Как работает плунжерный насос

Плунжерный насос высокого давления

Широкое распространение имеют гидравлические системы высокого давления. Они применяются как в бытовых приборах, так и условиях промышленного использования. Обязательным агрегатом для них является плунжерный насос высокого давления, в каждом из которых сочетается относительная простота изготовления, высокая степень надежности во время эксплуатации, а также эффективность.

Данный узел используется в качестве привода либо механизма у смежных узлов. Принцип работы гидравлического узла задействован во многих сферах деятельности человека.

Характеристики аппарата

Современные плунжерные насосы высокого давления по своему строению, условиям работы и функционалу имеют большое сходство с поршневыми аналогами. Этому способствует наличие плунжера (англ. plunger — погружаться), представляющего собой пустотелый цилиндр. Он «ходит» в уплотняющем сальнике, не соприкасаясь со стенками рабочего цилиндра. Гидравлические дозаторы ручного типа используются гораздо реже. Производительность узла достигает 90%.

Плунжерные насосы отличаются высокой производительностью на фоне элементарной эксплуатации

Популярными сферами применения являются области, связанные с нефтепереработкой и химией. Также используют насос для мойки высокого давления. Гидравлические агрегаты применяют для изготовления растворов, компоненты которых подобраны с высокой степенью точность. За счет конструктивных особенностей производители предлагают объемные и необъемные тип.

Особые эксплуатационные условия обязывают задействовать в изготовлении материалы, обеспечивающие длительную и стабильную работу плунжеру, а также стойкость к износу, герметичность, высокие прочностные характеристики. КПД выпускаемых агрегатов превышает 0,9. Дифференциация видов по конструкционным особенностям следующая:

горизонтальные;
вертикальные;
многоцилиндровые;
ручные;
автоматические;
многоплунжерные;
с герметичными цилиндрами.

При этом очевидными являются следующие преимущества, которыми обладает практически каждый плунжерный насос высокого давления:

монтажные работы выполнить очень просто;
управлять аппаратом не составит труда;
конструкционное исполнение позволяет провести индивидуальную настройку;
предусмотрена система смазки, позволяющая к ней легко добраться;
присутствует возможность плунжерный насос высокого давления отрегулировать на выход нужного рабочего давления за счет правильного подбора числа плунжеров.

Плунжерные насосы высокого давления способны перекачать вязкую жидкость или эмульсию, содержащую абразивные частицы.

Внутреннее устройство

Плунжерные насосы высокого давления Pratissoli

Основная масса моделей, представленных на отечественном рынке, будь то профессиональный или бытовой аппарат, представляет собой устройство объемного типа. Рабочие элементы перемещаются возвратно-поступательным методом. Такое аксиальное движение подразумевает следующий алгоритм:

внутри камеры располагаются два клапана: всасывающий и напорный, включая цилиндр с задействованным в процессе плунжером;
во время рабочего процесса плунжер перемещается аксиально;
рабочая камера соединена с двумя трубопроводами: заборный и выходной;
рабочий цикл состоит из полного поворота кривошипа, за это время плунжер успевает захватить дозированную порцию жидкости из всасывающей части и отправить ее в напорную трубу.

ВИДЕО: Производство плунжерных насосов Speck Triplex Plunger pump production manufacture

Объем жидкости, который способны прокачать насосы высокого давления для воды, зависит от диаметра плунжера и его хода. Важно знать, что существуют агрегаты высокого давления (авд), использующие в конструкции принцип двустороннего действия. Они обладают следующими особенностями:

для эксплуатации агрегата задействованы обе полости цилиндра;
в течение полуоборота коленвала, когда плунжер перемещается в одну сторону, происходит одновременно забор и выпрыскивание жидкости;
во время проворачивания коленвала до полного оборота в полостях цилиндра также происходит два процесса, но оба в обратном направлении.

Двусторонняя схема обеспечивает двукратное увеличение подачи жидкости, в отличие от аппаратов с односторонним процессом. Также эти насосы высокого давления для воды создают равномерный поток.

Насос трех плунжерный P52/72-200

Плунжерный насос высокого давления имеет высокую стоимость во многом за счет высокой степени точности изготовления деталей. Подгонка сопряжения между поверхностями обеспечивает зазоры в несколько микрон. Также требуется минимальная степень шероховатости (выше, чем Rz 1,25) на поверхности штока. Он должен калиться в печах ТВЧ, чтобы придать наружному слою изделия необходимую твердость, а более податливая центральная часть придаст изделию пластичность.

