Радиально-поршневые насосы широко используются в промышленности благодаря своей надежности и способности создавать высокое давление жидкости. Однако не все знают об их внутреннем устройстве и особенностях работы. В этой статье мы разберем конструкцию таких насосов, принцип их действия, области применения и перспективы развития. Это поможет специалистам грамотно подобрать и эксплуатировать радиально-поршневые насосы в различных отраслях промышленности.
Устройство радиально-поршневого насоса
Радиально-поршневой насос состоит из следующих основных элементов:
- Корпус
- Ротор
- Поршни
- Вал
- Распределительный механизм
- Всасывающий и нагнетательный патрубки
Корпус насоса выполняется в виде цилиндра и служит опорой для вращающихся частей. В нем выполнены каналы подвода и отвода жидкости. Ротор установлен в корпусе со смещением оси вращения. Это смещение называется эксцентриситетом. В отверстиях ротора размещаются поршни, которые под действием центробежной силы плотно прижимаются к внутренней поверхности корпуса. За счет эксцентриситета при вращении ротора поршни совершают возвратно-поступательное движение внутри цилиндров, изменяя объем рабочих камер. Привод осуществляется от вала, соединенного с ротором.
Распределительный механизм служит для попеременного соединения рабочих камер с линиями всасывания и нагнетания. Он может быть выполнен по-разному:
- Клапанный
- Золотниковый
- Дисковый
Насосы могут иметь одноступенчатое или многоступенчатое исполнение. В многоступенчатых насосах устанавливается несколько роторов на общем валу для увеличения давления жидкости.
Корпусные детали насосов изготавливаются из высокопрочных материалов: чугуна, стали, алюминиевых сплавов. Ротор и вал делают из стали, поршни - из бронзы или чугуна. Уплотнения выполняются из специальных износостойких материалов.
Габариты и масса радиально-поршневого насоса зависят от его производительности и давления. Насосы небольшой мощности имеют массу 10-15 кг и габариты примерно 400x200x200 мм. Более мощные агрегаты достигают 500 кг веса и габаритов 1000x500x500 мм.
| Модель насоса | Производительность, л/мин | Давление, бар | Мощность, кВт | Габариты, мм | Масса, кг |
| НРК1.6-32 | 6 | 320 | 3 | 300x200x200 | 15 |
| НРК20-250 | 20 | 250 | 7,5 | 400x250x250 | 35 |
| НРК63-140 | 63 | 140 | 22 | 600x350x400 | 120 |
Из приведенной таблицы видно, что с увеличением производительности и давления габариты и масса насосов возрастают.
Принцип работы радиально-поршневого насоса
Рассмотрим подробнее принцип работы радиально-поршневого насоса.
При вращении вала ротор насоса также начинает вращаться. За счет эксцентриситета поршни, находящиеся в отверстиях ротора, совершают возвратно-поступательное движение, то приближаясь, то отдаляясь от стенки корпуса. Таким образом объем рабочей камеры периодически увеличивается и уменьшается.
На такте всасывания, когда объем увеличивается, впускной клапан открывается и рабочая жидкость поступает в рабочую камеру из линии всасывания. Затем клапан закрывается.
Далее на такте сжатия объем камеры уменьшается, давление растет, открывается выпускной клапан и жидкость вытесняется поршнем в напорную магистраль.
Таким образом происходит преобразование механической энергии вращения вала в энергию потока жидкости под давлением. Частота вращения вала определяет производительность насоса, а величина эксцентриситета - рабочее давление.
В многоступенчатых насосах устанавливается несколько роторов на одном валу последовательно. Жидкость поступает с выхода одной ступени на вход следующей, давление увеличивается ступенчато.
Для регулирования производительности меняют частоту вращения приводного вала с помощью частотного преобразователя. Также возможно регулирование за счет изменения эксцентриситета ротора относительно корпуса.
Подача радиально-поршневого насоса рассчитывается по формуле:
Q = 2·e·S·n·z
где:
Q - подача, м3/с; e - эксцентриситет ротора, м; S - площадь поршня, м2; n - частота вращения вала, с-1; z - число поршней.
Как видно из формулы, подача прямо пропорциональна частоте вращения вала. При увеличении вязкости жидкости или давления в напорной магистрали подача несколько снижается.
Основным недостатком радиально-поршневых насосов являются пульсации подачи и давления, связанные с принципом действия. Для гашения пульсаций применяют насосы с нечетным числом поршней, демпферы пульсаций, специальные емкости в напорной магистрали.
В целом радиально-поршневые насосы обладают высоким КПД, надежностью и долговечностью. Они способны работать на высоком давлении в тяжелых условиях эксплуатации.
Области применения радиально-поршневых насосов
Радиально-поршневые насосы широко используются в различных отраслях промышленности благодаря своим преимуществам.
Одно из основных применений - это гидравлические системы металлургических прессов и прокатных станов. Такие прессы работают под очень высоким давлением до 700 бар и требуют надежных насосов способных обеспечить стабильную подачу рабочей жидкости. Радиально-поршневые насосы как раз отлично подходят для этих целей.
В горнодобывающей промышленности такие насосы применяются для привода бурового и добычного оборудования. Они используются и на обогатительных фабриках.
В сельском хозяйстве радиально-поршневые насосы работают в составе различных гидроприводов техники - тракторов, комбайнов, опрыскивателей и других машин.
Широкое применение нашли эти насосы и в автомобильной промышленности, в частности в гидроусилителях руля и тормозных системах.
Требования к системе и рабочей жидкости
Для нормальной и долговечной работы радиально-поршневого насоса необходимо обеспечить ряд требований к системе, в которой он установлен, и к рабочей жидкости.
- Тщательная очистка и промывка системы перед запуском
- Использование фильтров тонкой очистки рабочей жидкости
- Подача жидкости без кавитации
- Отсутствие воздуха в системе
- Поддержание оптимальной температуры жидкости
- Использование рекомендованных марок масел
- Соблюдение интервалов замены масла
Несоблюдение этих правил приводит к преждевременному износу деталей насоса и выходу его из строя.
Примеры применения в разных отраслях
Рассмотрим конкретные примеры использования радиально-поршневых насосов в различных областях.
На металлургическом комбинате для привода прокатного стана используется насос НРК250 мощностью 250 кВт. Он обеспечивает давление до 420 бар и расход рабочей жидкости 300 л/мин. Благодаря высокому КПД насоса удалось снизить энергозатраты на этом участке на 8%.
В нефтегазовой отрасли при бурении скважин применяются насосы ХРК125, выдерживающие давление до 650 бар. Они используются для привода погружных насосов, установленных на забое скважины.
На лесопильном заводе радиально-поршневые насосы входят в состав станков по распиловке бревен. Они используются в гидроприводах подачи и зажима бревен. Такие насосы надежно работают в условиях запыленности и вибраций.
Экономические аспекты
При выборе насоса для конкретной задачи необходимо учитывать не только технические характеристики, но и экономические факторы.
К ним относятся:
- Стоимость покупки оборудования
- Расходы на монтаж и ввод в эксплуатацию
- Затраты на электроэнергию в процессе работы
- Стоимость и периодичность техобслуживания
- Срок службы до капремонта
Радиально-поршневые насосы отличаются высоким КПД, который может достигать 90%. Это обеспечивает экономию электроэнергии при эксплуатации. Срок службы таких насосов может составлять десятки тысяч часов при соблюдении правил эксплуатации.
Таким образом, несмотря на относительно высокую стоимость, использование радиально-поршневых насосов окупается за счет надежности и экономичности.
