Насос — это устройство, которое используется для перекачки различных жидкостей из одного места в другое. Насосы бывают разных типов в зависимости от их применения. Поршневой насос — это любимый тип насоса из категории объемных насосов. В этой статье мы подробно рассмотрим различные аспекты поршневого насоса.
Что такое поршневой насос?
Возвратно-поступательный насос — это механическое устройство, которое преобразует механическую энергию жидкости в гидравлическую энергию (энергию давления). Он использует поршень или плунжер для перекачки жидкости из одного места в другое. Поскольку поршневой насос использует поршень или плунжер для перекачки жидкости, поэтому он также известен как поршневой насос.
В этом насосе поршень совершает возвратно-поступательные движения вверх и вниз внутри цилиндра насоса. При движении поршня в направлении BDC он всасывает жидкость, а при движении в направлении TDC он нагнетает жидкость. Ручной насос является наиболее распространенным примером возвратно-поступательного насоса. Велосипедный насос и шприцевой насос также являются наиболее распространенными примерами возвратно-поступательных насосов.
Возвратно-поступательный насос работает в соответствии с движением поршня вниз и вверх. В отличие от них, динамические насосы используют рабочее колесо и диффузор для перекачки жидкости из зон с низким напором в зоны с высоким напором.
В 200 году до н.э. поршневой насос был изобретен греческим первооткрывателем Ктесибием.
Работа этих насосов полностью зависит от их возвратно-поступательной части (т.е. поршня, плунжера или мембраны). Если поршень повреждается, то поршневые насосы не могут перекачивать жидкости.
Поэтому правильная работа поршня очень важна в этих насосах. Во время работы насоса поршень преобразует кинетическую энергию жидкости и превращает ее в энергию давления.
Возвратно-поступательный насос используется, когда относительно небольшое количество жидкости перемещается под высоким давлением. Этот тип насоса больше подходит для небольших расходов при высоком давлении по сравнению с центробежными насосами.
При использовании плунжерного или поршневого насоса определенное количество жидкости (в основном отстойник) должно подаваться и перемещаться из самой низкой зоны в самую высокую. Например, если вы отправляетесь на обслуживание мотоцикла, вы можете убедиться, что вода, используемая для обслуживания, набирается из отстойника и распыляется на мотоцикл, обеспечивая давление через форсунку.
Принцип работы поршневого насоса
Поршневой насос работает по принципу принудительного вытеснения. Поршневой насос состоит из поршня, который движется вперед-назад в цилиндре.
Поршень соединен с коленчатым валом с помощью шатуна. Поршень движется, когда шатун перемещается благодаря движению коленчатого вала. Коленчатый вал соединяется с двигателем, который вращает его.
Цилиндр насоса соединен с всасывающей и нагнетательной трубами с всасывающим клапаном и нагнетательным клапаном. Всасывающий и нагнетательный клапаны действуют как обратные клапаны, которые позволяют потоку жидкости течь в одном направлении. Жидкость всасывается в цилиндр через впускной клапан. Жидкость выходит из цилиндра насоса через выпускной клапан.
Поршневой насос работает следующим образом:
Работа поршневого насоса
Как видно из приведенной выше схемы, когда коленчатый вал находится в положении А, поршень занимает крайнее левое положение внутри цилиндра. При вращении коленчатого вала от A до C (θ = от 0 ° до 180 °) поршень в цилиндре перемещается в крайнюю правую сторону.
Во время правостороннего движения поршня внутри цилиндра создается частичный вакуум. Однако атмосферное давление действует на поверхность жидкости в картере, и это давление выше, чем давление в цилиндре.
Из-за разницы внутреннего давления в цилиндре и давления в картере насос всасывает жидкость из картера во всасывающую трубу.
Жидкость открывает впускной клапан насоса и начинает поступать в цилиндр. По завершении процесса всасывания коленчатый вал поворачивается от C до A (θ = 180° до θ = 360°), и поршень также перемещается из правого положения цилиндра в левое.
Когда поршень внутри цилиндра перемещается влево, он уменьшает объем цилиндра. По этой причине внутреннее давление жидкости в цилиндре становится выше атмосферного давления.
Когда поршень давит на жидкость и внутреннее давление в цилиндре становится выше атмосферного, впускной клапан закрывается, а выпускной клапан открывается, и жидкость поступает в напорный трубопровод и подается в нужное место.