Принцип работы

Важную роль в плунжерных насосах играет сам плунжер, который изготавливается в виде стержня (штока). Его задачей является осевое перемещение вдоль цилиндра. Движение обеспечивается за счет электропривода, раскручивающего коленвал, кулачек которого упирается в торец штока. Точность сопряжения стержня и отверстия обеспечивает технологическую герметичность узла.

Как работает аппарат

На первоначальном этапе плунжерный насос высокого давления обеспечивает перемещение штока в обратном направлении от рабочей камеры. За счет образовавшегося разряжения в полости открывается впускной клапан, выпускной при этом будет закрыт.
Жидкость проникает в установленном количестве из заборного трубопровода. Плунжер, достигнув крайней точки удаления, начинает движение в обратном направлении.
Увеличивающееся давление в рабочей камере блокирует впускной клапан, одновременно открывая выпускной. Жидкость удаляется по выходному трубопроводу. Цикл повторяется снова.

Специфика подобной аппаратуры для автомойки такова, что в процессе работы образуются вибрации и пульсирование агрегата. Такие побочные эффекты сказываются на эффективности и сроке бесперебойной эксплуатации.

Минимизировать разбалансировку позволяет включение в рабочий цикл нескольких рабочих плунжеров, чем успешно пользуются производители агрегатов. На кривошип монтируют три плунжера, расположенных под 1200 к осям друг друга. Позитивное влияние оказывает использование двух рабочих полостей в двусторонних конструкциях.

Промышленные установки способны выдавать приводную мощность до 800 кВт, а рабочее давление создается до 3500 бар. В бытовых условиях применяют аппаратуру, поддерживающую давление 3-20 бар и способную перекачивать до 1000 л/час.

Возможные неисправности

Промышленное и бытовое оборудование нуждается в правильном уходе и обслуживании. Для этого необходимо знать его слабые места, чтобы продлить срок службы агрегатов. Проблемные участки большинства моделей сводятся к следующему:

повышенная вибрация способствует ослабления крепления к кронштейну;
во время профилактических работ необходимо контролировать соосность валов и затягивать крепежные винты;
для обеспечения герметичности своевременно меняют сальник;
подтягиваем коллектор вверх от картера таким образом, чтобы не повреждать встроенные плунжеры;
просматриваем периодически целостность вала, выявляя на нем возможные трещины, сколы или наличие изгибов, при необходимости проводим замену на ремонтные.

Это относится как к отечественным, так и зарубежным устройствам.

ВИДЕО: Плунжерный насос Speck Triplex Plunger pump animation

Устройство и принцип работы плунжерного насоса

Для работы в условиях высокого давления в гидравлической системе используется плунжерный насос, который отличается высокой прочностью и долговечностью. Чаще всего для работы в среде повышенного давления воды применяются погружные агрегаты плунжерного типа, например, модель марки Hawk. Это оборудование сконструировано таким образом, чтобы создавать необходимое давление в водопроводной магистрали. Не менее важно, что такое насосное изделие отличается прекрасной производительностью, которая достигает 90 %. В нашей статье мы рассмотрим особенности устройства, принцип работы подобного насосного оборудования, а также вероятные поломки. Чтобы вам было проще выполнять ремонт плунжерного насоса, в конце статьи предложено видео на эту тему.

Читать еще: Смазка циатим 201 технические характеристики

Особенности и область использования

Плунжерные агрегаты высокого давления способны работать с водной средой и любыми жидкостями, наподобие воды, которые отличаются низкой вязкостью и не могут вступать в реакцию с металлическими деталями оборудования. Прибор работает, как дозатор воды или другой жидкости. Он может быть ручной или автоматический. При этом дозировочный насос осуществляет перекачку жидкости за счёт высокого давления.

Если вы разбираетесь в устройстве и принципе работы такого насоса, то его ремонт выполнить несложно. Как правило, дозировочный гидравлический агрегат плунжерного типа относится к разряду нефтепромышленного и бурового оборудования. Однако ручной НД (насос дозировочный), например, марки Hawk, может с успехом использоваться для перекачки воды и других жидкостей в разных отраслях и быту.

Плунжерный насос благодаря конструктивным особенностям и простой схеме устройства имеет ряд отличительных особенностей:

В нагнетателе агрегата создаётся предельно высокое давление.
Вакуумный прибор высокого давления может перекачивать вязкие жидкости и среды с абразивными частицами.
Агрегаты можно эксплуатировать в полевых условиях.

