Радиально-поршневой насос: устройство и принцип работы

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.

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.