Насосы для гидравлических систем
Гидравлический насос — это устройство, которое преобразует механическую энергию в энергию потока рабочей жидкости. Его основная задача заключается в создании давления, необходимого для функционирования гидравлической системы, и обеспечении подачи жидкости к исполнительным механизмам, таким как гидроцилиндры и гидромоторы.
При выборе типа гидронасоса важно учитывать специфику задач и условия эксплуатации системы. Для гидравлических систем, работающих под высоким давлением, оптимальным решением является гидравлический насос высокого давления, например, поршневой или плунжерный. Они обеспечивают высокую точность и мощность, что делает их незаменимыми в условиях повышенных нагрузок.
С другой стороны, если система требует стабильной и непрерывной подачи жидкости с постоянным потоком, лучше всего подойдут центробежные насосы. Они идеально справляются с задачами, где важна равномерная работа без резких перепадов давления.
Классификация гидронасосов по конструктивным особенностям
- С фиксированным рабочим объемом – подача жидкости постоянна, независимо от нагрузки (например, шестеренные, пластинчатые насосы).
- С регулируемым рабочим объемом – позволяют изменять подачу жидкости в зависимости от потребности системы (например, аксиально-поршневые насосы с наклонным диском).
Условные обозначение гидронасосов на схеме:
| Реверсивным | Нереверсивным | |
| Насос нерегулируемый с потоком |
|
|
| Насос регулируемый с потоком |
|
|
Основные типы гидравлических насосов
Радиально-поршневые насосы
Радиально-поршневые насосы относятся к категории объемных гидравлических устройств. Их конструкция предусматривает расположение поршней радиально вокруг центрального вала, что обеспечивает высокую производительность и надежность.
Преимущества радиально-поршневых гидронасосов:
- Высокое давление: Способны работать при очень высоких давлениях, часто до 100 МПа и выше.
- Надежность: Прочная конструкция обеспечивает длительный срок службы даже в тяжелых условиях эксплуатации.
- Компактность: Относительно малые осевые размеры, что позволяет использовать их в ограниченном пространстве.
- Простота конструкции: Меньше сложных деталей, что упрощает производство и обслуживание.
- Пульсация давления: Высокая пульсация давления, что может вызывать вибрации и шум.
- Ограниченная скорость вращения: Низкие частоты вращения вала по сравнению с другими типами насосов.
- Вес: Больший вес конструкции по сравнению с аксиально-поршневыми насосами.
- Сложность в обслуживании: Несмотря на простоту конструкции, некоторые элементы могут быть труднодоступны для обслуживания и ремонта.
- С эксцентричным ротором
- С эксцентричным валом
Принцип работы насоса с эксцентричным ротором
В радиально-поршневых насосах поршневая группа размещена внутри ротора. Ось вращения ротора и ось статора смещены на величину эксцентриситета (e). Это смещение обеспечивает поступательное движение поршней при вращении ротора, при этом величина хода каждого поршня составляет удвоенное значение эксцентриситета (2e).
Насос оснащен золотниковым распределительным механизмом. В процессе вращения ротора цилиндры поочередно соединяются с полостями нагнетания и слива. Эти полости разделены перегородкой золотника, который расположен в центральной части насоса.
Регулировка рабочего объема происходит за счет изменения величины эксцентриситета е.
Рис. 1 Радиально-поршневой насос с эксцентричным ротором
Принцип работы насоса с эксцентричным валом
В насосах с радиальным расположением поршней цилиндры вместе с поршнями размещены вокруг эксцентрикового вала. При вращении вала поршни выполняют возвратно-поступательные движения, что обеспечивает процесс всасывания и выталкивания рабочей жидкости.
Величина хода поршней при этом составляет удвоенное значение эксцентриситета (2e). Регулировка производительности – может осуществляться изменением эксцентриситета вала или угла наклона корпуса.
Рис. 2 Радиально-поршневой насос с эксцентричным валом
Аксиально поршневые и аксиально-плунжерные насосы
Аксиально-поршневые и аксиально-плунжерные насосы представляют собой разновидности объемных гидронасосов. Их отличительная черта — аксиальное расположение поршней или плунжеров, которые размещаются вокруг оси вращения блока цилиндров. В зависимости от конструкции, поршни могут быть параллельны оси или находиться под небольшим углом к ней.