Аксиально-плунжерные агрегаты очень напоминают поршневые насосы. Главное отличие между ними состоит в конструкции рабочего органа. Гидравлический дозировочный прибор плунжерного типа вместо рабочего поршня использует плунжер, который выполнен в виде пустотелого цилиндра. Плунжер перемещается в уплотняющем сальнике и при этом не касается поверхности рабочей камеры. Поршневой агрегат и аксиально-плунжерное изделие очень схожи по гидравлическим характеристикам, однако эксплуатация и ремонт прибора плунжерного типа проходят легче, поскольку он имеет меньшее количество изнашиваемых деталей.

Высокие эксплуатационные характеристики аксиально-плунжерных насосов высокого давления воды способствуют тому, что они используются не только в перечисленных отраслях, но и для решения различных производственных задач на обогатительных фабриках, в химическом производстве и некоторых узкоспециализированных сферах промышленности.

НД в последнее время очень редко используется в канализационных и водопроводных системах. Зато гидравлический НД (ручной дозатор) нашёл своё применение в скважинах небольшого диаметра, где он применяется для подъёма воды. Также аксиально-плунжерный агрегат подходит для перекачки вязких жидкостей (осадка из отстойника) и может использоваться как ручной дозатор в быту, например, модели марки Hawk.

Классификация

Все агрегаты плунжерного типа, будь то насос марки Hawk или другого производителя, делятся на несколько видов:

с горизонтальным расположением цилиндров;
с вертикальным расположением цилиндров;
вакуумный;
многоплунжерный;
ручной;
автоматический;
с герметичными цилиндрами;
многоцилиндровый.

Устройство

Как правило, дозировочный агрегат плунжерного типа относится к приборам объёмной группы. Рабочие механизмы насоса двигаются возвратно-поступательно (аксиально). Схема устройства агрегата одностороннего действия выглядит следующим образом:

В рабочей камере НД находится напорный и всасывающий клапан, а также цилиндр с рабочим поршнем – плунжер.
Этот поршень совершает возвратно-поступательные движения, то есть двигается аксиально.
К рабочей камере высокого давления присоединён напорный трубопровод и всасывающий шланг.
За один цикл, равный повороту вала с кривошипом, в полость цилиндра всасывается, а потом под давлением выталкивается определённый объём жидкости, который зависит от площади поршня и его хода.

Схема работы агрегаты высокого давления двухстороннего действия выглядит так:

В таком НД обе полости в цилиндре являются рабочими.
Благодаря этому за один ход поршневого элемента в прямом направлении осуществляется всасывание и выталкивание жидкости.
Такие процессы происходят и при обратном движении поршня в плунжере.

Важно: такая схема работы НД двухстороннего действия позволяет увеличить подачу в два раза в сравнении с агрегатами одностороннего действия. Помимо этого такой гидравлический прибор обеспечивает более равномерную подачу жидкости.

Принцип работы

Главная рабочая деталь плунжерного насоса – это металлический стержень, совершающий возвратно-поступательные движения. В качестве движущей силы плунжера выступает электропривод. Поскольку он является ведущий рабочей деталью, к его механической прочности предъявляются высокие требования.

Принцип работы любого агрегата плунжерного типа (например, насоса Hawk) основан на том, что все движущиеся механизмы не соприкасаются с внутренней плоскостью рабочей камеры. Неважно, ручной или автоматический дозатор используется, принцип работы выглядит следующим образом:

Когда плунжер осуществляет движение вправо, происходит снижение давления в рабочей камере. При этом параметры всасываемости устройства остаются на прежнем высоком уровне.
Во время такого движения механизма происходит перемещение рабочей среды в рабочую камеру.
Во время движения плунжера в обратную сторону происходит обратный процесс, и жидкость вытесняется из камеры.

Поскольку дозировочный гидравлический насос сконструирован таким образом, что во время его интенсивной работы возникают пульсации и вибрации разного рода, это негативно сказывается на общей работе и долговечности прибора. Чтобы сгладить такое деструктивное воздействие, выполняется подключение нескольких рабочих плунжеров. По сути, такой плунжерный насос состоит из трёх агрегатов одностороннего действия, объединённых одним коленчатым валом. При этом кривошипы каждого объединённого насосного оборудования располагаются пол углом 120° друг к другу.