Части поршневого насоса
- Секционный клапан
- Нагнетательный клапан
- Всасывающая труба
- Нагнетательная труба
- Цилиндр
- Шатун
- Шатун
- Поршень и поршневой шток
- Воздушный сосуд
- Фильтр
1) Всасывающий клапан
Он входит в состав наиболее значимых компонентов поршневого насоса. Всасывающий или впускной клапан является односторонним клапаном. Другими словами, этот тип клапана пропускает поток только в одном направлении. Всасывающий клапан вставляется между цилиндром и всасывающей трубой. При нагнетании жидкости этот клапан открывается, а при всасывании — закрывается.
2) Всасывающая труба
Всасывающая труба используется для всасывания воды из накопительного бака в цилиндр насоса. Эта часть поршневого насоса соединяет впускной клапан с резервуаром. Она соединяет входное отверстие насоса с резервуаром для воды.
3) Нагнетательный клапан
Нагнетательный клапан входит в число основных частей поршневого насоса. Он также является односторонним клапаном. Этот клапан осуществляет соединение между нагнетательной трубой и цилиндром.
В процессе всасывания этот клапан закрывается, а в процессе нагнетания жидкости он открывается.
4) Нагнетательная труба
Нагнетательная труба используется для подачи жидкости из цилиндра насоса на нужную высоту или в нужное положение. Она напрямую соединяется с клапаном подачи цилиндра поршневого насоса.
5) Цилиндр
Для изготовления цилиндра насоса используется чугун или легированная сталь. Шток и поршень располагаются в цилиндре насоса. Жидкость из всасывающего клапана всасывается внутрь цилиндра.
Поршень перемещается вперед и назад внутри цилиндра для увеличения давления. Цилиндр соединяется с нагнетательным клапаном, откуда жидкость вытекает в нагнетательную трубу.
6) Поршень и поршневой шток
Поршень и поршневой шток являются наиболее важными частями поршневого насоса. Поршень — это твердая металлическая деталь. Он движется вперед-назад внутри цилиндра для всасывания и выпуска жидкости.
Когда поршень движется назад, он всасывает воздух в цилиндр, а когда движется вперед, он нагнетает жидкость. Поршень движется благодаря движению коленчатого вала. Поршневой шток поддерживает поршень в линейном движении.
7) Кривошип
Коленчатый вал является важным компонентом объемного насоса. Он представляет собой твердый диск, который соединяется с поршнем через шатун. Кривошип напрямую связан с электродвигателем. Он вращается, когда электродвигатель подает на него энергию.
8) Шатун
Нагнетательный клапан создает связь между поршнем и коленчатым валом. Эта часть насоса соединяет поршень с коленчатым валом. Когда коленчатый вал вращается, шатун также вращается. Он преобразует линейное вращение коленчатого вала в линейное движение поршня.
9) Фильтр
На конце всасывающей трубы установлен фильтр, который препятствует попаданию твердых частиц из источника воды внутрь цилиндра. В противном случае твердые частицы будут блокировать подачу.
10) Воздушный сосуд
Этот возвратно-поступательный компонент соединен с нагнетательной и всасывающей трубами. Он устраняет необходимость в фрикционных головках. Кроме того, он обеспечивает равномерную скорость нагнетания.
Типы поршневых насосов
Поршневой насос имеет следующие основные типы:
1) Одноступенчатый насос
В этом типе поршневых насосов для нагнетания воды используется только один цилиндр. Эти насосы имеют меньшую эффективность, чем двухступенчатые. Но они имеют низкую цену и требуют меньшего обслуживания, чем двухступенчатые насосы.
2) Двухступенчатый насос
Название этого насоса говорит о том, что в нем используются два цилиндра для нагнетания давления воды. Прежде всего, он всасывает воду или другую жидкость в 1-й цилиндр, где поршень увеличивает давление, после чего она поступает во 2-й цилиндр. Во 2-м цилиндре другой поршень увеличивает давление жидкости. После этого жидкость перекачивается в нужную область.
3) Поршневой насос одностороннего действия
В поршневом насосе одностороннего действия работает только одна сторона поршня, а другая сторона остается неподвижной. Только одна сторона поршня используется для всасывания и нагнетания. Проще говоря, первый ход поршня всасывает воду внутри цилиндра, а второй ход преобразует кинетическую энергию воды в энергию давления и увеличивает давление.
4) Поршневой насос двойного действия
В поршневых насосах двойного действия работают обе стороны поршня. Проще говоря, когда поршень движется назад, он всасывает жидкость, а когда движется вперед, то уменьшает объем жидкости и нагнетает давление.
