Конструкции объёмных насосов

Конструкции гидравлической и приводной частей поршневых (плунжерных) насосов.

Смазка узлов приводной части насоса.

Быстроизнашиваемые детали.

Предохранительные устройства.

Поршневые насосы состоят из приводной и гидравлической частей. Приводная часть служит для передачи механической энергии от двигателя (ДВС либо электродвигателя) к поршням, движущимся возвратно-посту­пательно. Гидравлическая часть служит для преобразования механической энергии поршней в гидравлическую энергию перекачиваемой жид­кости и для придания жидкости необходимого направления.

Наиболее распространены односторонние кривошипные (рис. 1.6, а) насосы, приводной механизм которых состоит из трансмиссионного вала, получающего вращающий момент через трансмиссию от двигателя, зубчатого редуктора и коренного вала, связанного с шатунами посредством собственно кривошипов, эксцентриков, пальцев или колен. Схема с червячной передачей (рис. 1.6, б) используется для привода насоса от вала, расположенного вдоль оси насоса, например, на автомобиле. Приводная часть разме­щается в закрытом корпусе, предотвращающем попадание влаги и абразива в масляный картер. Полость картера заполнена маслом. Зубчатое колесо коренного вала насоса при вращении окунается в масляную ванну и захватыва­ет масло, обеспечивая смазку зубчатой пары. При этом часть масла попадает в надкрейцкопфную камеру, а оттуда на направляющие крей­цкопфа и через специальный канал на палец соединения крейцкопфа с шатуном, излишки масла стекают в картер. В верхней части картера имеется люк для осмотра деталей приводной части насоса с сапуном, в нижней части - щуп для измерения уровня масла.

а б

Рисунок 1.6 Схемы поршневых насосов

В некоторых поршневых насосах подшипники и крейцкопфы сма­зываются при помощи шестеренного масляного насоса, который при­водится в действие от коренного вала и подает смазку в места трения по трубкам.

В гидравлическую часть входят: корпусные детали, цилиндровые втулки с механизмами крепления и уплотнения в корпусе; поршни, плунжеры, штоки; узлы уплотнения плунжеров и штоков; клапаны; пневмокомпенсаторы, предохранительные клапаны. Клапанная коробка относится к гидравлической части насоса. В ней размещены рабочие камеры насоса и клапаны; ее также назы­вают цилиндром насоса. Большей частью клапанную коробку выпол­няют отдельно от станины. В многоцилиндровых насосах клапанные коробки изготавливают отдельно друг от друга или в общем блоке. В зависимости от рабочего давления, температуры и коррозион­ных свойств перекачиваемой жидкости клапанные коробки изготав­ливают литыми из чугуна или стали (углеродистой, нержавеющей). Для высоких давлений клапанные коробки выполняют коваными, например, у насосов для гидроразрыва пласта (на 50...70 МПа). Клапаны стараются расположить так, чтобы уменьшить мертвое пространство и способствовать самоудалению воздуха через нагнетательный клапан. Вместе с тем заботятся об упрощении замены клапанов. Ступенчатое расположение клапанов (рис. 1.7, а) обеспечивает свободный доступ к каждому клапану, но зато значительно увеличено мертвое пространство. При соосном расположении клапанов (см. рис. 1.7, б) ремонт нижнего клапана затруднен, но гидравлическая коробка очень компактна.

Рисунок 1.7 Схемы гидравлических частей насосов

К числу быстроизнашивающихся сменных деталей поршневого насоса относятся цилиндры, поршни (плунжеры), клапаны и сальниковые уплотнения.