Также равномерную подачу жидкости обеспечивает дифференциальный плунжерный насос, в котором обе полости цилиндра являются рабочими. Однако такой дозатор имеет только два клапана: нагнетательный и всасывающий. Именно поэтому подобный ручной или автоматический дозатор за один оборот коленчатого вала обеспечивает один цикл всасывания жидкости и два цикла выталкивания. В этом случае подача воды будет такой же, как у агрегатов одностороннего действия, но равномерность подачи повысится.

Частые неисправности

Даже самое современное насосное оборудование, например, марки Hawk, иногда требует ремонта. К распространённым неисправностям можно отнести такие поломки:

Из-за повышенной вибрации ослабевает крепление к кронштейну.
Периодически нужно проверять соосность валов и подтягивать винты крепления.
Иногда требуется выполнять замену манжеты и ремонт вала.

Плунжерный насос это: разбираемся в общих чертах

Ответ на вопрос «что такое плунжерный насос» может быть простым или сложным. Простой вариант: плунжерный насос это почти то же самое, что и поршневой, только круче. Сложный вариант подразумевает разъяснение некоторого количества технических нюансов.

Устройство плунжерного насоса

Разберем устройство насосов плунжерного типа на примере дозировочного насоса.

Одноплунжерный дозировочный насос

Электродвигатель – 1 вращает червяк — 2, который крепится к валу двигателя муфтой. В зацеплении с червяком находится червячное колесо — 3. К этому колесу присоединен эксцентрик – 4, который может находится ближе или дальше от центра червячного колеса. Положение эксцентрика легко регулируется механически. На эксцентрик одет шатун -5, который толкает плунжер – 6.

Всасывающий клапан-шар — 7 открывается, когда плунжер идет влево. Вода заливает цилиндр — 9. В следующей фазе движения плунжера, объем камеры сокращается, всасывающий клапан опускается, нагнетающий – 8 подымается. Вода идет к потребителю.

Ход плунжера изменяется в зависимости от положения эксцентрика. Если эксцентрик установлен в центре червячного колеса, то ход вытеснителя (плунжера) равен нулю. При максимальном удалении от центра, ход вытеснителя максимальный. То есть производительность насоса можно менять от нуля до максимума. Поэтому он называется дозировочным.

Читать еще: Как определить работоспособность конденсатора

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.

Работа поршневого насоса в общем случае выглядит следующим образом

В цилиндре (позиция 8) перемещается поршень (позиция 7), жестко соединенный со штоком (позиция 9), являющимся исполнительной частью приводного кривошипно-шатунного механизма. При ходе поршня “вправо” полезный объем цилиндра, т.е. объем, заполняющийся жидкостью, увеличивается, вследствие чего давление в нем уменьшается. Всасывающий клапан(позиция 4) при этом поднимается, жидкость под действием внешнего давления на ее поверхности, чаще всего атмосферного, входит в цилиндр через сосун (позиция 1), открытый обратный клапан (позиция 2) и всасывающую трубу(позиция 3).

При ходе поршня “влево” жидкость, ранее вошедшая в цилиндр, выталкивается движущимся поршнем. Давление в цилиндре насоса при этом повышается. Всасывающий клапан (позиция 4) закрывается, а нагнетательный клапан(позиция 5) поднимается и жидкость из цилиндра поступает в нагнетательный трубопровод (позиция 6). Подача жидкости в нагнетательный трубопровод происходит вследствие вытеснения из цилиндра движущимся поршнем предварительно засосанной жидкости.

Плунжерные насосы

Плунжерный насос — это разновидность насосов вытеснения. Отличием плунжерного насоса является рабочий орган — плунжер. Его задачей является перемещение вдоль оси цилиндра. Перемещаются плунжеры за счет электропривода, раскручивающего коленвал.

Всасывание жидкости в цилиндр насоса происходит при движении плунжера вверх. При этом всасывающий клапан К1 поднимается и жидкость под действием внешнего давления входит в цилиндр насоса. При возвратном движении плунжера вниз клапан К1 прижимается к своему гнезду, закрывая его, а нагнетательный клапан К2 открывается, пропуская вытесняемую из цилиндражидкость в нагнетательный трубопровод.

Плунжер 1 насоса в работе соприкасается только с элементами сальника 2, уплотняющими плунжер в цилиндре. При этом тщательность уплотнения достигается сжимаемой сальниковым стаканом набивкой, уменьшающей трение и износ соприкасающихся поверхностей. Благодяря этому цилиндр плунжерного насоса не изнашивается, а служит только емкостью, заполняемой и опорожняемой в зависимости от направления движения плунжера.