5) Поршневой насос с воздушным сосудом
Возвратно-поступательный насос с воздушным сосудом имеет закрытую камеру, которая содержит жидкость в нижней части и воздух в верхней части камеры. Эта камера имеет отверстие в нижней части, через которое жидкость может входить или выходить из камеры. Кроме того, этот сосуд имеет впускной и выпускной клапаны, через которые воздух входит в сосуд и выходит из него.
6) Рециркуляционный поршневой насос
Это наиболее известный и распространенный тип поршневого насоса. В этом насосе для перекачки жидкости вместо плунжера используется поршень. В этом насосе поршень движется вперед и назад. Он используется для перекачивания жидкости в зонах с высоким напором.
7) Диафрагменный насос
Мембранный насос — это объемный насос, в котором используется тефлоновая, термопластичная или резиновая мембрана или диафрагма. Мембрана окружена клапанами. Этот насос также известен как мембранный насос. Он работает за счет временного создания вакуума.
8) Плунжерный насос
В этих возвратно-поступательных насосах вместо поршня используется плунжер. В этих насосах движение плунжера аналогично движению поршня. Плунжерный насос лучше всего подходит для перекачки химических веществ, соленой воды и нефти.
Эти насосы имеют малый вес, низкую плотность, требуют минимального обслуживания и обладают высокой долговечностью. Плунжерные насосы используются в производстве напитков, продуктов питания, нефтехимической, газовой, нефтяной, атомной, горнодобывающей и медицинской промышленности. Они обладают высокой устойчивостью к ударам, тепловому шоку, вибрации и истиранию. Плунжерный насос имеет компактную конструкцию, и его легко обслуживать.
Как рассчитать КПД рециркуляционного насоса?
КПД насоса — это соотношение между выходной и входной мощностью. Эффективность поршневого насоса можно рассчитать по следующей формуле:
КПД = выходная мощность / входная мощность
В приведенном выше уравнении выходная мощность может быть рассчитана путем умножения расхода жидкости на повышение давления. В то время как входная мощность может быть рассчитана путем умножения крутящего момента на скорость. Для расчета входной и выходной мощности используйте приведенные ниже формулы:
Выходная мощность = Рост давления * Поток
Входная мощность = крутящий момент * скорость
Объемный КПД и механический КПД также являются разновидностями КПД насоса.
Механический КПД связан с давлением и крутящим моментом. Механический КПД вашего насоса показывает, насколько насос преобразует входной крутящий момент в выходное давление.
Объемный КПД связан со скоростью и расходом. Объемный КПД говорит о том, насколько хорошо насос преобразует скорость на входе в расход на выходе.
Поэтому общий КПД поршневого насоса равен произведению объемного КПД и механического КПД.
Используя приведенные ниже уравнения, вы можете легко рассчитать расход (Q), крутящий момент (T), мощность вала и гидравлическую мощность вашего насоса:
Формулы эффективности поршневого насоса
В приведенных выше уравнениях мощность на валу представляет собой входную мощность, а гидравлическая мощность — выходную мощность.
Преимущества и недостатки поршневого насоса
Поршневой насос имеет следующие преимущества и недостатки:
Преимущества поршневого насоса
- Он используется для обеспечения высокого напора всасывания.
- Эти объемные насосы не нуждаются в процессе заливки, как напорные клапаны.
- Он работает за счет движения поршня, в то время как динамические насосы работают за счет скорости вращения рабочего колеса.
- Он показывает непрерывную скорость подачи.
- У него нет проблем с заливкой.
- У этих насосов нет проблем с кавитацией.
Недостатки рециркуляционного насоса
- Эти насосы требуют высокого технического обслуживания.
- Большинство его деталей имеют высокий износ.
- У него низкая скорость потока.
- У него высокая стоимость.
- Эти насосы не подходят для вязких жидкостей.
- Поршневой насос имеет громоздкие и тяжелые размеры.
- Он не обеспечивает равномерный крутящий момент.
- Он требует больших затрат на обслуживание.
Области применения поршневого насоса
- Используется для бурения нефтяных скважин.
- Используется для перекачки легкой нефти.
- Поршневой насос используется в пневматической системе.
- Снабжение конденсатом небольших котлов.
- Для накачивания велосипедных шин.
- Используется в промышленности природного газа.
- Использование в нефтехимической промышленности.
- Применение поршневого насоса на нефтеперерабатывающих заводах.
- Используется в обслуживании водного центра для автомобилей и т.д.
Раздел часто задаваемых вопросов
Кто изобрел рециркуляционный насос?
Греческий первооткрыватель Ктесибий изобрел поршневой насос в 200 году до н.э. .
