🔥 Получи ответы к CES, CBT тестам в PDF!
Категории сайта

Судовые поршневые насосы – параметры и конструктивные особенности

Присоединяйтесь к нашему ТГ каналу!

В мире морских технологий, где надёжность и эффективность оборудования играют ключевую роль, насосы поршневого типа занимают особое место. Эти устройства, несмотря на кажущуюся простоту, являются сердцем многих жизненно важных систем на борту судна, обеспечивая бесперебойную подачу различных жидкостей в самых разнообразных условиях.

Данный материал призван дать комплексное представление о поршневых насосах, начиная с фундаментальных принципов их работы и различных типов. Мы проанализируем ключевые параметры поршневых насосов (производительность, мощность, габариты), а также рассмотрим типовые конструктивные решения. Кроме того, будет затронута интересная тема обратимости Электрические и электрогидравлические рулевые машиныгидравлических машин, позволяющая использовать поршневые насосы и как высокоэффективные гидромоторы.

Принцип действия и классификация поршневых насосов

На рис. 1 представлена схема насосной установки с поршневым насосом, который перемещает жидкость за счет возвратно-поступательного движения поршня 1 в цилиндре 2.

Конструкция поршневого насоса
Рис. 1 Схема поршневого насоса простого действия

При перемещении поршня вверх внутри цилиндра 2 создается разрежение. Под действием разности давлений открывается приемный клапан 3 и жидкость через него по приемной трубе 4 поступает внутрь цилиндра. При обратном ходе поршня жидкость из цилиндра выталкивается через нагнетательный клапан 5 в нагнетательный трубопровод 6.

Рекомендуется к прочтению: Судовые насосы и их эксплуатационные характеристики

Рассмотрим преимущества и недостатки судовых поршневых насосов. К их преимуществам относится:

  1. хорошее всасывание, готовность к действию – свойства, весьма важные для некоторых судовых систем; насосы поршневого типа могут обеспечить сухое всасывание и не нуждаются в предварительной заливке водой;
  2. отсутствие обратной зависимости между производительностью и напором, развиваемым насосом, что позволяет при наличии резерва мощности перекачивать жидкости с сильно изменяющейся вязкостью; это свойство особенно важно для нефтеперекачивающих и зачистных насосов;
  3. исключительная простота регулирования, что для питательных и некоторых других судовых систем весьма ценное качество.

Основные недостатки поршневых насосов:

  1. громоздкость и большая масса (особенно насосов большой производительности);
  2. малая экономичность вследствие высокого удельного расхода пара (специфическая особенность паровых поршневых прямодействующих насосов);
  3. возникновение сил инерции в результате неравномерного движения поршня и связанный с этим повышенный износ деталей насоса.

Поршневые насосы для судов подразделяются по ряду признаков:

✓  По производительности – на насосы:
✓  По развиваемому давлению (напору) – на насосы:
✓  По роду (или типу) двигателя – с приводом от:
✓  По характеру соединения с двигателем – на насосы:
Конструкции поршневых насосов
Рис. 2 Схемы поршневых насосов:
а – приводного; б – прямодействующего
✓  По частоте вращения приводного вала (или числу двойных ходов поршня) на:
✓  По роду перекачиваемой жидкости на:

Читайте также: Топливные насосы распределительного типа

✓  По характеру выполнения поршня – на насосы:

Конструкция плунжерного насоса для судов простого действия приведена на рис. 3.

Конструкция плунжерного насоса
Рис. 3 Схема плунжерного насоса
✓  По числу гидравлических цилиндров в одном блоке – на:
✓  По расположению оси цилиндра – на:
✓  По способу действия – на насосы:

Определение производительности, мощности и основных размеров поршневого насоса

Теоретическая подача насоса простого действия, м3, за 1 оборот кривошипного вала, равна:

V0=FS,          Форм. 1

где:

Теоретическая подача насоса двойного действия за 1 оборот равна сумме подач обеих его полостей:

V0=V1+V2=S2F  f,          Форм. 2

где:

Теоретическая подача за 1 оборот насоса, имеющего k1 рабочих полостей без проходящего штока и k2 со штоком:

V0=Sk1+k2F  k2f.          Форм. 3

Можно условно представить любой насос как имеющий только рабочие полости без проходящего штока; тогда условное число рабочих полостей такого насоса определится зависимостью:

a=V0FS=k1 + k2F  k2fF=k1+k2  k2fF.          Форм. 4

Секундная теоретическая Основные характеристики судовых насосов и системпроизводительность насоса одинарного действия при частоте вращения n в минуту, м3:

Qт=V0n60=FSn60.          Форм. 5

Для насоса двойного действия:

Qт=V0n60=2F  fSn60.          Форм. 6

Для любого насоса (с условным числом рабочих полостей a):

Qт=aFSn60.          Форм. 7

Фактическая подача насоса меньше теоретической из-за влияния утечек жидкости и подсоса воздуха через неплотности, а также вследствие того, что клапаны закрываются не мгновенно. По этой причине в начале хода нагнетания часть жидкости из рабочей камеры насоса возвращается во всасывающую линию через всасывающий клапан, а в начале хода всасывания часть жидкости, поданной в нагнетательную линию, возвращается в рабочую камеру через нагнетательный клапан. Потери подачи учитываются объемным КПД насоса ηо, который всегда меньше единицы. Тогда из формулы «Определение Основы гидравлики и насосы судовых системобъемной потери» следует:

Q=Qтηо.          Форм. 8

Мощность, Вт, затрачиваемая на привод поршневого насоса с условным числом рабочих полостей a, определяется с учетом формул:

по формуле:

N=γQHнηн=γaFSnHнηоηн,          Форм. 9

где:

Схемы и конструкции поршневых насосов

В данном пункте рассмотрим конструктивные особенности поршневых насосов для судов. Для подкачивания небольших количеств воды, топлива и масла часто применяются ручные судовые поршневые насосы. Конструкция такого насоса двукратного действия типа HP показана на рис. 4.

Схема ручного поршневого насоса
Рис. 4 Ручной поршневой насос двукратного действия

Чугунный корпус 1 отлит совместно с патрубками 8 и 15. К корпусу на фланцах присоединены две клапанные коробки с всасывающими 12 и нагнетательными 13 клапанами. В горизонтально расположенном цилиндре 10 перемещается фигурный шток 9, к которому с обеих сторон прикреплены два стальных поршня 7 с уплотнительными кольцами или кожаными манжетами. Поршни начинают перемещаться при повороте рукоятки 2, которая соединена со стержнем 3, сидящим на правом конце приводного вала 4. Левый конец вала имеет приливы, между приливами размещен ролик 14, входящий в прорезь штока 9. Выход приводного валика уплотнен сальником 5. Жидкость всасывается из полостей 11 и нагнетается при каждом перемещении поршней поочередно. В цилиндре имеются спускные пробки 6.

Характеристики насосов типа HP приведены в табл. 1.

Таблица 1. Основные характеристики ручных насосов типа HP
Типоразмер насосаДиаметр цилиндра, ммХод поршня, ммЧисло двойных ходов в минутуПодача, л/минМанометрический напор нагнетания, МПа (м вод. ст)Вакуумметрическая высота всасывания, МПа (м вод. ст)Масса, кг
при работе с напоромпри работе на сливпри работе с напоромпри работе на слив
HP-206550488012200,3 (30)0,05 (5)16
HP-2578644070203526
HP-40100862852356538

В качестве рабочих жидкостей насосы HP перекачивают Системы охлаждения пресной и забортной водой на морских судахпресную и морскую воду с температурой до 100 °С, а также светлые и темные нефтепродукты условной вязкостью до 110 °Е и температурой не выше 65 °С.

Что такое роторно-поршневой насос?

Роторно-поршневой насос – это бескривошипный поршневой насос. В силу присущей им высокой равномерности подачи они широко применяются в судовых гидравлических системах с давлением до 40 МПа (400 кгс/см2).

В роторно-поршневом насосе рабочие органы выполнены в виде поршней (плунжеров), а вытесняемые объемы замыкаются вытеснителями в цилиндрических полостях вращающегося ротора (цилиндрового блока). Различают:

В радиально-поршневых насосах поршни движутся в одной плоскости, а цилиндры расположены звездообразно (рис. 5), причем их оси пересекаются в одной точке.