Преимущества аксиально-поршневых и аксиально-плунжерных гидронасосов:
- Высокий КПД: Обладают высоким коэффициентом полезного действия, что делает их энергоэффективными.
- Высокое давление: Гидронасосы высокого давления способны работать при давлениях до 35-40 МПа и выше.
- Регулируемость: Возможность регулирования рабочего объема и, следовательно, производительности.
- Высокая скорость вращения: Могут работать на высоких оборотах, что позволяет использовать их в высокоскоростных системах.
Недостатки аксиально-поршневых и аксиально-плунжерных гидронасосов:
- Сложность конструкции: Более сложная конструкция по сравнению с другими типами насосов, что может увеличивать стоимость производства и обслуживания.
- Чувствительность к загрязнениям: Требуют высокой чистоты рабочей жидкости, так как загрязнения могут привести к износу и повреждению деталей.
- Высокая стоимость: Более высокая стоимость по сравнению с некоторыми другими типами насосов.
- Шум: Могут производить больше шума по сравнению с другими типами насосов, особенно на высоких скоростях.
- Требовательность к обслуживанию: Необходимость регулярного и качественного обслуживания для поддержания работоспособности.
Типы аксиально-поршневых (плунжерных) насосов:
- С наклонным блоком
- С наклонным диском
На рис. 3 показана схема аксиально-поршневого цилиндра с наклонным блоком.
При вращении вала насоса, вращается шарнирно соединенный с ним блок цилиндров, поршни совершают поступательные движения. Блок цилиндров прилегает к распределителю. У распределителя 2 паза: один соединен с линией всасывания. Другой с линией нагнетания.
При вращении вала насоса, вращается шарнирно соединенный с ним блок цилиндров.
В данной системе поршни выполняют поступательные движения. Блок цилиндров плотно прилегает к распределителю, который имеет два паза: один подключен к всасывающей линии, а другой — к нагнетательной.
При выдвижении поршня цилиндр перемещается над пазом всасывания, и жидкость заполняет его. После прохождения нижней мертвой точки (максимального выдвижения поршня) цилиндр соединяется с пазом нагнетания, и жидкость начинает выталкиваться из цилиндра. Когда поршень достигает верхней мертвой точки (максимального втягивания), цилиндр снова соединяется с пазом всасывания, и процесс повторяется.
В данной конструкции насоса используется золотниковая система распределения.
Рис. 3 Схема аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком
Во время нагнетания утечки жидкости из цилиндров собираются внутри корпуса насоса. Чтобы предотвратить повышение давления в корпусе, в насосах такой конструкции предусмотрена дренажная линия. Если эту линию перекрыть, это может привести к повреждению манжеты вала, нарушению герметичности насоса, а в отдельных случаях — к разрушению корпуса насоса.
Рис. 4 Схема аксиально-поршневого насоса с наклонным диском
Принцип функционирования насоса с наклонным диском похож на принцип работы насоса с наклонным блоком. В этой конструкции также применяется золотниковое распределение. Отличие конструкций состоит в соосности осей вала и блока цилиндров.
Шестеренные насосы
Шестеренные насосы относятся к категории объемных гидравлических устройств. Их работа основана на взаимодействии двух шестерен, находящихся в зацеплении. При вращении шестерен жидкость захватывается в полости, образованные зубьями и корпусом насоса, и перемещается от всасывающего патрубка к нагнетательному.
Данные насосы выделяются своей простой конструкцией, высокой надежностью и универсальностью в работе с жидкостями разной вязкости. Благодаря этим характеристикам они нашли широкое применение в гидравлических системах, машиностроении и других отраслях промышленности.
Преимущества шестеренных гидронасосов:
- Простота конструкции: Простая и надежная конструкция, что облегчает производство и обслуживание.
- Низкая стоимость: Относительно низкая стоимость по сравнению с другими типами гидронасосов.
- Компактность: Малые габариты и вес, что позволяет использовать их в ограниченном пространстве.
- Высокая скорость вращения: Способны работать на высоких оборотах.
- Низкий уровень шума: Работают с минимальным шумом, особенно на низких и средних скоростях.
