Поршневой насос принцип действия кратко

Обновлено: 02.07.2024

Одним из механизмов, находящих широкое применение в народном хозяйстве, является поршневой жидкостный насос. Его назначение — перекачивание жидкостей из неглубоких скважин и колодцев, он несложен в устройстве, прост в обслуживании. На каких физических принципах основано действие такого устройства? В любых ли условиях возможно его использовать? Расскажем кратко о поршневом жидкостном насосе, о его устройстве и принципах работы.

Принцип действия поршневого насоса

Как известно из курса физики 7 класса, давление в точке жидкости передаётся в любую другую точку жидкости без изменения. Это утверждает закон Паскаля. Следовательно, если уменьшить давление около второй точки (не меняя давление в первой), то жидкость начнёт перемещаться, пока разность давлений не будет компенсирована.

Таким образом, появляется возможность перемещения жидкости не только в горизонтальном, но даже в вертикальном направлении, преодолевая силу тяжести. Атмосфера оказывает давление на все тела на поверхности Земли, а значит, и на открытую поверхность жидкости в любом месте. Остаётся создать некоторое разрежение в точке жидкости, куда необходимо осуществить перекачку, — и жидкость под действием атмосферного давления устремится в этом направлении. В этом и состоит принцип действия поршневого жидкостного насоса.

Рис. 1. Закон Паскаля

Устройство поршневого насоса

Поршневой насос состоит из цилиндра с поршнем, способным двигаться под действием внешней силы. В нижней части цилиндра имеется впускной клапан, свободно пропускающий жидкость из впускного патрубка в цилиндр, но не выпускающий жидкость обратно. На поршне также есть клапан для выпуска, позволяющий жидкости свободно проходить в пространство над поршнем, но не пропускающий жидкость обратно.

Рис. 2. Устройство поршневого насоса

Если поршень из нижнего положения начнёт движение вверх, давление воздуха под ним станет меньше атмосферного. Если впускной патрубок опущен в жидкость, то эта жидкость под действием атмосферного давления начнёт двигаться в сторону пространства под поршнем, проходя через впускной патрубок и клапан.

После того как поршень полностью поднимется, некоторое количество жидкости окажется в цилиндре, и впускной клапан закроет ей движение обратно.

Теперь, когда поршень начнёт движение вниз, откроется выпускной клапан в поршне. Жидкость будет через него свободно перетекать в верхнюю часть цилиндра. В этот момент в нижней части цилиндра давление увеличится до атмосферного. Когда поршень окажется в нижнем положении, клапан в нём закроется и перекроет жидкости возможность движения обратно под поршень.

Начнётся новый такт, поршень двинется опять вверх. Под ним вновь давление уменьшится, и под действием внешнего давления новая порция жидкости поступит через впускной клапан в цилиндр. Жидкость же, оказавшаяся над поршнем, будет проталкиваться вверх к выпускному патрубку.

Возможности поршневого насоса

Из описанного следует важный вывод: жидкость в цилиндр поршневого насоса поступает под действием атмосферного давления. А дальше движется под действием усилия движения поршня. Следовательно, для перекачки жидкости на любую высоту оказывается важным, где находится цилиндр насоса. Нормальное атмосферное давление может поднять воду на высоту не более 10,3 м. Поэтому цилиндр насоса должен находиться не более чем на такой высоте над поверхностью жидкости. Если жидкость необходимо перекачивать выше — это можно сделать за счет увеличения длины выпускного патрубка. Именно поэтому для глубоких скважин чаще всего применяются погружные насосы с очень коротким впускным патрубком.

Рис. 3. Погружной насос

Что мы узнали?

Поршневой жидкостный насос — это механизм, предназначенный для перекачки жидкости, которая поступает в него под действием атмосферного давления. Он состоит из цилиндра с поршнем и двух клапанов. Расстояние между поверхностью жидкости и цилиндром насоса не может превышать 10,3 м в высоту для воды.

Принцип действия поршневого насоса

Рис. 1. Закон Паскаля

Устройство поршневого насоса

Рис. 2. Устройство поршневого насоса

Возможности поршневого насоса

Рис. 3. Погружной насос

Что мы узнали?

Жидкостный поршневой насос – это одно из древнейших устройств, назначением которых является перекачивание жидких сред. Поршневые насосы работают на основе простейшего принципа вытеснения жидкостей, которое осуществляется механическим способом. По сравнению с первыми моделями подобных устройств, современные жидкостные насосы поршневого типа отличаются значительно более сложной конструкцией, они более надежны и эффективны в использовании. Так, поршневые насосы, выпускаемые современными производителями, имеют не только эргономичный и прочный корпус, но и развитую элементную базу, а также предоставляют более широкие возможности для монтажа в трубопроводные системы. Благодаря такой универсальности насосы жидкостные поршневого типа активно используются в трубопроводных системах как промышленного, так и бытового назначения.

