Радиально плунжерный насос принцип работы

Радиально поршневой насос

Радиально поршневой насос – это объемный насос, в конструкции которого, ось ведущего вала перпендикулярна осям движения рабочих поршней или угол между ними составляет величину не меньше 45°. Механизмы, угол которых меньше 45° относят к аксиальному типу.

Радиально поршневой насос часто называют радиально-плунжерным.

Такие насосы применяю в гидравлических системах с большим давлением. Наиболее часто они применяются в установках с давлением до 32 МПа, бывают и агрегат работающие на большем давлении и достигают значений в 100 МПа. Агрегаты радиально поршневого типа ограничены в частоте вращения вала до 1500 об/мин. Это обусловлено большой инерционностью вращающихся частей.

Устройство

Можно выделить два вида конструкции, таких гидравлических систем:

• Гидронасос с эксцентричным ротором. На схеме под буквой А
• Гидронасос с эксцентричным валом. На схеме под буквой Б

Устройство с эксцентричным ротором

Главной частью является ротор со встроенными в него поршнями. Поршней может быть много и располагаться они могут в несколько рядов. Ротор вращается в корпусе(Статоре). Ось ротора установлена со смещением центра относительно оси статора на величину «е» как показано на рисунке. Системы забора и нагнетания расположены в центре и отделяются друг от друга специальной перемычкой.

Устройство с эксцентричным валом

В данном устройстве гидравлической системы, поршни располагаются в статоре насоса. Ось статора и вала совпадают, но на вале есть специального рода кулачек, смещенный по отношению к статору на расстояние «е». Такие гидравлические установки имеют клапанное распределение. При сжимании рабочей камеры клапан всасывания закрывается и открывается клапан нагнетания. При расширении рабочей камеры происходит обратная ситуация.

Принцип работы

Ротор вращается в статоре (корпусе) вместе с поршнями, поршни скользят по корпусу, плотно прижимаясь к нему за счет пружин. В результате вращения ротора, поршни совершают возвратно-поступательные движения. Поршни двигаясь по кругу переключаются между двумя фазами:

• Фаза всасывания. Поршень совершает выдвижение, рабочая камера увеличивается,клапан нагнетания закрывается и открывается клапан всасывания, он соединён с отверстием забора жидкости. Поршень движется по кругу до максимальной точки его выдвижения.
• Фаза нагнетания. Поршень переключается на отверстие нагнетания, и начинает вдвигаться, клапан всасывания закрывается и открывается клапан нагнетания, рабочая камера уменьшается в результате чего создается давление и жидкость вытесняется из насоса. Поршень находится в данной фазе до максимальной точки сжатия рабочей камеры, а затем переключается на фазу всасывания.

Радиально поршневой насос может быть двух и более кратного действия. Это означает что один плунжер совершает несколько рабочих ходов за одно вращение ротора. Такой эффект достигается за счет специального изменения поверхности статора.

Вычисление производительности

Q = hSna = 2eSna

Q – производительность насоса;

e – эксцентриситет, смещение относительно оси вращения вала на рисунках выше также обозначался как «е»;

L – ход плунжера в цилиндре, в стандартной ситуации L=2*e;

S – площадь плунжера;

a – число плунжеров в блоке;

n – частота вращения блока;

Производительность в регулируемых насосах, регулируется изменение величины отклонения оси «e».

Достоинства и недостатки радиально поршневых насосов

1. Производят высокое давление в гидравлической системе;
2. Есть модели с опцией регулирования рабочего объема подачи;
3. КПД находится на достаточно высоком уровне при большом давлении;
4. Высокая энергоемкость на единицу массы;

1. Сложное устройство, небольшая надежность;
2. Необходимость специфичной обработки деталей, а также сложное строение самого насоса приводит к высокой цене на данные агрегаты;
3. Нужна тонкая фильтрация рабочей жидкости;
4. Высокая пульсация подачи и расхода;
5. Занимают много места;
6. Низкий вращающий момент основного вала;

Видео радиально поршневого насоса с клапанным распределением

Как работает радиально-поршневой насос

Конструкция

Радиально-поршневой насос – это роторно-поршневой насос, у которого ось вращения ротора перпендикулярна осям рабочих органов или составляет с ними угол более 45 °.

