты по сравнению с центробежными, это объясняется сложностью их конструкции, при этом поршневые насосы способны обеспечивать большие напоры. Их подача не зависит от напора, что позволяет применять их в качестве насосов дозаторов. КПД поршневых насосов выше чем у центробежных.

Итак, к преимуществам поршневых насосов можно отнести

— независимость подачи от напора

— сложность регулирования подачи

— чувствительность к механическим примесям

— прерывистая подача рабочей жидкости

2.1 Общие сведения

Буровые поршневые насосы применяются для промывки при бурении структурно-поисковых, нефтяных и газовых скважин. Буровые насосы подают промывочный раствор через колонну бурильных труб к забою скважины для выноса разрушенной долотом породы. В случае турбинного бурения, кроме очистки забоя, движущийся промывочный раствор передает энергию турбобуру, вращая долото.

Наиболее широко в бурении применяются двухцилиндровые поршневые насосы двойного действия. Однако все возрастающее использование находят трехцилиндровые поршневые насосы.

Буровые поршневые насосы по сравнению с поршневыми насосами, работающими на определенных режимах и перекачивающими ньютоновские жидкости с конкретными физико-механическими свойствами (вода, масло и т. п.), находятся в более тяжелых условиях.

С увеличением глубины скважины давление в напорном трубопроводе насоса увеличивается. Буровым насосом приходится перекачивать вязко-пластичные жидкости — глинистые растворы с плотностью от 1 до 2,2 г/см 3 , текучие и нетекучие и с различной степенью газонасыщенности.

Знание степени влияния перечисленных факторов на гидравлические показатели буровых поршневых насосов важно как с научной, так и с практической точек зрения.

В настоящее время в числе важнейших научно-технических тем в области нефтяной промышленности предусматривается разработка вопросов технологии проводки скважин на глубину 7 — 10 тыс. м. Известно, что с увеличением глубины бурящейся скважины растет давление на выкиде насоса. В связи с этим создаются буровые поршневые насосы, способные развивать высокие давления.

Рассмотрим подробно конструкцию поршневого насоса на примере поршневого бурового насоса УНБ-600 (У8-6М).

Общий вид насоса

Рис 2.1 Общий вид насоса УНБ-600 (1)

1 – станина; 2 – вал трансмиссионный; 3 – кривошипно-шатунный механизм; 4 – система смазки штоков

Рис 2.2 Общий вид насоса УНБ-600 (2)

1 – пневмокомпенсатор; 2 – клапан предохранительный; 3 – блок гидравлический; 4 – рама; 5 — подогреватель

2.2 Технические данные УНБ-600

Ход поршня, мм 400 Диаметр поршня, мм 170 Максимальное число двойных ходов в минуту 66 Давление на выкиде, МН/м² 13,9 Теоретическая подача, дм³/с 35,5 Мощность приводная, кВт 585 Мощность гидравлическая, кВт 497 Масса, кг 27020 со шкивом Масса на единицу приводной мощности, кг/кВт 46 Диаметр всасывающего отверстия, мм 275 Диаметр нагнетательного отверстия, мм 109 Число цилиндров 2 Тип поршня Дисковый гуммированный Клапаны Тарельчатые конические Число клапанов 8 Диаметр проходного отверстия седла клапана, мм 145 Диаметр штока, мм 80 Тип передачи от приводного вала Зубчатая с косым зубом (φ = 9°22´) Передаточное число зубчатой передачи 4,92 Расчетный диаметр приводного шкива, мм 1400 Число клиновых приводных ремней типа Д 18 Скорость вращения приводного вала, об/мин 325 Габариты, мм: — длина 5000 — ширина 2770 — высота 3235

2.3 Конструкция УНБ-600

Буровой насос УНБ-600 горизонтальный, поршневой, двухцилиндровый, двойного действия, состоит из гидравлической и приводной части, смонтированных на общей раме.

2.3.1 Гидравлическая часть насоса УНБ-600

Гидравлическая часть насоса УНБ-600 состоит из следующих основных узлов: двух литых стальных гидравлических коробок, соединенных между собой снизу приемной коробкой, а сверху корпусом блока пневмокомпенсаторов.

