Аксиально-поршневой насос и радиально поршневой насос

Аксиально поршневой насос, в котором механический тип энергии преобразуется в энергию давления, относится к гидравлическим устройствам. Это один из самых распространенных видов объемных агрегатов, которые нашли широкое применение в различных сферах.

Производители предлагают несколько типов объемного оборудования, но все они функционируют по одному принципу – вытесняют жидкость из рабочего цилиндра создаваемым давлением.

По конструктивному исполнению такие гидромашины подразделяются на аксиально и радиально поршневые или плунжерные (в зависимости от конструкции рабочего органа).

Такие агрегаты устанавливают в экскаваторах и самосвалах, а также в мультилифтовых подъемниках и машинах, предназначенных для вывоза бытовых отходов и мусора. Аксиально поршневый насос дает возможность быстро и надежно управлять автомобильной платформой с контейнером и другими подобными процессами.

Более того, в случае если гидромашина совершается обратное действие, то есть преобразует энергию потока жидкости в механическую, то такое оборудование принято относить к гидромоторам.

Разновидности и типы насосов

По тому, какой вид вытесняющего элемента используется в оборудовании, происходит основная классификация объемных насосных устройств.

Гидромашины объемного типа подразделяются по конструкции рабочего элемента на:

• поршневые;
• плунжерные.

Конструктивно поршень – это цилиндр, который уплотняется в рабочем цилиндре кольцами. В отличии от поршня плунжер – это цилиндр, длина которого больше диаметра. Плунжер работает в уплотняющем сальнике не соприкасаясь со стенками цилиндра.

Если можно контролировать и менять рабочий объем камеры – это поршневые насосы регулируемые, которые востребованы для организации работы гидроприводов и нерегулируемые.

По принципу работы подразделяются на:

• гидравлические насосы радиально поршневые или плунжерные – в случае когда ось вращения вала перпендикулярна осям рабочих органов или составляет с ними угол более 45°;
• гидравлические насосы аксиально поршневые или плунжерные – в случае когда ось вращения вала параллельна осям рабочих органов или составляет с ними угол менее 45°.

В свою очередь выделяют такие типы аксиально поршневых насосов как:

• агрегаты с шайбой, установленной под определенным углом;
• гидромашины с блоком цилиндров наклонного типа.

Радиально поршневой насос подразделяется на:

• агрегаты с эксцентричным ротором;
• машины с эксцентричным валом.

Устройство и работа

Аксиально поршневой насос, устройство которого имеет много модификаций, является одним из самых распространенных механизмов, применяемых в гидроприводах. Такие насосы отличаются большим разнообразием конструкций, минимальными габаритными размерами и весом, а также отличаются высоким коэффициентом полезного действия.

Схема аксиально поршневого насоса представлена на рисунке рядом.

Основными элементами гидравлического оборудования такого типа являются следующие узлы:

• 1 - основной приводной вал;
• 2 - шток;
• 3 - поршень, входящий в цилиндровый блок;
• 4 - цилиндр;
• 5 - вращающийся цилиндровый блок;
• 6 - неподвижный распределительный диск;
• 7 - отверстия диска;
• 8 - дуговые окна.

Аксиально поршневой насос и принцип его работы основывается на вращении вала, который передает свое движение на блок цилиндров через поступательно-возвратные движения поршней. Такое вращение называется аксиальным, что дало основное название для насосов подобного типа.

Благодаря специальным соединительным патрубкам и поступательным движениям поршней, жидкость в камере насоса всасывается под давлением, а затем выталкивается. Такой процесс происходит попеременно и регулярно через распределительный механизм, оснащенный специальными окошками.

Цилиндрический блок и механизм распределения тесно прижаты друг к другу, а между окнами размещены прокладки для уплотнения. Подобное решение необходимо для того, чтобы аксиально плунжерный насос работал безупречно, а также во избежание непредвиденных проблем с гидравлическим оборудованием.

Производители выпускают аксиальный гидронасос в двух конструктивных исполнениях:

• с наклонным диском, шайбой
• наклонным блоком специальных цилиндров.

Аксиально поршневой насос с наклонным блоком основан на вращении вала и его взаимодействии с блоком цилиндров. В распределителе имеются два желобка: один для всасывания жидкости, а другой для ее нагнетания. Цилиндр перемещается постепенно и поочередно нагнетает и вытесняет поступающую жидкость.

Для безопасности и надежной работы, такие системы оснащают специальными дренажными конструкциями, которые предотвращают недопустимую величину давления, непосредственно в самом корпусе.

