Аксиально-поршневые насосы

По виду кинематических схем конструкции различают аксиально-поршневые насосы:

• с наклонным диском — кулачковый
• с наклонным блоком — шатунный

По механизму синхронизации движения:

• Двойной несиловой кардан (если вал объединен с блоком шатунов)
• Двойной силовой кардан (если на блок шатунов приходится большая часть нагрузки)

По возможности регулирования рабочего объема:

• регулируемые
• нерегулируемые

Чем аксиально-плунжерный насос отличается от поршневого

Плунжерный насос отличается от поршневого конструкцией вытеснителя, в первом случае это плунжер, во втором — поршень.

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 определнным 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.

Конструктивные особенности и принцип действия

Гидронасос аксиально-поршневого типа состоит из следующих элементов:

• поршней, также называемых плунжерами, которые входят в состав блока цилиндров;
• элементов шатунного типа;
• ведущего вала, который также называется основным;
• механизма, который выполняет распределительные функции.

Устройство аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком

Принцип, по которому работает поршневой гидронасос аксиального типа, основывается на том, что его основной вал, вращаясь, сообщает движение элементам блока цилиндров. Вращение основного вала насосов аксиально-поршневого типа преобразуется в возвратно-поступательное перемещение поршней, совершаемое параллельно оси блока цилиндров. Именно благодаря характеру таких движений поршня, которые являются аксиальными, насос и получил свое название.

Принцип работы аксиально-поршневого гидронасоса

В результате движения, совершаемого поршнями в цилиндрах аксиально- плунжерного насоса, происходит попеременное всасывание и последующее нагнетание жидкости через соответствующие патрубки. Соединение рабочей камеры насоса с его всасывающими и нагнетающими линиями происходит последовательно, при помощи специальных окон, выполненных в распределительном механизме. Чтобы минимизировать риск возникновения неисправностей при работе блока цилиндров гидронасосов аксиально-поршневого типа, а также обеспечить надежную эксплуатацию такого устройства, его распределительный механизм максимально плотно прижимается к блоку цилиндров, а окна такого блока разделяются между собой специальными уплотнительными прокладками. На внутренней поверхности окон распределительного механизма выполнены дроссельные канавки, наличие которых позволяет уменьшить величину гидравлических ударов, возникающих в трубопроводной системе при работе насоса. Наличие таких канавок на внутренней поверхности окон распределительного механизма помогает максимально плавно повышать давление рабочей жидкости, создаваемое в цилиндрах.

Как становится понятно из вышеописанной конструкции аксиально-поршневого гидравлического насоса, его рабочими камерами являются цилиндры, расположенные параллельно (аксиально) оси его ротора, а вытеснение жидкости из таких цилиндров осуществляется за счет возвратно-поступательных движений поршня.

Если же говорить о том, какие недостатки имеют аксиально-поршневые насосы, стоит отметить то, что они имеют немалую стоимость, отличаются предельной сложностью своей конструкции и, следовательно, характеризуются далеко не самой высокой надежностью. Помимо этого в процессе их работы присутствует значительная пульсация подачи, вследствие чего появляется также пульсация давления в используемой гидравлической системе.

В традиционной сборке промышленные насосы данного типа включают в себя специализированный блок цилиндров, который дополнительно оборудуется поршнями, а также упорный диск, ведущий вал, шатуны и распределительный агрегат. В процессе работы гидравлического насоса одновременно с запуском вращения вала начинает работать также блок цилиндров, при этом стоит отметить тот факт, что поршни не просто будут вращаться, а также перемещаются вдоль оси данного блока, совершая возвратно-поступательные движения. Именно благодаря такому принципу работы эти промышленные насосы и получили название аксиально-поршневых.

Конструктивные особенности и принцип действия

Гидронасос аксиально-поршневого типа состоит из следующих элементов:

• поршней, также называемых плунжерами, которые входят в состав блока цилиндров;
• элементов шатунного типа;
• ведущего вала, который также называется основным;
• механизма, который выполняет распределительные функции.

Устройство аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком

Принцип, по которому работает поршневой гидронасос аксиального типа, основывается на том, что его основной вал, вращаясь, сообщает движение элементам блока цилиндров. Вращение основного вала насосов аксиально-поршневого типа преобразуется в возвратно-поступательное перемещение поршней, совершаемое параллельно оси блока цилиндров. Именно благодаря характеру таких движений поршня, которые являются аксиальными, насос и получил свое название.

