Аксиально-поршневой насос от А до Я

Содержание статьи

1. Что такое аксиально-поршневой насос (определение)
2. Виды аксиально-поршневых насосов
3. Принцип работы, конструкция
4. Преимущества и недостатки эсплуатации, применимость аксиально-поршневых насосов (АПН)

Аксиально-поршневой насос - гидравлическое устройство, в котором механическая энергия преобразуется в энергию движущейся жидкости посредством работы несколько поршней, расположенных по кругу в блоке цилиндров. Последний вращается вокруг своей оси симметрии благодаря встроенному валу. Если имеет место обратное преобразование энергии жидкостного потока в механическую, в таком случае подобные конструкции именуются гидромоторами.

Аксиально-поршневой насос - устройство объемного типа, функционирующее за счет изменения объема рабочих камер, созданных в цилиндрическом блоке. Если сравнивать с радиально-поршневым насосом, у аксиально-поршневого рабочие камеры параллельны поршням и оси. При вращении цилиндрического блока поршнями изменяется объем рабочих камер. Соответственно, увеличение данного параметра приводит к всасыванию жидкости, а уменьшение - к ее высвобождению.

Виды аксиально-поршневых насосов

По структуре и характеру взаимодействия элементов конструкции можно выделить два вида аксиально-поршневых насосов (гидромоторов):

• с наклонным диском/шайбой (см. первый рисунок ниже);
• с наклонным блоком цилиндров (см. второй рисунок ниже);

В первом случае используются различного вида кулачки, а в случае наклонным блоком - шатуны.

Синхронизация движения осуществляется двумя способами:

• Практически всю нагрузку берет на себя блок шатунов (двойной силовой кардан);
• Вал объединен с этим блоком (двойной несиловой кардан).

Рабочий объем насоса может быть как регулируемым, так и нерегулируемым. В первом случае для этого используется наклонная шайба (диск).

Аксиально-плунжерный насос

Плунжерный насос в отличии от поршневого имеет иную конструкцию вытеснителя. Как несложно догадаться из названия, вместо поршня у такой гидравлической машины плунжер.

Во время движения плунжеров в цилиндрах аксиально-плунжерного насоса, попеременно всасываются и нагнетаются вовне потоки жидкости через специальные патрубки. Рабочая камера соединяется с ними с помощью окон распределительного механизма.

В чем отличие плунжера от поршня?

Поршень - деталь цилиндрической формы с уплотняющими элементами, двигающуюся внутри цилиндра.

Плунжер отличается от него соотношением длины и диаметра. У плунжера длина ощутимо больше, а поршень может быть широким и коротким.

Конструкция аксиально-поршневых насосов и гидромоторов

Гидронасос аксиально-поршневого типа упрощенно это следующие элементы:

• ведущий основной вал;
• распределительный механизм;
• поршни или плунжеры в составе блока цилиндров;
• шатуны или кулачки, связанные с ними (в зависимости от того, что применяется диск или наклонный блок).

Принцип работы аксиально-поршневых насовов (схожим образом и плунжерных) следующий: основной вал при вращении заставляет двигаться все поршни (или плунжеры) блока цилиндров возвратно-поступательно, параллельно оси блока. Несложно догадаться, что из-за такой направленности эти гидравлические машины и получили свое название (аксиальный, буквально и означает "расположенный на оси").

Если насос такого типа оснащен наклонным блоком цилиндров, то их приводной вал Т-образный. Корпус гидромашины в таком случае напоминает латинскую букву V. Всего поршеней в агрегате обычно не более 6-7, а угол наклонного блока цилиндров обычно в диапазоне 20-45°. В основе работы аксиально-поршневого V-образного насоса следующий принцип: поршни, соединенные с помощью шатунных механизмов с приводным валом, начинают вращать и наклонный блок цилиндров. При этом поршневые элементы совершают возвратно-поступательные движения, что приводит к изменению объема рабочих камер.