Комплект сменных цилиндровых втулок и поршней нескольких размеров позволяет изменять подачу насоса. Основная причина выхода из строя цилиндровых втулок - абразивный износ. Для повышения износоустойчивости их поверхность упрочняют током высокой частоты и другими средствами. Находят применение биметаллические втулки, изготовляемые методом центробежного литья с повышенным содержанием углерода и хрома во внутренних слоях, а для работы в сильно коррозионной среде - из стали, содержащей никель, или из

Рисунок 1.8 Узлы крепления и уплотнения цилиндровой втулки

высокопрочной керамики. Система крепления и уплотнения цилиндровой втулки, состоящая из болтов, шпилек, нажимных и промежуточных втулок и коронок, металлических и эластичных колец, предотвращает смещение втулки и герметизирует зазор между втулкой и корпусом. В буровых насосах высокого давления функции крепления и уплотнения разделены. В некоторых насосах предусмотрена возможность замены поршня и осмотра насосной камеры без демонтажа цилиндровой втулки. На рис. 1.8, а для этого служит винтовой затвор 2, прижимающий лобовую крышку 3 к уплотнению 4. Фланцевая крышка 1 предназначена для крепления цилиндровой втулки 7, а винты 5 - для регулирования сжатия уплотнительных колец 6. В некоторых насосах одностороннего действия цилиндровую втулку устанавливают со стороны приводной части (рис. 1.8, б). Такое расположение устраняет лобовую крышку в клапанной коробке с ее уплотнениями, а крепление втулки осуществляется более просто. Применение для этой цели шарнирных хомутов, состоящих из двух половин, сокращает время на смену втулки и поршня и обеспечивает хорошую соосность сопрягаемых деталей.

Поршни бывают цельные и сборные. Для их уплотнения служат поршневые кольца, изготовленные из чугуна, эбонита (для воды), текстолита (для нефтепродуктов), резины и прорезиненных тканей. Цельный поршень бурового насоса (рис. 1.9, а) состоит из стального сердечника с центральным коническим отверстием для посадки на шток и привулканизированных к нему с двух сторон резиновых манжет. Форма и размеры манжет обеспечивают предварительное их прижатие к цилиндровой втулке, самоуплотнение при действии давления жидкости и удержание на трущейся поверхности жидкости, служащей смазкой. Сборный поршень двустороннего действия (рис. 1.9, б) на каждой стороне от разделительного фланца снабжен уплотнительной резиновой манжетой 1 и опорным пластмассовым кольцом 2, закрепленным на металлическом сердечнике шайбой 3 и пружинным кольцом 4. Опорное кольцо, диаметр которого больше диаметра фланца сердечника, перекрывает уплотняемый зазор, чтобы не выдавливалась в него резина. Скошенная часть кольца под давлением резины деформируется и прилегает к постепенно увеличивающейся в диаметре цилиндровой втулке по мере ее изнашивания. Пластмассовое подкладочное кольцо устанавливают и в цельных резинометаллических поршнях (рис. 1.9, а). Сборный поршень насоса одностороннего действия (рис. 1.9, в) с задней стороны имеет вспомогательную манжету 5, служащую для очистки зерен абразива со свободной поверхности цилиндра.

Плунжеры изготавливают из чугуна или стали. Плунжеры не­большого диаметра делают сплошными, а плунжеры диа­метром более 100 мм - в виде полого стакана. В на­сосе плунжер передвигается в короткой втулке и в набивке уп­лотняющего сальника.

Рисунок 1.9 Поршни буровых насосов

.Клапаны часто выполняют тарельчатыми. Клапаны современных возвратно-поступательных насосов исключительно самодействующие. Они открываются и закрываются под действием изменяющегося давления жидкости. Для насосов высокой подачи тарельчатые клапаны выполняются двухкольцевыми (рис. 1.10) и трехкольцевыми. Наиболее часто употребляемая конструкция клапана для малого расхода дана на рис. 1.11. Седло 1 клапана плотно впрессовано в клапанную перегородку цилиндра. Седло имеет две кольцевые притертые поверхности: 2 и 3. Клапан 4 скользит по направляющему стержню 5 и под влиянием разности давлений над клапаном и под ним, а также под действием конической пружины 6 плотно прижимается к