Поршневой насос для незамкнутых гидравлических систем

Конструктивные особенности

Основным элементом жидкостного поршневого насоса является полый металлический цилиндр, в котором и протекают все рабочие процессы, осуществляемые с перекачиваемой жидкостью. Физическое же воздействие на жидкость осуществляет поршень плунжерного типа. Благодаря этому элементу данный жидкостный насос и получил свое название.

Принцип работы поршневого насоса основывается на возвратно-поступательном движении его рабочего органа, действующего как гидравлический пресс. При этом в конструкции такой машины, в отличие от классических гидравлических устройств, присутствует механизм клапанного распределения, а также ряд дополнительных конструктивных элементов (в частности, кривошип и шатун, составляющие основу силовой части насоса жидкостного поршневого типа).

Устройство аксиально-поршневого насоса

Принцип работы

Принцип работы одностороннего поршневого насоса

Поршневые насосы различаются по числу действий

Насосы двухстороннего действия

Основная причина, по которой был разработан и стал активно применяться поршневой насос двойного действия, заключается в стремлении производителей уменьшить уровень пульсации потока жидкости, нагнетаемой в трубопроводную систему. Для того чтобы разобраться в преимуществах использования насосного устройства двойного действия, достаточно понять, как работает поршневой жидкостный насос данного типа.

Особенность устройства жидкостного поршневого насоса двойного действия заключается в том, что штоковые и поршневые полости этой машины оснащены индивидуальными клапанными системами. Такая конструкция поршневого насоса двойного действия, уникальность которой можно заметить даже по фото, позволяет не только устранить пульсации потока в трубопроводной системе, но и значительно повысить эффективность использования самой машины. Между тем поршневые насосы одностороннего действия, если сравнивать их с двухсторонними моделями, из-за простой конструкции отличаются более высокой надежностью и долговечностью.

Принцип действия двухстороннего поршневого насоса

Существует еще одна конструктивная схема поршневого насоса, при использовании которой удается добиться устранения пульсационных процессов в трубопроводных системах. Насосное оборудование, выполненное по данной схеме, предполагает применение специального гидроаккумулятора. Основное назначение таких гидроаккумуляторов, используемых для оснащения насосных станций, заключается в том, чтобы накапливать энергию потока жидкости в моменты пикового давления в трубопроводе и отдавать ее тогда, когда такого давления для нормальной работы системы недостаточно.

Однако какие бы виды поршневых насосов ни использовались и какими бы дополнительными техническими устройствами ни оснащались насосные станции, устранить пульсационные процессы в трубопроводах не всегда удается. В таких ситуациях часто применяется дополнительное оборудование, обеспечивающее эффективный отвод лишней жидкости за пределы насосной станции.

Сферы применения

Область применения жидкостных насосов поршневого типа достаточно широка, что объясняется их высокой универсальностью. Между тем конструкция таких машин не позволяет использовать их в тех случаях, когда перекачивать необходимо значительные объемы воды или другой жидкости. Одним из основных достоинств этих гидравлических машин является то, что их поршни, вытесняя жидкость через нагнетательную магистраль, одновременно всасывают ее новую порцию через подающий канал, что в условиях сухого цилиндра очень важно. Этим качеством и предопределяется назначение поршневых жидкостных насосов как наиболее эффективных устройств, используемых на предприятиях химической промышленности.

Гидравлический поршневой насос для автокрана

Сферы применения жидкостных насосов поршневого типа расширяются и за счет того, что такое оборудование может успешно использоваться для работы с химически агрессивными средами, некоторыми видами топлива и взрывоопасными смесями. Активно применяются насосы данного типа и в бытовых целях, с их помощью можно создавать трубопроводные системы для автономного водоснабжения частных строений и для полива. Между тем, решив использовать такой прибор, не забывайте о том, что для перекачивания больших объемов жидкости он не предназначен.

Еще одной сферой, в которой активно используются жидкостные насосы поршневого типа, является пищевая промышленность. Это объясняется тем, что такие устройства отличаются очень деликатным отношением к перекачиваемой через них жидкости.

Преимущества и недостатки

Если говорить о достоинствах, которыми обладают насосы поршневого типа, служащие для перекачивания жидких сред, то к наиболее значимым можно отнести:

простоту конструкции, которую демонстрируют даже картинки и схематическое изображение подобных устройств;
высокую надежность, которая определяется не только использованием высокопрочных материалов для производства таких машин, но и принципом действия поршневого насоса;
возможность работы с носителями, при использовании которых предъявляются особые требования к условиям пуска насосного оборудования.