На приемной коробке установлен всасывающий воздушный колпак. Приемная коробка насоса соединяет всасывающую трубу со всасывающими клапанами (рис. 2.3, 2.4 и 2.5 ).

Рис. 2.3 Клапан насоса УНБ-600 в сборе:

1 — втулка; 2 – пружина; 3 – тарелка клапана; 4 – седло в сборе

Рис 2.4 Седло насоса УНБ-600 в сборе:

1 – уплотнение клапана; 2 – кольцо пружинное; 3 – кольцо; 4 – кольцо наружное; 5 – седло; 6 – направляющая; 7 – втулка

Рис 2.5 Тарелка клапана насоса УНБ-600

Внутри гидравлических коробок устанавливаются сменные цилиндрические втулки (рис. 2.6, 2.7), внутренний диаметр которых выбирается в зависимости от требуемого давления и подачи насоса. Наружные размеры всех втулок одинаковы. С целью повышения сроков службы втулок внутренняя поверхность их подвергается термической обработке. Уплотнение цилиндровых втулок насоса УНБ-600 (рис. 2.6) производится путем установки между буртиком цилиндровой втулки 1 и стаканом 4 двух комбинированных уплотнений 2, разделенных стальным кольцом 3. Кольцо имеет по наружному и внутреннему диаметрам проточки с отверстиями. В случае износа уплотнения через специальное отверстие А в гидравлической коробке раствор должен вытекать наружу, что и явится сигналом о неисправности уплотнения цилиндровой втулки.

Закрепление цилиндровых втулок производится с помощью стакана 5 и крышки 7 подтягиванием гаек 8.

Рис 2.6 Уплотнение цилиндровых втулок насоса УНБ-600

Цилиндровая крышка 7 уплотняется при помощи самоуплотняющихся манжет 6 и 9. Подтяжка уплотнения 2 цилиндровой втулки производится с помощью болта 10.

Рис 2.7 Цилиндровая втулка насоса УНБ-600

В цилиндровых втулках перемещаются поршни (рис. 2.8). Поршень 13 (см. рис. 2.6) состоит из сердечника с конической расточкой и привулканизированных к нему двух резиновых манжет. Поршень насажен на конический хвостовик штока 14 и крепится к нему с помощью гайки 12 и контргайки 11.

Рис 2.8 Поршень П 170-7 (ГОСТ 11267-65) насоса УНБ-600

1 – сердечник; 2 – уплотнение

Шток (рис. 2.9) соединен с надставкой штока (рис. 2.10), резьбовый конец которого ввернут в корпус ползуна. При вращении эксцентрикового вала насоса УНБ-600 через шатуны, ползуны и штоки поршни получают возвратно-поступательное движение.

Для увеличения износостойкости штоков их рабочая поверхность закаливается на высокую твердость.

Рис 2.9 Шток поршня насоса УНБ-600

Рис 2.10 Шток ползуна насоса УНБ-600

Уплотнение (рис. 2.11, 2.12) состоит из корпуса 4, направляющей втулки 6, упорного резинового кольца 5, четырех уплотнительных резиновых колец 5, упорного кольца 11 и второй направляющей втулки.

Рис 2.11 Уплотнение штока насоса УНБ-600

Направляющие втулки и опорное кольцо изготавливаются из капролита. Упорное кольцо 11 поджимается при помощи втулки 7 через фланец 9.

Рис 2.12 Комплект уплотнителей штока насоса УНБ-600

1 – втулка; 2 – упорное кольцо; 3 – манжета уплотнения штока; 4- опорное кольцо

Подтяжка уплотнения производится при неработающем насосе с помощью гаек 10 и шпилек 8.

Для увеличения долговечности уплотнения штока осуществляется смазка и охлаждение штоков жидким маслом. Масло подается на штоки насосом Г11-22. Привод насоса осуществляется от трансмиссионного вала.

Рис 2.13 Уплотнение штока ползуна

Герметизация соединения гидравлической коробки с корпусом 4 осуществляется самоуплотняющейся манжетой 1 и резиновым кольцом 2.