Принцип работы аксиально-поршневого гидронасоса

В результате движения, совершаемого поршнями в цилиндрах аксиально- плунжерного насоса, происходит попеременное всасывание и последующее нагнетание жидкости через соответствующие патрубки. Соединение рабочей камеры насоса с его всасывающими и нагнетающими линиями происходит последовательно, при помощи специальных окон, выполненных в распределительном механизме. Чтобы минимизировать риск возникновения неисправностей при работе блока цилиндров гидронасосов аксиально-поршневого типа, а также обеспечить надежную эксплуатацию такого устройства, его распределительный механизм максимально плотно прижимается к блоку цилиндров, а окна такого блока разделяются между собой специальными уплотнительными прокладками. На внутренней поверхности окон распределительного механизма выполнены дроссельные канавки, наличие которых позволяет уменьшить величину гидравлических ударов, возникающих в трубопроводной системе при работе насоса. Наличие таких канавок на внутренней поверхности окон распределительного механизма помогает максимально плавно повышать давление рабочей жидкости, создаваемое в цилиндрах.

Как становится понятно из вышеописанной конструкции аксиально-поршневого гидравлического насоса, его рабочими камерами являются цилиндры, расположенные параллельно (аксиально) оси его ротора, а вытеснение жидкости из таких цилиндров осуществляется за счет возвратно-поступательных движений поршня.

Виды гидронасосов аксиально-поршневого типа

В различных установках используются насосы различного типа. Классификация оборудования на виды выполняется относительно его устройства. Так, в зависимости от типа поршня выделяют плунжерный, жидкостный поршневой и диафрагменный.

В зависимости от вида передачи движения все аксиальные насосы делятся на:

1. Устройства с наклонным цилиндрическим блоком. Используются в объемных гидроприводах машинах, работающих в открытых гидросистемах.
2. Модели с наклонным диском. Предназначены для использования в объемных гидроприводах (ГСТ), работающих по закрытой схеме.

Кроме того, все аксиальные гидравлические устройства поршневого типа делятся на регулируемые и нерегулируемые. Регулируемые модели позволяют менять объем подачи энергоносителя за счет изменения угла наклона оси цилиндров или диска к оси вала. Нерегулируемые позволяют менять лишь направление вращения вала, а значит, и направление подачи энергоносителя.

Гидронасосы аксиально-поршневого типа время от времени следует чистить и менять детали, которые подвергаются износу

На тип насосного оборудования влияет также его конструктивная схема.

Так, двигатель может быть оборудован силовым карданом или двойным несиловым карданом. Отдельно выделяют модели бескарданного типа и насосы, работающие по схеме точечного касания поршней наклонного диска. Наиболее надежными в эксплуатации и простыми в изготовлении являются устроенные по бескарданному принципу.

Гидравлический аксиально поршневой насос можно разбить на следующие составные части:

1. Вал за счет поворота которого происходит цикл выполнения работы агрегата;
2. Диск, с закрепленными поршнями, диск еще называю наклонным;
3. Поршни располагаются в цилиндрическом блоке, при выдвижении всасывается жидкость, при в движении, нагнетается;
4. Часть насоса распределяющая, всасывающую часть от нагнетающей называется распределитель;
5. В цилиндрическом блоке находятся поршни он крутится вместе с основным валом;

При эксплуатации, от внешнего привода создается вращение вала, в совокупности с валом создается и вращение блока цилиндров. Поршни производят вращательные и возвратно-поступательные аксиальные движения. В момент выдвижения поршни находятся в всасывающей части распределительного блока, происходит забор жидкости в цилиндр. В момент в движения поршень находится на нагнетающей части того же распределительного устройства. За одно вращение вала, каждый поршень совершает полный цикл забора и выталкивания жидкости.

Связь сектора, отвечающего за всасывание с сектором нагнетания, происходит в распределяющем устройстве. Функционирование происходит следующим образом, цилиндрический блок сильно прижимается к распределяющему устройству. Между секторами распределительного устройства находятся уплотняющие перемычки. Дабы устранить возможность гидроудара уплотняющие перемычки имеют дроссельные канавки, равномерно стабилизирующие давление в камере. Расположение цилиндров аксиально относительно оси ротора.