Основным недостатком рассматриваемого насосного оборудования, упомянутым выше, является его невысокая производительность. Конечно, расширить технические возможности таких устройств можно, но зачем это делать, если данная задача решается с меньшими финансовыми затратами посредством насосного оборудования другого вида.

Выбирая жидкостные насосы поршневого типа, сначала определитесь с тем, для чего такое оборудование будет использоваться. Если не предполагается перекачивание слишком больших объемов жидкости, то доступные по стоимости и надежные жидкостные насосы поршневого типа оптимально подойдут для реализации ваших целей.

Поршневой насос представляет собой объемную машину с возвратно-поступательным движением поршня в цилиндре.

На рисунке 6.1 представлена схема гидравлической части однопоршневого насоса одностороннего действия.

Принцип действия такого насоса заключается в следующем. При ходе поршня 1 вправо в рабочей камере цилиндра 2 освобождается объем и давление снижается (р р_В) и открывается нагнетательный клапан 4.

Жидкость поршнем вытесняется из цилиндра - происходит процесс нагнетания до конца хода поршня влево.

Из принципа действия поршневого насоса выявляются особенности его конструкции:

рабочая камера (цилиндр) изолирована от подводящего и напорного трубопроводов клапанами;
подача насоса зависит от геометрических размеров насоса (длины хода и площади поршня) и от числа двойных ходов поршня;
пределы преодолеваемого поршнем давления (напора) зависят от установленной мощности и прочности деталей насоса, т.е. насос может развивать любой напор;
поршень движется с переменной скоростью (от 0 в начале хода до максимальной в середине хода и снижающейся до нуля в конце хода).

В зависимости от условий работы и свойств перекачиваемых жидкостей насосы имеют весьма разнообразные конструкции. Ниже изложены некоторые принципы классификации поршневых насосов.

1. По типу приводной части различают насосы приводные, прямодействующие, ручные.

Приводные насосы - это насосы, у которых в приводной части имеется кривошипно-шатунный механизм для преобразования вращательного движения приводного вала в возвратно-поступательное движение поршня.

На рисунке 6.2 приведена схема приводного насоса, у которого приводная часть состоит из крейцкопфа 1, шатуна 2 и кривошипного вала 3. Кроме этих частей, для снижения числа ходов поршня в приводной части обычно имеется редуктор.

Прямодействующие насосы — это насосы, у которых поршень насоса общим штоком связан с поршнем двигателя.

На рисунке 6.3 представлена схема прямодействующего насоса, у которого приводная часть представляет собой паровую машину, состоящую из парового цилиндра 1, поршня 2 со штоком 3, непосредственно соединенным со штоком гидравлической части насоса, и золотниковой коробки распределения пара 4. В качестве двигателя прямодействующего насоса могут быть применены также гидравлические силовые цилиндры и пневмоцилиндры.

1. Ручные насосы — это насосы, у которых движение поршня осуществляется с помощью рукоятки вручную.

2. По расположению осей цилиндров насосы бывают горизонтальные, вертикальные и с осями, расположенными наклонно по отношению к основанию.

3. По числу цилиндров насосы выполняются одно, двух, трех и многоцилиндровыми.

4. По конструкции поршня насосы бывают:

а) собственно поршневые, т.е. поршень представляет собой диск с уплотнениями, которые плотно прилегают к цилиндру (рисунок 6.4), такие поршни применяются в насосах двухстороннего действия, имеющих большие подачи;

Рисунок 6.4 Рисунок 6.5

б) плунжерные - плунжер имеет длину, значительно превышающую диаметр (рисунок 6.5) и применяются при значительных давлениях и малых подачах;

в) с проходным поршнем, имеющим в теле нагнетательный клапан (рисунок 6.6). Такие поршни находят широкое применение в глубинных насосах для добычи нефти, в которых диаметр цилиндра ограничен размерами скважины;

г) диафрагменные насосы, в которых изменением формы эластичной пластины достигается изменение объема рабочей камеры (рисунок 6.7).

Насосы с диафрагмой имеют малую длину хода и создают малые подачи.

5. По числу действия различают насосы:

а) одностороннего действия, когда один ход поршня, сопровождается всасыванием жидкости, а другой - нагнетанием (рисунок 6.8)

Рисунок 6.8 Рисунок 6.9 Рисунок 6.10

б) двухстороннего действия, когда каждый ход поршня сопровождается процессами всасывания и нагнетания (рисунок 6.9).

в) дифференциального действия (рисунок 6.10), в котором - совершается один процесс всасывания при ходе поршня вправо и два процесса нагнетания. При ходе вправо жидкость нагнетается из камеры Б, а при ходе влево из камеры А часть жидкости протекает в камеру Б, а другая - в напорный трубопровод, улучшая равномерность ее поступления.