Вытеснителями в радиально-поршневых насосах являются поршни или плунжеры, линейное перемещение которых, обеспечивается, засечёт эксцентриситета между поверхностями ротора и корпуса, или вала и корпуса.

Если в радиальном насосе установлены плунжеры, то его называют радиально-плунжерным. Если поршни – радиально-поршневым.

Плунжеры или поршни могут быть установлены во вращающемся роторе или находиться вне ротора.

Принцип работы радиально-плунжерного насоса

Плунжеры размещены в отверстиях, выполненных в роторе. Зазоры между поверхностями плунжеров и ротора минимальны. При этом плунжеры могут легко перемещаться внутри отверстий.

Ротор с плунжерами установлен в корпусе насоса с эксцентриситетом.

При вращении вала, за счёт центробежной силы, плунжеры прижимаются к внутренней поверхности корпуса.

За счёт эксцентриситета, плунжеры совершают линейное перемещение внутри ротора.

В момент увеличения объёма рабочей камеры, полость под плунжером заполняет рабочей жидкостью. При уменьшении объёма рабочей камеры, жидкость вытесняется плунжером в напорную магистраль.

Полости всасывания и нагнетания, в представленном примере, разделены пластиной.

Принцип работы радиально-поршневого насоса

Рассмотрим принцип работы реального радиально-поршневого насоса с тремя поршнями.

В корпусе насоса установлен вал, имеющий шейку, выполненную с эксцентриситетом.

На эту шейку опираются полые поршни, которые могут линейно перемещаться во втулках, установленных на сферических опорах.

1. Прижим поршней поверхности вала обеспечивается пружиной.
2. Внутри поршней установлен всасывающий обратный клапан.
3. Внутри сферической опоры – нагнетательный обратный клапан.
4. При вращении вала, поршни совершают линейное перемещение внутри втулок, изменяя объём рабочей камеры.
5. В момент увеличения объёма рабочей камеры, за счёт создающегося разряжения, всасывающий клапан открывается, а напорный клапан прижимается к седлу.
6. В момент уменьшения объема рабочей камеры напорный клапан, за счёт возрастания давления в камере, открывается.

Рабочая жидкость вытесняется в линию нагнетания. Всасывающий клапан на этом этапе закрыт.

Радиально-поршневые насосы позволяют создать и длительно работать на высоком давлении до 700 атмосфер. Их используют в гидравлических системах металлургических прессов, прокатных станов, установок по обработке полимеров, зажимных устройствах станков.

Насос радиально плунжерный схема и принцип работы

В настоящее время широко применяют роторные, радиально-плунжерные и аксиально-плунжерные насосы. Важной особенностью этих машин является их обратимость, т. е. возможность применения их в качестве гидромоторов, а также возможность их регулирования в процессе работы и реверсивность.

Рис. 59. Радиально-плунжерный насос

1 – полость нагнетания; 2 – ротор; 3 – цапфа-распределитель; 4 – плунжер; 5 – полость всасывания; 6 – статорное кольцо; 7 – букса; 8 – направляющие корпуса

В радиально-плунжерном насосе (рис. 59) плунжеры, являющиеся вытеснителями жидкости, двигаются в радиальном направлении во вращающемся роторе. Плунжеры сферическими головками опираются на вращающееся статорное кольцо. Статорное кольцо может смещаться с буксой для регулирования производительности в направляющих. При вращении ротора плунжера совершают возвратно-поступательное движение. Ход плунжеров зависит от величины смещения статора е. Масло по проточкам ротора подводится по неподвижному валу к цапфе-распределителю, к полости и отводится от полости, если вращение происходит по стрелке.

Если к полости 5 подвести давление, а из полости обеспечить слив, ротор начнет вращаться в направлении стрелки. Если поменять местами нагнетание и слив, ротор начнет вращаться в противоположном направлении. Аналогичный результат можно получить, сместив эксцентриситет с статора в противоположную сторону от указанной на рисунке.