Принцип работы, на котором основан аксиально поршневой насос с наклонной шайбой, состоит на том, что цилиндрический диск или шайба изменяют угол наклона, что способствует перемещению поршня и уменьшению или увеличению объема рабочей камеры.

Конструкция, в которой применяется наклонная шайба, это насос аксиально поршневой регулируемый. В качестве регулятора используется рабочая поверхность такой шайбы, при помощи которой можно влиять на угол наклона и на давление перекачиваемого жидкого раствора, воды и другой смеси.

Такой вид гидронасоса может использоваться, как реверсивное оборудование для подачи воды и применяется в таких сферах, где предполагается высокая и средняя степень нагрузки.

Модель, в которой наклонная шайба отсутствует, это насос аксиально поршневой нерегулируемый.

Радиально-поршневой насос

В гидроустановках, где предусмотрена работа с высоким давлением, используют радиально поршневой насос, который нередко обозначается как роторно поршневой насос.

Радиально плунжерный насос разделяют на устройства двух видов:

• насосы с эксцентрическим валом;
• устройства с эксцентрическим ротором.

Система с эксцентрическим валом оснащена поршнями, которые находятся в статоре. В таком гидронасосе оба вала совпадают. Смещение происходит за счет специального «кулачка», расположенного на основном вращающемся вале.

Насос оснащен клапаном, распределяющим поступающую жидкость. Клапаны поочередно открываются и закрываются в процессе уменьшения рабочей камеры. Затем происходит обратный процесс.

Роторно поршневой насос с эксцентрическим ротором отличается тем, что располагает несколькими поршнями, которые могут размещаться в несколько рядов. Ось ротора смещена от центра на определенную величину. Между двумя системами забора жидкости и нагнетания давления стоит особая перемычка.

Принцип работы подобного устройства основан на двух фазах:

• этап всасывания;
• этап нагнетания.

При всасывании выдвигается поршень, увеличивая объем камеры и закрывая клапан нагнетания. Одновременно другой клапан, ответственный за поступление жидкости, открывается и дает доступ к ее забору. Движение поршня производится по круговой системе, достигая самой максимальной его точки.

Во время второй фазы поршень открывает окно для нагнетания давления. Другой клапан закрывается и объем камеры уменьшается, что приводит к повышению давления и вытеснению находящейся жидкости. Поршень поочередно переключается с фазы нагнетания на фазу всасывания.

Достоинством таких систем является высокий коэффициент полезного действия, возможность получения показателей высокого давления, максимальная энергия, а также возможность регулировки рабочих показателей.

Роторно поршневой насос отличается большими габаритами, сложностью устройства и относительно небольшой степенью надежности. Для качественной эксплуатации оборудования подобного типа необходимо использовать рабочую жидкость, прошедшую тщательную фильтрацию и очистку.

Узлы и детали для поршневого насоса роторного типа требуют особой обработки, что существенно влияет на окончательную стоимость всей системы. Во время подачи жидкости в камеру роторного насоса, наблюдается высокая пульсация.

Технические характеристики насоса

Аксиально поршневой насос может работать при максимально высоких параметрах давления и развивает большую частоту вращения:

• от 500 до 4000 оборотов в минуту для аксиально поршневых насосов;
• до 1500 оборотов в минуту для радиально поршневых насосов.

Аксиально поршневой насос, давление которого может регулироваться, отличается высокими рабочими показателями. Такой агрегат способен создавать давление до 70 МПа, в то время как радиальные агрегаты обеспечивают около 35 – 40 МПа

Для качественного представления характеристик оборудования используются понятия рабочего объема и подачи.

Для гидромашин этого типа подача равна произведению вытесненного за один ход объема жидкости умноженного на число рабочих ходов в единицу времени.

Рабочий объем в свою очередь – это произведение площади сечения поршня на длину его хода.

Условия эксплуатации поршневых насосов и область применения

Аксиально поршневой насос, характеристики которого отличаются от роторно поршневых устройств, являются более продуктивными, надежными и востребованными.

Надежная и гарантированная эксплуатация поршневых насосов требует соблюдения некоторых условий:

• в начале трубопровода желательно установить очищающий фильтр;
• на напорном трубопроводе насоса устанавливается задвижка;
• все соединения должны быть надежно закрепленными и герметичными;
• параметры давления постоянно контролируются специальными приборами.

Плунжерный насос высокого давления для воды широко применяется в областях где необходимо создавать высокое давление при сравнительно невысоком расходе, например, в строительстве, химической, пищевой и нефтяной промышленности, в металлургии, машиностроении и в энергетике, а также для очистки воды и мойки автомобилей.