Недостатки шестеренных гидронасосов:
- Ограниченное давление: Обычно работают при более низких давлениях по сравнению с поршневыми насосами, часто до 20-25 МПа.
- Пульсации давления: Могут вызывать пульсации давления, что может приводить к вибрациям и шуму.
- Износ шестерен: Шестерни подвержены износу, особенно при работе с загрязненным маслом.
- Эффективность: Ниже КПД по сравнению с поршневыми насосами, особенно при высоких давлениях.
При вращении шестерен, поверхности зубьев А1 и А2 вытесняют больше жидкости, чем может вместиться в пространстве, освобождаемом зацепляющимися зубьями B1 и B2. Разница объемов, создаваемая двумя парами зубьев, направляется в нагнетательную линию. В зоне зацепления шестерен во время работы насоса возникают области «запертого» объема, что приводит к пульсациям давления в нагнетательной линии.
Рис. 5 Конструктивный разрез шестеренного насоса
Пластинчатые насосы
Пластинчатые насосы представляют собой разновидность объемных гидравлических устройств, в которых работа основана на движении пластин (лопаток), закрепленных в роторе. При вращении ротора пластины выдвигаются под действием центробежной силы или пружин, плотно прижимаясь к внутренней поверхности статора. Это создает герметичные камеры, которые перемещают жидкость от всасывающего патрубка к нагнетательному.
Пластинчатые насосы выделяются своей плавной работой, низким уровнем шума и способностью обеспечивать равномерный поток жидкости. Эти характеристики делают их идеальным решением для гидравлических систем, систем смазки, а также для перекачивания масел, топлива и других жидкостей средней вязкости. В зависимости от конструкции они могут быть однократного или двойного действия.
Преимущества пластинчатых гидронасосов:
- Плавность работы: Обеспечивают равномерный поток жидкости с минимальными пульсациями давления, что важно для систем, требующих стабильной работы.
- Низкий уровень шума: Работают тихо, что делает их подходящими для использования в условиях, где важна тишина.
- Компактность: Малые габариты и вес, что позволяет использовать их в ограниченном пространстве.
- Простота конструкции: Относительно простая конструкция, что облегчает производство, обслуживание и ремонт.
- Регулируемость: В некоторых моделях возможна регулировка рабочего объема и производительности.
- Надежность: Высокая надежность и долговечность при правильной эксплуатации.
Недостатки пластинчатых гидронасосов:
- Ограниченное давление: Обычно работают при более низких давлениях (до 10–15 МПа) по сравнению с поршневыми насосами.
- Износ пластин: Пластины (лопатки) подвержены износу, особенно при работе с загрязненными жидкостями или в условиях высоких нагрузок.
- Чувствительность к загрязнениям: Требуют высокой чистоты рабочей жидкости, так как загрязнения могут привести к повреждению пластин и других компонентов.
- Ограниченная скорость вращения: Меньшая способность работать на высоких оборотах по сравнению с шестеренными насосами.
- Эффективность: Ниже КПД по сравнению с поршневыми насосами, особенно при высоких давлениях.
Ограниченный диапазон вязкости: Могут быть менее эффективны при работе с жидкостями очень высокой или очень низкой вязкости.
Работа пластинчатого насоса основана на передаче вращающего момента на вал, что приводит к вращению ротора (см. рис. 6). Под действием центробежной силы пластины плотно прижимаются к внутренней поверхности статора, формируя две изолированные полости.
При прохождении пластин через зону всасывания объем рабочих камер увеличивается, что способствует забору рабочей жидкости. При перемещении пластин через зону нагнетания объем камер уменьшается, и жидкость вытесняется в нагнетательную линию.
Для обеспечения плотного прилегания пластин в зоне нагнетания под них подается давление из нагнетательной линии. В некоторых конструкциях дополнительное прижатие пластин обеспечивается за счет установки пружин под ними.
Рис. 6 Конструктивный разрез пластинчатого насоса
При соблюдении эксплуатационных рекомендаций, гидравлический насос любого типа будет безотказно функционировать продолжительный период времени.
Компания «ТАУРУС» – ваш надежный партнер в обеспечении бесперебойного производства. Наши специалисты подберут и помогут купить гидронасосы, а также принадлежности для них. Доверьтесь опыту «ТАУРУС» – мы сделаем ваше производство эффективным и надежным!