Виды плунжерных насосов

Главное преимущество плунжерных насосов перед поршневыми – точность изготовления наружного диаметра цилиндра намного выше точности изготовления внутреннего диаметра. Допуски на плунжер достигают 2 – 3 мкм. Благодаря таким минимальным зазорам достигается большое давление и высокое КПД, намного больше, чем у поршневых насосов.

В зависимости от компоновки главных деталей плунжерные насосы бывают:

одноцилиндровые;
многоцилиндровые;
вертикальные;
горизонтальные;
с постоянной производительностью;
с переменной производительностью;
ручные;
автоматические.

Плунжерные насосы – агрегаты высокого давления. Поэтому они не нашли применения в быту. Простота изготовления делает их надежными механизмами, которые широко применяются в различных сферах народного хозяйства:

В нефтяной промышленности (станки качалки, буровые насосы и другие).
В химической промышленности, для перекачки химрастворов.
В энергетике – приводы парогенераторов, насосы в АЭС.
В машиностроении – для обеспечения давления в гидроприводах.
В автомойках – для создания сильного напора воды.
В коммунальном хозяйстве – в гидравлических сетях.
В пищевой промышленности – для систем обратного осмоса.

Борьба с пульсацией

Одним из недостатков поршневых насосов, как и других объёмных насосов, являются пульсации подачи и давления. Пульсации можно уменьшить, расположив несколько поршней в ряд и соединив их с одним валом таким образом, чтобы циклы их работы были сдвинуты друг относительно друга по фазе на равные углы. Другим способом борьбы с пульсацией является использование дифференциальной схемы включения насоса (рис. 2), при которой нагнетание жидкости осуществляется не только во время прямого хода поршня, но и во время обратного хода.

Также широко применяют насосы двустороннего действия, у которых как поршневая, так и штоковая полость имеют (в отличие от дифференциальной схемы включения) свою клапанную систему распределения. У таких насосов коэффициент пульсаций ниже, а КПД выше, чем у насосов одностороннего действия (рис. 1).

Для борьбы с пульсацией также применяют гидроаккумуляторы, которые в момент наибольшего давления запасают энергию, а в момент спада давления отдают её.

Какое применение у аксиально — плунжерного насоса?

Плунжерные насосы высокого давления нашли свое применение во многих сферах. К ним относятся:

Устройство аксильно-плунжерного насоса

Строительство;
Металлургия;
Нефтяная промышленность;
Химическая промышленность;
Очистка воды;
Пищевая промышленность;
Водоснабжение (водяная помпа);
Энергетика;
Машиностроение (двигатели внутреннего сгорания);
Мойка автомобилей.

Нельзя не отметить то обстоятельство, что в зависимости от применения возможны различные варианты конфигурации насоса плунжерного типа. Например, те модели, что используются в нефтедобывающей промышленности, не предусматривают клапанов нагнетания. Их функции выполняют клапаны в форсунках. Данное обстоятельство позволяет повысить надежность работы плунжера.
к меню

Преимущества

Аксиально — плунжерный насос высокого давления имеет много плюсов. К ним относят:

Ритмичную работу механизма, которую обеспечивают напорные и нагнетательные клапаны с обеих сторон специальной камеры;
Простоту, вследствие чего сделать плунжерный насос высокого давления своими руками и осуществить его монтаж не сложно;
Мощность;
Долгосрочную эксплуатацию;
Модульную конструкцию, благодаря которой при необходимости можно заказать изготовление плунжерного насоса с индивидуальными характеристиками, например, для автомойки;
Соответствие международным стандартам;
Широкий спектр продуктов перекачивания, с разными показателями температуры и консистенции.
Компактность аксиально плунжерных агрегатов позволяет экономить рабочую поверхность;
Возможность регулировать частоту вращения, это держит ситуацию под контролем;
Возможность изменения рабочего объема аппарата;
Высокая производительность.

Минусы

Помимо плюсов применение аксиально плунжерных конструкций имеет и минусы. Они возникают при интенсивной работе и выражаются в появлении пульсации и вибраций. Их негативное влияние можно предотвратить путем присоединения к насосу высокого давления своими руками дополнительных устройств. Ими могут стать рабочие плунжеры. К примеру, трехплунжерный насос не допускает вибраций.

Плунжерный насос HAWK 610003

Неправильная эксплуатация аппарата грозит частыми поломками, исправить которые будет сложно. Поэтому при неимении подобного опыта не стоит самостоятельно устанавливать или чинить плунжерные насосы. Будет потеряно время и, возможно, пострадает качество.
к меню