Для того чтобы предотвратить попадание глинистого раствора в приводную часть насоса, создано специальное уплотнительное устройство (рис. 2.13). Глинистый раствор может быть внесен в приводную часть надставкой штока, поэтому отмеченное уплотнение сальникового типа. Манжеты 1, расположенные в корпусе сальника 2, поджимаются фланцем 3. Манжеты обжимают надставку штока и не дают возможность вносить глинистый раствор в приводную часть. Фланец 3 поджимается при остановке насоса. Поджатие осуществляется с тем, чтобы устранить попадание глинистого раствора, чрезмерная затяжка не требуется, так как при этом преждевременно выходят из строя манжеты.

Содержание

Работа поршневого насоса заключается в чередовании двух последовательных процессов: всасывания и нагнетания. Всасывающим называется ход поршня, при котором жидкость или газ поступает в цилиндр, а нагнетательным — при котором жидкость или газ выталкивается из цилиндра.

Для пояснения принципа работы поршневого насоса можно воспользоваться схемой, приведенной на рис. 1 ,а. У неработающего насоса давления под поршнем и во всасывающем трубопроводе равны между собой. При движении поршня вверх (всасывающий ход) объем цилиндра под поршнем увеличивается, увеличивается и объем воздуха в нем. Давление падает, и под поршнем образуется разрежение. Всасывающий клапан открывается, так как снизу на него давит газ или вода с давлением большим, чем давление в цилиндре под поршнем насоса. Через клапан вода или газ поступает в цилиндр насоса, стремясь занять полностью объем, описываемый поршнем. Нагнетательный клапан в это время закрыт, так как сверху на него давит большее давление, чем снизу.

Ход поршня ограничивается конструктивно в обе стороны. Поэтому вводятся понятия верхняя и нижняя точки поршня (при горизонтальном положении цилиндра соответственно левая и правая крайние точки).

Как только поршень насоса дойдет до верхней точки и пойдет вниз, всасывание заканчивается и начинается нагнетательный ход. Поршень давит на газ или жидкость, находящуюся под ним, и давление в цилиндре повышается. Под действием возрастающего давления со стороны цилиндра всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный открывается. Жидкость или газ выталкивается из цилиндра насоса.

Как только поршень дойдет до нижней точки и пойдет снова вверх, описанный процесс повторится и таким образом производится перекачивание жидкости или газа. Следовательно, потребляемая насосом мощность затрачивается на создание разрежения в цилиндре во время всасывающего хода и на выталкивание жидкости или газа с необходимым напором из цилиндра в трубопровод во время нагнетательного хода поршня.

По кратности действия различаются насосы простого, дифференциального, двойного и многократного действия.

Насосом простого действия называется насос, у которого за два хода поршня или за один оборот вала происходит один раз всасывание и один раз нагнетание. Схема устройства такого насоса приведена на рис. 1 ,а. Насосы простого действия обладают самой большой неравномерностью всасывания и подачи жидкости по сравнению с другими поршневыми насосами.

Насосы дифференциального действия обеспечивают более равномерные всасывание и подачу жидкости. На рис. 1,б приведена схема устройства насоса с выравниванием подачи жидкости на нагнетании. Отличительная особенность насоса — две группы нагнетательных клапанов и поршневой шток с площадью сечения, равной половине площади поршня.

Всасывание производится за один ход при движении поршня вверх, а нагнетание— за каждый ход поршня. При движении поршня вниз половина поступившей в цилиндр воды выталкивается в нагнетательный трубопровод через верхний клапан. Другая половина жидкости поступает в полость цилиндра над поршнем.

При движении поршня вверх происходит всасывание в нижней полости цилиндра и выталкивание жидкости из верхней полости при закрытом нижнем нагнетательном клапане. Таким образом, подача жидкости происходит более равномерно по сравнению с насосом простого действия.

Аналогично устройству нагнетательной части насоса выполняется конструкция и всасывающей части, если требуется выравнивать подачу жидкости на всасывании.

Насосы двойного действия выполняются одноцилиндровыми или составными из двух насосов простого действия. На рис. 2 приведена схема устройства одноцилиндрового насоса двойного действия. Обе полости цилиндра насоса рабочие и каждая из них имеет свои всасывающие и нагнетательные клапаны. За каждый ход поршня происходит всасывание в одной и нагнетание в другой полости цилиндра, т. е. насос совершает два рабочих действия за один ход поршня.