Перекачивание жидкости в таких насосах с наклонных блоком производится через отверстия в неподвижном распределительном устройстве. Благодаря своей уникальной конструкции рабочий объем камеры можно изменять. Это достигается за счет регулировки угла наклонного блока по отношению к оси приводного вала.

Рассмотрим теперь гидравлические насосы и гидромоторы аксиально-поршневого типа, оснащенные наклонным диском. В них блок цилиндров соосен с приводным валом и жестко с ним соединен. В проточках рабочей камеры перемещаются поршни, опираясь на торцевую сторону наклонного диска, монтируемого под углом к оси приводного вала. Принцип действия такого устройства заключается в следующем: вращаясь одновременно друг с другом вал и диск заставляют поршни во время возвратно-поступательных движений уменьшать и увеличивать объем соответствующей рабочей камеры.

При изменении объема рабочих камер происходит либо всасывание, либо выталкивание прокачиваемой насосом жидкости. Можно ли по регулировать параметры потока такой гидравлики? Да, можно. Достигается это за счет смены угла рабочей поверхности наклонного диска. Более того, изменение направления угла наклонного диска по отношению к оси приводного вала на противоположное приведет к реверсу подачи жидкости. Насосы такого типа устанавливаются в гидравлических высоконагруженных системах.

Важно помнить!

Для обеспечения надежной эксплуатации и снижения риска возникновения неисправностей блока цилиндров, распределительный механизм необходимо плотно сцеплять с блоком цилиндров, а окна отделяют друг от друга с помощью уплотнителей.

Стоит отметить, что дроссельные канавки, расположенные на внутренней поверхности окон распределительного механизма, снижают риски повреждения от гидравлических ударов со стороны трубопроводной системы. Также это позволяет плавно регулировать давление рабочей жидкости в цилиндрах.

Преимущества и недостатки эсплуатации, применимость АПН

Аксиально-поршневые насосы и гидромоторы по сравнению с радиальными и паровыми гидромашинами имеют следующие преимущества:

• они мощные и производительные при более компактных размерах и меньшем весе;
• хорошие показатели энергоемкости (отношение выходной мощности к единице массы в диапазоне 1,5-5 кВт/кг);
• небольшой момент инерции благодаря небольшому весу;
• возможно работа как в режиме насоса, так и в обратном направлении, с функциями гидромотора;
• простота регулирования частоты вращения выходного вала в диапазоне от 600 до 4000 оборотов в минуту;
• высокий показатель рабочего давления, доходящем до 35–40 мПа;
• возможность изменения объема рабочей камеры простыми средствами;
• высокая герметичность благодаря небольшим зазорам поршней АПН;
• возможность регулирования потока рабочей среды;
• быстроходность (частота вращения вала при специальном исполнении может достигать 25000 об/мин);
• высокий показатель КПД в диапазоне 90-95%.

Не лишены аксиально-поршневые насосы и недостатков. Вот некоторые из них:

• дороговизна;
• эксплуатация должна проходить согласно инструкции, так как такие гидромашины довольно ненадежны, и можно столкнуться с неэффективность их работы;
• затруднен ремонт по причине сложной конструкции насоса, также нередки поломки;
• неравномерность расхода из-за большой пульсации жидкости, подаваемой в систему;
• по этой же причине гидравлика такого типа может работать некорректно на трубопроводах;
• повышенная шумность работы;
• необходимость использования фильтров с микронными ячейками из-за критичной зависимости от загрязнений.

Говоря об эксплуатации аксиально-поршневых насосов, стоит и упомянут их собратьев - гидромоторы. Принцип его работы такой же, как и у АПН. Только всё происходит в обратном порядке. Т.е. рабочая жидкость подается в гидромотор, двигает его поршни, а уж они начинают вращать вал.

Применяют аксиально-поршневые гидромоторы и насосы не один десяток лет. Сегодня уже немыслимо представить многие сферы жизнедеятельности человека без них. В частности, регулируемые аксиально-поршневые гидромоторы устанавливают на на экскаваторах, строительных кранах на автомобильной платформе и различных погрузчиках.