Конструкция радиально-поршневого насоса
Рис. 5 Схема радиально-поршневого насоса

Цилиндры такого насоса можно разместить в несколько рядов (от двух до шести), благодаря чему можно получить высокую производительность. Радиально-поршневые насосы изготовляют как в регулируемых, так и нерегулируемых по производительности вариантах.

Будет интересно: Насосы и системы трубопроводов

Для изменения производительности такого насоса смещают блок цилиндров относительно оси статора на величину e (см. рис. 5 выше). Изменением знака эксцентриситета e осуществляется реверс подачи жидкости насосом.

Принципиальная схема аксиально-поршневого насоса представлена на рис. 6.

Конструкция аксиально-поршневого насоса
Рис. 6 Принципиальная схема аксиально-поршневого насоса

На валу Z-Z под углом α к горизонтали жестко закреплен наклонный диск 1, который может вращаться вокруг оси Z-Z. Невращающаяся шайба 2 своими концами охватывает диск на периферии. Если диск 1 вращается вокруг оси Z-Z, шайба 2 будет совершать колебательные движения, все время оставаясь в плоскости вращающегося диска. Колеблющаяся шайба пространственными шарнирами 3 соединена со штоками поршней цилиндров 4, расположенных вокруг оси Z-Z и параллельно ей. Так как шайба лишена возможности вращаться, то, совершая колебательные движения, она заставляет штоки поршней через шарниры совершать возвратно-поступательные движения. Число цилиндров принципиально может быть каким угодно большим, а ход поршня будет определяться диаметром шайбы и углом наклона α. Для изменения производительности такого насоса изменяют угол наклона α путем поворота блока цилиндров или шайбы. Изменением знака угла α осуществляется реверс подачи жидкости насосом.

Расчетная производительность радиально-поршневого насоса, м3/мин, определяется как объем, описываемый его поршнями за единицу времени:

Qт=qn=πd2hzn4=πd2enz2,          Форм. 10

где:

Расчетную производительность аксиально-поршневого насоса Qт, м3/мин, можно вычислить с некоторым приближением по выражению:

Qт=qn=πd2znD tgα4,          Форм. 11

где:

Приведенное выражение будет справедливым лишь в случае, когда угол α равен нулю; в остальных случаях оси шатунов (между шайбой и штоком поршня) будут находиться по отношению к осям цилиндров под некоторым углом. Однако, принимая во внимание, что угол α обычно не превышает 30°, ошибка, вызываемая этим допущением, относительно невелика.

В отношении определения мощности бескривошипные насосы ничем не отличаются от насосов остальных типов и здесь сохраняются все положения, изложенные в пункте «Основы гидравлики и насосы судовых системОсновные параметры, характеризующие работу насоса».

Радиально-поршневые насосы выполняют для давлений 20-30 МПа (200-300 кгс/см2) и применяют в гидросистемах рулевых машин. Аксиально-поршневые насосы имеют по сравнению с радиальными преимущество: их масса при прочих равных условиях меньше массы радиальных примерно в два раза. Особенностью этих насосов является малый момент инерции, что имеет существенное значение при использовании их в качестве гидродвигателей (об обратимости гидромашин см. ниже).

В современном Технологическая подготовка производства в судостроениироссийском судостроении применяют унифицированные аксиально-поршневые насосы (регулируемые и нерегулируемые). Гидромашины данного типизированного ряда являются примером наиболее полной и совершенной унификации. В табл. 2 приведены основные технические характеристики насосов типа НК.

Таблица 2. Основные характеристики регулируемых насосов типа HK
Типоразмер (диаметр поршня, мм)Объемная постоянная, л/обНоминальная частота вращения, об/минНапор, МПа (кгс/см2)Производительность при номинальной частоте вращения, л/минМощность при номинальных параметрах, кВтМасса, кг
номинальныймаксимальный
200,05481 45020 (200)32 (320)802666
250,1071 45020 (200)32 (320)15551125
320,22597020 (200)32 (320)21871232
400,46897032 (320)35 (350)454235625
500,91573032 (320)35 (350)6683501 420
631,83056032 (320)35 (350)1 0255403 200

Указанные гидромашины аксиально-поршневые, бескарданные, их регулирование осуществляется изменением наклона блока цилиндров (рис. 7).