Насосы многократного действия изготавливаются соединением в одном блоке нескольких насосов простого или двойного действия.

Производительность насосов простого и многократного действия, составленных из насосов простого действия, определяется по формуле:

По способу соединения с двигателем различаются приводные и прямодействующие насосы.

Приводными называются насосы, у которых шток или шатун поршня соединяется с двигателем посредством балансирного, эксцентрикового или мотылевого устройства. Привод насосов может быть различным.

У прямодействующих насосов приводом является только паровая машина, а штоки парового и гидравлического поршней соединяются общей муфтой. Таким образом, сила давления пара передается на гидравлический поршень прямо через штоки.

По расположению оси цилиндра различают горизонтальные, наклонные и вертикальные насосы.

Классификация насосов может быть и более подробной, для ее продолжения могут приниматься и такие признаки, как число водяных и паровых цилиндров, род перекачиваемой жидкости, давление, производительность и т. д.

Конструктивная схема и принцип действия поршневого насоса

Поршневые насосы относятся к группе объемных насосов, в которых перемещение жидкости осуществляется в результате вытеснения ее из цилиндра рабочим органом — поршнем. Принципиальная схема простейшего поршневого насоса приведена на рис. 2.31. Поршень 3 насоса совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре 2. К цилиндру подсоединены два трубопровода: всасывающий 4 с приемной сеткой-фильтром и нагнетательный 1. При ходе поршня вправо в цилиндре создается разрежение, в результате которого перекачиваемая жидкость через открывающийся всасывающий клапан 5 заполняет цилиндр. При обратном движении поршня всасывающий клапан закрывается и поршень вытесняет жидкость через нагнетательный клапан 6 в нагнетательный трубопровод. Таким образом, в поршневом насосе происходит периодическое всасывание и нагнетание перекачиваемой жидкости.

Поршневые насосы по способу действия подразделяют на насосы однократного, двукратного, трехкратного и четырехкратного действия. На рис. 2.31 изображена схема насоса однократного, или простого, действия. За один двойной ход поршня у этого насоса жидкость всасывается и нагнетается один раз. В насосе двукратного действия за один двойной ход поршня осуществляются две подачи жидкости. Это достигается, как правило, тем, что в цилиндре нагнетательные и всасывающие клапаны расположены по обе стороны поршня. Насос трехкратного действия, состоящий из трех насосов простого действия, и насос четырехкратного действия, состоящий из двух насосов двукратного действия, за один двойной ход поршня производят соответственно три или четыре подачи жидкости в нагнетательный трубопровод.

Поршневые насосы по сравнению с лопастными обладают рядом преимуществ, основными из которых являются:

• идеальная подача поршневых насосов не зависит от величины создаваемого напора;
• поршневые насосы обладают хорошей способностью к сухому всасыванию;
• поршневые насосы могут создавать большие напоры (до 3000 м вод. ст.) при достаточно высоком к.п.д.

Цикличность подачи жидкости в нагнетательный трубопровод (неравномерность подачи) является одним из недостатков поршневых насосов простого действия. Этот недостаток в значительной степени устраняется применением поршневых насосов многократного действия. С точки зрения обеспечения равномерности подачи наиболее приемлемыми являются насосы трехкратного действия, а с точки зрения массогабаритных показателей — насосы четырехкратного действия. Корабельные поршневые насосы в зависимости от конструкции поршня разделяют на собственно поршневые и скальчатые.

Характеристики поршневых насосов

Важнейшие характеристики поршневых насосов: зависимости подачи от напора при постоянной частоте вращения Q= f (n), к.п.д. от подачи ɳ = f (Q), а также мощности от частоты вращения (числа двойных ходов поршня), от подачи n напора N=f(n); N = f(Q); N=f(H). Они, как правило, представлены графически в формулярах.

Характеристика поршневого насоса Q= f(H) изображена на рис. 2.34, а. Подача поршневого насоса при постоянной частоте вращения приводного двигателя теоретически не зависит от напора. Поэтому теоретическая характеристика представляет собой изображенную пунктирную прямую линию Q_T. В действительности при увеличении напора увеличиваются протечки через зазоры, поэтому подача несколько уменьшается и реальная характеристика представляет собой монотонно нисходящую кривую Q = f(H).