Аксиально-плунжерный насос

Аксиально-плунжерный насос (рис. 60) состоит из вращающегося на валу ротора и движущихся в нем плунжеров, которые прижимаются пружиной к упорному подшипнику плунжера. Число плунжеров в роторных машинах принимается нечетным для уменьшения пульсаций и обычно равно 7, 9 или 11. Ротор прижимается к распределительному диску, имеющему два серповидных канала для подвода и отвода жидкости. Изменяя угол наклона а люльки 7, изменяют ход поршней, а следовательно, производительность машины.

Рис. 60. Аксиально-плунжерный насос

1, 2 – клапаны соответственно подвода и отвода жидкости; 3 – золотник; 4 – ротор; 5 – пружины; 6 – плунжер; 7 – люлька; 8 – вал

Радиально-поршневые насосы

Типы радиально-поршневых насосов

Различают несколько типа радиально-поршневых насосов.

По количество ходов поршня за один оборот:

По механизму распределения:

• с цапфовым распределением;
• с клапанным распределением.

По типу конструкции:

• с эксцентриковым валом;
• с эксцентриковым ротором.

Принцип работы радиально-поршневого насоса с цапфовым распределением

Схема радиально-поршневого насоса показана на рисунке.

Ротор 1 установлен в статоре 2 с эксцентриситетом e. Поршни 3 установлены в отверстия в роторе и прижимаются к статору под действием центробежной силы и усилия пружин. При вращении ротора поршни перемещаются внутри отверстий на величину 2e. Получается, что поршни совершают возвратно-поступательное движение в отверстиях, тем самым увеличивая, а затем уменьшая объем рабочей камеры. При увеличении объема распределительный узел соединяет полость под поршнем с линией всасывания 5, при уменьшении — с линией нагнетания 4.

Цапфовый узел распределения расположен в центральной части ротора.

Распределение потоков жидкости осуществляется через окна 4 и 5, соединенные с напорной и всасывающей линиями. Полости под поршнями при всасывании сообщаются сообщаются с окном 5, а при нагнетании — с окном 4 через отверстия.

Радиально-поршневые насосы, как правило, изготавливают с нечетным количеством поршней, это позволяет снизить пульсации подачи.

Устройство радиально-поршневого насоса с клапанным распределением

Поршни 1 размещены в гильзах 2, которые установлены в корпусе 3. Вал 4 выполнен с эксцентриковой цапфой 5 (шейкой). По действием усилия пружин 6 поршни прижимаются к эксцентриковой поверхности.

При вращении вала за счет эксцентриситета поршни совершают линейное перемещение, изменяя объем рабочей камеры. В момент увеличения объема камеры открывается всасывающий клапан, жидкость через канавку, выполненную на цапфе попадает в рабочую камеру. Пройдя крайнее положение, поршень начинает перемещаться в обратном направлении, приближаясь к статору — объем рабочей камеры уменьшается. В этот момент открывается напорный клапан (всасывающий клапан закрыт), жидкость из камеры вытесняется поршнем в напорную линию.

Регулируемый радиально-поршневой насос

Регулирование рабочего объема проще всего осуществить за счет изменения эксцентриситета статора.

Винт 1 позволяет перемещать статор внутри корпуса насоса, тем самым меняя эксцентриситет между ротором и статором.

При нулевом эксцентриситете подача насоса будет равна 0. При увеличении величины эксцентриситета насоса подача будет увеличиваться.

Расчет подачи радиально-поршневого насоса

Подача поршневого насоса определяется частотой вращения вала, диаметром и ходом и количеством поршней. Ход поршня в рассматриваемом случае составляет два эксцентриситета.

Характеристики радиально-поршневых насосов

• Максимальное рабочее давление до 100 МПа;
• Рабочий объем от 0,5 до 100 см 3 ;
• Частота вращения от 1000 до 3000 об/мин;
• Максимальная мощность до 3000 кВт;
• Уровень шума — средний.

Применение радиально-поршневых насосов

Радиально поршневые насосы используют в гидроприводах прессов, прокатных станов, зажимных устройств станков, и других системах где требуется обеспечить высокое давление.