Конструкция гидромашин
Рис. 7 Конструкция унифицированных гидромашин типов НВ, НК, МГ:
а – регулируемых; б – нерегулируемых.
1 – корпус; 2 – крышка

Приводной вал вращается в массивных радиально-упорных сдвоенных шарикоподшипниках и заканчивается фланцем. Вращение блока цилиндров и возвратно-поступательное движение поршней в осевом направлении осуществляется с помощью штоков. Каждый шток имеет две сферические головки, одна из которых закреплена во вкладыше фланца приводного вала, а другая завальцована в поршне. Блок цилиндров, в котором расположены семь поршней, опирается на сферический распределитель на центральной оси, сферическая головка которой закреплена во фланце приводного вала. Другой конец оси вращается во втулке распределителя, где размещена пружина, обеспечивающая предварительное поджатие блока цилиндров к распределителю. Блок цилиндров гидростатически сбалансирован так, что между ним и распределителем постоянно сохраняется масляная пленка. Смазка поршней и головок штоков осуществляется непосредственно из рабочих камер по сверлениям в донышке поршней и штоках.

Регулируемые насосы поршневого типа выпускаются в корпусном исполнении (НК), т. е. в виде отдельного Монтаж агрегатированных механизмов на суднеавтономного агрегата, для которого корпус с отдельным подпитывающим баком служит масляной емкостью, и встраиваемыми (НВ), когда регулируемая часть насоса встроена в отдельный бак торцевым фланцем (обычно ее крепят вертикально на крышку бака). Гидромашины с постоянным рабочим объемом (МГ) изготовляют с углом наклона блока цилиндров 25° (рис. 7, б). Их используют как насосы постоянной производительности и как нерегулируемые гидродвигатели. Они имеют компактный корпус, используемый для сбора и отвода дренажных утечек.

Обратимость гидравлических машин. Гидромоторы

Объемные насосы, или насосы вытеснения, преобразуют механическую энергию, приложенную к их приводному валу, в энергию движения жидкости под давлением. В объемном насосе вытеснение жидкости из рабочих камер и заполнение ею всасывающих камер происходит в результате уменьшения и соответственно увеличения геометрического объема этих камер, герметически отделенных одна от другой.

Что такое объемный гидродвигатель?

Объемный гидродвигатель – это объемный насос, который используется для преобразования энергии потока жидкости в механическую работу на валу или штоке. В общем случае под объемным гидродвигателем понимают гидродвигатель кругового или прямолинейного движения, в котором преобразование энергии потока жидкости осуществляется в процессе перемещения под действием сил давления жидкости герметизирующего рабочего элемента (поршня, пластины и пр.) при заполнении жидкостью рабочей камеры.

Различают две группы объемных гидродвигателей:

Благодаря обратимости в качестве объемных насосов и гидромоторов могут использоваться одни и те же агрегаты.

Предлагается к прочтению: Топливные насосы клапанного типа

Гидромоторам, в отличие от насосов, свойственны некоторые специфические характеристики, такие как:

Расход рабочей жидкости у гидромотора равен производительности этой же гидромашины, работающей в режиме насоса, и определяется из формул 10 и 11.

Теоретический момент на валу гидромотора, Н·м, выражается зависимостью:

Mт=qp2π=0,159pq,          Форм. 12

или

Mт=0,159 pQтn,          Форм. 13

где:

Для привода большинства гидрофицированных Технические характеристики судовых палубных механизмовпалубных механизмов применяют радиально-поршневые гидромоторы типа ГРП с расходящимися поршнями. Их выполняют как с вращающимся корпусом, так и с вращающимся валом.

На рис. 8 приведена схема радиально-поршневого гидромотора с вращающимся корпусом.

Конструкция радиально-поршневого гидромотора
Рис. 8 Схема радиально-поршневого гидромотора

Благодаря специальной конфигурации копира 4 давление рабочей жидкости на поршни 6 вызывает появление тангенциальных усилий в корпусе гидромотора.

Поршни воздействуют на копиры через шатуны, снабженные игольчатыми подшипниками 3. Для разгрузки цилиндров от боковых усилий установлены специальные направляющие 5. Подвод и отвод рабочей жидкости из канала 1 к поршням осуществляется распределителем 2, позволяющим отключать половину поршней и увеличивать скорость вдвое при соответствующем снижении крутящего момента.