Подача поршневого насоса, как и любого другого объемного насоса, изменяется пропорционально часто те вращения вала приводного двигателя насоса. Ха рактеристика при любой частоте вращения (числе двойных ходов поршня) имеет вид кривой, изображенной на рис. 2.34, a, но проходит в зависимости от частоты вращения выше или ниже ее.

К.п.д. поршневого насоса ɳ = f(Q), (рис. 2.34, б) минимален при малых подачах и растет с увеличением подачи, однако в диапазоне изменения подач от 40 до 140% номинальной изменяется незначительно. Кривая ɳ_max относится к прямодействующим насосам большой подачи при малых напорах (Q=100-300 м 3 /ч; Н=40-60 м вод. ст.).

Кривая n_min относится к быстроходным насосам малой подачи при больших напорах (Q = 25-80 м 3 /ч; Н = 100-500 м вод. ст.).

Зависимости мощности от частоты вращения (числа двойных ходов поршня), от подачи и напора N = f₂ (n); N = f₂ (Q); N = f₃ (H) изображены на рис. 2.34, в и свидетельствуют, что мощность поршневого насоса линейно зависит от частоты вращения, от подачи и напора. Характеристики каждого конкретного насоса приведены в формуляре насоса.

Поршневые насосы обладают свойством сухого всасывания и большой высотой всасывания. Напор поршневых насосов ограничивается только мощностью приводного механизма и прочностью конструкций самого насоса. Насос может работать с практически одинаковой подачей в большом диапазоне изменения напоров.

Особенности обслуживания поршневых насосов

Поршневые насосы относятся к группе объемных насосов и обладают рядом специфических свойств. В отличие от лопастных насосов подача поршневых насосов не зависит практически от напора. Ошибочное закрытие клапана на напоре работающего поршневого насоса или пуск насоса с закрытым нагнетательным клапаном приводит к разрыву трубопровода, поломке насоса или выходу из строя приводного двигателя. Поэтому пуск поршневого насоса допускается только при открытых нагнетательном и всасывающем клапанах. Регулирование подачи поршневого насоса дросселированием недопустимо, поэтому его осуществляют изменением частоты вращения привода или перепуском перекачиваемой жидкости.

Поршневые насосы обладают способностью к сухому всасыванию и большой высотой всасывания. Перед пуском они не заполняются перекачиваемой жидкостью. Поршневые насосы работают в различных условиях. Обслуживание каждого из них зависит от конкретных условий работы и осуществляется в строгом соответствии с инструкциями по эксплуатации. Однако имеются общие правила, которые следует выполнять при обслуживании всех поршневых насосов. Перед пуском необходимо осмотреть и подготовить насос к пуску. В процессе осмотра необходимо убедиться, что крепления насоса надежны, прокладки и сальники находятся в удовлет-ворительном состоянии, контрольно-измерительные приборы исправны. Особенно тщательно проверяется количество и качество масля в масляных системах.

После внешнего осмотра надо проверить состояние всех клапанов системы и провернуть их. По окончании проворачивания клапаны закрывают. Убедившись в исправности системы, открывают клапан на напорном трубопроводе, затем на всасывающем трубопроводе. Пустив насос, машинист трюмный наблюдает за его работой, следит за показаниями амперметра, мановакуумметра, манометра, температурой масла в масляной системе. Повышенные показания амперметра свидетельствуют о неисправностях насоса, повышенное давление в напорном трубопроводе-о засорении системы, неполном открытии клапанов, увеличении вакуумметрической высоты всасывания, засорении фильтров. В процессе работы насоса контролируют состояние сальников: их температуру (на ощупь) и достаточную плотность.

При работе насоса необходимо записывать в эксплуатационных журналах параметры, требуемые инструкциями.

Останавливают насос выключением приводного двигателя, после чего клапаны на напорном и всасывающем трубопроводах закрывают. Насос осматривают, устраняют выявленные неисправности и приводят в состояние немедленной готовности к пуску.

Основные неисправности в работе поршневых насосов и меры по их устранению

Наиболее вероятными причинами неисправностей в работе поршневого насоса являются: механические повреждения клапанов и фильтров, приемного и напорного трубопроводов, попадание воздуха в систему и насос, износ и поломка деталей блока клапанов насоса, износ и механическая поломка движущихся частей насоса, неисправности привода насоса.