Существует два вида аксиально поршневых насосов. Различаются они видом передачи движения поршням:

1. Насос с наклонным диском устроен следующим образом. Ось блока цилиндров совпадает с осью вала. Чтобы обеспечить возвратно поступательные движения поршням штоки крепятся на специальном наклоном диске.
2. Устройство насоса с наклонным блоком. Здесь чтобы обеспечить возвратно поступательные движения поршням инженеры придумали следующую задумку, и вместо диска наклонили сам блок цилиндров под углом альфа. Особенностью такого устройства является возможность регулирования меняя угол наклона блоков цилиндров. На рисунке он обозначен как альфа. Если оси цилиндра и основного вала совпадут мы получим механизм с 0 работой так как поршни не будут вовсе ходить. Регулировка таких насосов возможна на 25 градусов.

Вытеснителями в аксиально-поршневых машинах могут быть поршни или плунжеры.

Насосы с плунжерами иногда называют аксиально-плунжерными. Однако часто эту особенность названия и не отражают, и называют насос аксиально-поршневым, не зависимо от того, что является вытеснителем – поршень или плунжер.

В аксиально-поршневых насосах с наклонным блоком, оси рабочих органов находятся под углом к оси приводного вала. Этот угол определяет величину хода поршней. Его величина меньше 45 °. В большинстве конструкций угол наклона составляет 20°-30°.

При вращении вала, ротор или блок цилиндра также приводится во вращение через шарнирно установленные на приводном валу поршней.

Ротор прижимается к сферической поверхности распределительного диска, на которой выполнены два серповидных паза.

При вращении приводного вала, каждый из поршней перемещается в отверстиях ротора. Величина перемещения зависит от угла наклона блока.

Когда поршень перемещается, увеличивая объем рабочей камеры, жидкость через серповидный паз всасывается и заполняет камеру.

Когда поршень движется в противоположное направление, объем рабочей камеры уменьшается. Жидкость через другой серповидный паз вытесняется. Отверстия в роторе, в которых перемещаются поршни, распределены равномерно. В тот момент, пока одни поршни вытесняют жидкость, другие – движутся в обратном направлении. Это обеспечивает непрерывную подачу рабочей жидкости насоса со значительно сниженными пульсациями.

В аксиально-поршневых насосах с наклонным диском, оси рабочих органов параллельны оси приводного вала. Перемещение поршней или плунжеров внутри ротора обеспечивается наклонным диском, на которую через толкатели опираются плунжеры.

Ротор зафиксирован на валу с помощью шпонки, поэтому, при вращении приводного вала, вращается и ротор, а вместе с ним и плунжеры.

Плунжеры, при вращении приводного вала, перемещаются в отверстиях ротора.

При увеличении рабочей камеры жидкость заполняет её. Когда плунжер движется в противоположном направлении, жидкость вытесняется в напорную магистраль.

Краткая характеристика

Изобретения широко применяются в промышленности и в сфере сельского хозяйства, потому что способны выдерживать колоссальные перегрузки. Гидравлические насосы и моторы встречаются на технических предприятиях, используются для того, чтобы снабжать водой участки, дома и квартиры. Известны случаи внедрения этих машин при строительстве космических кораблей.

Работают гидроагрегаты под воздействием изменения размеров рабочих поверхностей. Последние имеют прямую связь с выходящими и входящими патрубками. Камеры и трубы соединяются постепенно и последовательно, через строго отведённые временные отрезки. Устройства подобного образа действия имеют определённые названия:

• Аксиально-поршневые насосы.
• Шестеренные гидромашины.
• Поршневые насосы.
• Винтовые гидроагрегаты.

Виды аксиально-поршневых насосов [вверх]

В зависимости от того, как выглядит схема плунжерного насоса аксиального типа, эти устройства бывают двух видов: агрегаты с наклонной шайбой (диском) и аксиально-поршневые насосы с наклонным цилиндрическим блоком.

В конструкции первых, коленчатый вал объединяют с цилиндрическим блоком, закрепляя его подшипниками. В этом случае, поршневая система опирается прямо на шайбу. Такой угол позволяет поршням усиливать движение жидкости при вращательных движениях. Регулировка подобного устройства происходит путем изменения угла наклона диска.

Во втором случае, возвратно-поступательные движения поршней происходят с наклоном самого блока цилиндра. Особенностью такого устройства является опора цилиндрического блока на вторую ось и его расположение под углом к основному валу. В центре конструкции размещаются параллельные расточки, внутри которых стоят поршни. Последние соединяются с основным валом при помощи шатунов. Регулировка осуществляется изменением угла наклона самого блока.

Стоит заметить, что конструкция аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком позволяет менять размерность поршневого хода. Это, в свою очередь, помогает изменять показатели рабочего объема в камерах.