В табл. 3 приведены основные технические характеристики радиально-поршневых гидромоторов типизированного ряда.

Таблица 3. Основные характеристики радиально-поршневых гидромоторов
Индекс гидромотораОбъемная постоянная, л/обНоминальная частота вращения, об/минНапор, МПа (кгс/см2)Номинальный крутящий момент, Н·мНоминальная мощность на выходе, кВтМасса, кг
номинальныймаксимальный
С вращающимся валом
ГРП1,60,8В1,60,8326412,5 (125)17,5 (175)2 9001 45010200
ГРП1,51,25В2,51,25326412,5 (125)17,5 (175)4 5202 26025370
ГРП42В42326412,5 (125)17,5 (175)7 2603 63024530
ГРП6,33,15В6,33,15326412,5 (125)17,5 (175)11 4005 70037650
ГРП105В105326412,5 (125)17,5 (175)17 7008 850581 390
ГРП168В168326412,5 (125)17,5 (175)28 40014 200931 600
С вращающимся корпусом
4 0709,244,62326412,5 (125)17,5 (175)14 7007 35048546
6 07011,085,54275412,5 (125)17,5 (175)17 2008 60048768
ГРП2512,5К2512,5326412,5 (125)17,5 (175)41 00020 5001351 635

Аксиально-поршневые гидромоторы МГ описаны выше (см. рис. 7, б). Благодаря малому моменту инерции вращающихся масс эти гидромоторы применяются в качестве быстроходных гидроприводов на ряде Свойства и испытания материалов для судовых механизмовсудовых механизмов. Основные технические характеристики гидромоторов МГ приведены в табл. 4.

Таблица 4. Основные характеристики нерегулируемых насосов и гидромоторов типа МГ
Типоразмер (диаметр поршня, мм)Объемная постоянная,
л/об
Частота вращения, об/минНапор, МПа (кгс/см2)Расход при номинальной частоте вращения, л/минМощность при номинальных параметрах, кВтМасса, кг
номинальнаямаксимальнаяноминальныймаксимальный
120,0161 4505 00020 (200)32 (320)175,55,5
160,02811 4504 00020 (200)32 (320)411412,5
200,05481 4503 15020 (200)32 (320)802623
250,1071 4502 50020 (200)32 (320)1555144
320,2259702 00020 (200)32 (320)2187188
400,4689701 60032 (320)35 (350)454235215
500,9157301 25032 (320)35 (350)668350408
631,8305601 00032 (320)35 (350)1 025540800
Автор
Фрилансер

Список литературы
  1. Аристов Ю. К. Судовые вспомогательные механизмы. М., Речной транспорт. М., 1963.
  2. Арцыков А. П., Воронов В. Ф. Судовые вспомогательные механизмы. Л., Судпромгиз, 1963.
  3. Башта Т. М. Машиностроительная гидравлика. М., ГНТИМЛ, 1963.
  4. Богомольный А. Е. Судовые вспомогательные и рыбопромысловые механизмы. Л., Судостроение, 1971.
  5. Валдаев М. М. Гидравлические приводы судовых палубных механизмов. Л., Судостроение, 1973.
  6. Власьев Б. А., Резчик Ю. И. Судовые вспомогательные механизмы. Л., Судостроение, 1979.
  7. Колесников О. Г. Судовые вспомогательные механизмы и холодильные установки. М., Транспорт, 1964.
  8. Лукин Г. Я., Колесник Н. Н. Опреснительные установки промыслового флота. М., Пищевая промышленность, 1970.
  9. Попов Р. И. Судовые вспомогательные механизмы. М., Пищевая промышленность, 1970.
  10. Торбан С. С. Судовые и береговые промысловые установки и механизмы. М., Пищевая промышленность, 1972.
  11. Шмаков М. Г. Судовые устройства. М., Транспорт, 1971.
  12. Шмаков М. Г., Климов А. С. Якорные и швартовные устройства. Л., Судостроение, 1964.
  13. Юткевич Р. М., Савин К. А., Волегов В. А. Судовые сепараторы топлива и масла. Л., Судостроение, 1967.

Сноски

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Июнь, 05, 2025 304 0
5/5 - (4 голоса)
Добавить комментарий

Текст скопирован
Пометки
СОЦСЕТИ