Механические повреждения клапанов и фильтров приемного и напорного трубопроводов вызывают снижение подачи насоса и срыв его работы. К часто встречающимся неисправностям этого типа относятся:

• засорение приемных фильтров (насос работает с меньшей подачей, повышается вакуумметрическая высота всасывания) — фильтры необходимо очистить;
• неисправность клапана на приемном трубопроводе (при неполном открытии клапана насос работает с неполной подачей, повышается вакуумметрическая высота всасывания, при полностью закрытом клапане происходит срыв работы насоса) — неисправность необходимо устранить;
• неисправность клапана на напорном трубопроводе (при неполном открытии клапана напор насоса превышает спецификационный, приводной двигатель работает с перегрузкой, что может привести к выходу его из строя; при пуске насоса с закрытым клапаном на напорном трубопроводе отсутствует подача) — клапан необходимо открыть, при неисправности — исправить.

Попадание воздуха в систему и насос через неплотности всасывающего трубопровода и его арматуры или через частично обнажившуюся приемную сетку всасывающего трубопровода. Наиболее вероятными местами возникновения неплотности всасывающего трубопровода являются прокладки в местах соединений трубопроводов и сальников штоков клапанов. При незначительных поступлениях воздуха подача насоса уменьшается. При значительных поступлениях воздуха всасывающий трубопровод может не заполниться жидкостью. Подача полностью прекращается. Неплотности необходимо устранить.

Износ и поломка деталей блока клапанов насоса приводят к ненормальному шуму при работе насоса, уменьшению подачи, срыву работы насоса. К наиболее часто встречающимся повреждениям деталей блока клапанов относятся:

• поломка или ослабление пружины клапана (возникает характерный стук клапанов) — необходимо отрегулировать или заменить пружины;
• ослабление крепежных гаек или шпилек узлов блока (возникает посторонний шум) — необходимо устранить слабины крепежа;
• неплотности прилегания тарелок к гнездам (подача насоса уменьшается) — необходимо притереть клапаны;
• неисправность предохранительного (перепускного) клапана (жидкость перепускается из напорной во всасывающую полость, подача насоса уменьшается) — необходимо отрегулировать предохранительный клапан.

Износ и механическая поломка движущихся частей насоса могут являться причиной повышенного шума при работе насоса, уменьшения подачи или заклинивания насоса. К часто встречающимся повреждениям относятся:

• износ, забоины колец поршней, неправильная их установка (через неплотности уплотнения поршней жидкость перепускается из напорной во всасывающую полость цилиндра, подача насоса уменьшается) — необходимо заменить кольца;
• срабатывание вкладышей подшипников, втулок, пальцев (при работе насоса возникают шумы, стуки) — насос необходимо перебрать, изношенные детали заменить;
• поломка поршневых колец, заклинивание поршней, погиб штоков, наличие посторонних предметов в цилиндре — необходим ремонт насоса.

Неисправности привода насоса могут препятствовать нормальному пуску насоса, явиться источником повышенной шумности при его работе, привести к выходу насоса из строя.

Наиболее распространенными на кораблях являются насосы с электроприводом и прямодействующие паровые насосы. Неисправности электропривода, последствия неисправностей и способы их устранения аналогичны описанным для электропривода центробежных насосов. Кроме того, у прямодействующих паровых насосов могут быть следующие типичные неисправности:

• слишком большой ход поршней (поршни ударяют о крышки и днища паровых цилиндров, насос работает с повышенным шумом) — необходимо уменьшить число двойных ходов насоса, проверить правильность работы парораспределения, при необходимости отрегулировать ход поршней;
• износ вкладышей подшипников или ослабление креплений (насос работает с повышенным шумом) — необходимо перебрать привод, заменить изношенные детали, подтянуть крепления;
• механические повреждения клапана отработавшего пара (при полностью открытом клапане свежего пара и полном давлении пара насос не работает) — клапаны отработавшего пара необходимо перебрать.

Литература

Вспомогательные механизмы и судовые системы. Э. В. КОРНИЛОВ, П. В. БОЙКО, Э. И. ГОЛОФАСТОВ (2009)