Рисунок 1.11 Простой тарельчатый клапан

седлу. В некоторых случаях тарельчатые клапаны выполняются в виде толстых резиновых пластин: это обеспечивает высокую герметичность клапана. Тарельчатый клапан может быть с плоским или коническим седлом; с верхним, нижним, или двумя направлениями, обеспечивающими точную посадку на седло; с притиркой клапана к седлу (для чистых жидкостей) или с резиновым или полиуретановым уплотнением, расположенном на клапане или на седле (для засоренных жидкостей, рис. 1.12, а, б). В кольцевом клапане (рис. 1.12, в) жидкость протекает по наружным и внутренним стенкам кольца. Благодаря этому площадь прохода для жидкости больше, чем в тарельчатом клапане; однако кольцевой клапан устроен сложнее. Седла клапанов выполняются в виде втулки с наружной конической поверхностью для запрессовки в гнездо клапанной коробки или с наружным пояском для крепления посредством клетки или стакана. Ребра в седле могут служить для нижнего направления клапана, а также для его опоры. Всасывающие и нагнетательные клапаны обычно выполняются одинаковыми и взаимозаменяемыми. Быстросъёмность клапанов достигается использованием винтового затвора (крепежной втулки) с трапецеидальной или упорной резьбой. Резьба выполняется в теле клапанной коробки или в привертном фланце (рис. 1.12, г), что упрощает изготовление клапанной коробки и предохраняет ее от порчи при эксплуатации.

Рисунок 1.12 Клапаны:

а – тарельчатый с уплотнением на тарелке; б – то же, с уплотнением на седле;

в – кольцевой; г – крепление крышки клапана во фланце

Рисунок 1.13 Сальники с кожаными манжетами

Сальники поршневых насосов бывают с мягкой набивкой или с кожаными манжетами (рис. 1.13). Здесь давление, создаваемое насосом, действует на внутреннюю поверхность манжеты Г- или П-образного сечения, прижимает её к штоку и создаёт тем большую плотность, чем выше давление, создаваемое насосом. Армирование уплотнения позволяет управлять распределением контактного давления на поверхности штока, снижая пики давлений и уменьшая oпасность выдавливания резины в уплотняемый зазор. Для набивки сальника при­меняют асбестовый шнур, кожа­ные или резиновые манжеты, металлические кольца в зависи­мости от рода перекачиваемой жидкости, ее температуры и давления. Конструкции уплотнений плунжеров подобны уплотнениям штоков. В среднюю часть уплотнения поступает смазка (вода, масло, эмульсия). При увеличении сопротивления в нагнетательном трубопроводе объемный насос почти не снижает подачу жидкости, поэтому в случае образования пробки в линии или в случае ошибочного пуска при закрытой задвижке давление возрастает до предела, при котором останавливается двигатель или разрывается трубопровод либо корпус насоса.

Для предотвращения аварии предусматривают предохранительные устройства в приводе и в гидравлической системе. В последнем случае для защиты служит предохранительный клапан. В простейшем исполнении - это поршень, удерживаемый металлическим штифтом (рис. 1.14), или диафрагма, которые разрушаются от повышенного давления и пропускают жидкость в область всасывания. Более оперативны пружинные предохранительные клапаны, которые снова закрываются при снижении давления до нормального.

Рисунок 1.14 Предохранительный клапан насоса НЦ320:

1 – кожух; 2 – шток; 3 – гвоздь предохранительный; 4 – пробка; 5 – амортизатор;

6- корпус; 7 – кольцо; 8 – уплотнение; 9 – шайба;

10 – шплинт

Контрольные вопросы:

1. Перечислите детали гидравлической и приводной части насосов.

2. Какие типы клапанов вы знаете?

3. Из каких деталей состоит клапанный узел?

4. Какой тип передачи в приводной части насоса?

5. Как производится смазка крейцкопфных узлов?

6. Какие элементы входят в обвязку насосов?

7. Где устанавливается предохранительный клапан?

8. Принцип работы предохранительного клапана насоса НЦ320.