Транспортирование жидкостей - Поршневые насосы

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Насосы
1.1. Назначение. Основные параметры.
1.2. Классификация насосов
1.2.1. Роторные насосы
1.2.3. Возвратно-поступательные насосы
2. Поршневые насосы
2.1. Классификация поршневых насосов.
2.2. Устройство и принцип действия.
2.3. Преимущества и недостатки поршневых насосов. Сфера применения.
3. Технологический расчет
Заключение
Литература
ВВЕДЕНИЕ.
Транспортные потоки – кровь экономики. В этом плане трубопроводный транспорт – особый, уникальный вид транспорта, в котором пути, транспортные средства и силовые установки являются единым целым. Результат – трансляция жидких, газообразных или твёрдых продуктов на любые расстояния без упаковки, тары и погрузочно-разгрузочных работ.
Преимущества трубопроводного транспорта очевидны. Как уже сказано, для переправки грузов по трубопроводам не требуются расходы на тарный и упаковочный материал, затраты на оплату услуг грузиков, упаковщиков, сортировщиков. При эксплуатации трубопроводов нет проблем возврата порожних контейнеров, загрузки транспортного средства в обратном направлении; для трубопроводного транспорта отсутствует понятия переполнения и недозаполненности. Он обеспечивает высокую скорость перемещения грузов. Он функционирует круглогодично и круглосуточно. Стабильность и надежность его работы не зависят ни от особенностей рельефа, как у наземного транспорта, ни от климатических условий и метеорологической обстановки, как у воздушного и водного. Для трубопроводного транспорта характерны отсутствие потерь материалов в ходе транспортировки, возможность широкой механизации и автоматизации транспортного процесса. При условии проектирования, строительства и эксплуатации газопроводов и нефтепроводов на современном технологическом и техническом уровне с соблюдением жесткой экологической дисциплины трубопроводный транспорт – самый экологически чистый вид транспорта.
Перемещение жидкостей и газов в промышленности осуществляется в основном по трубопроводам. Различают магистральные и промышленные трубопроводы. В систему трубопроводного транспорта входят: 1)трубопроводы; 2) резервуары-хранилища; 3) транспортирующие машины, которые в случае перемещения жидкостей называются насосами, а при перемещении газов - компрессорами.
Применяемые в различных отраслях промышленности жидкости и газы часто необходимо транспортировать по трубопроводам как внутри предприятия (для подачи в аппараты и установки, из цеха в цех и т. п.), так и вне его (для подачи исходного сырья или готовой продукции и т. п.). Движение жидкостей по трубопроводам и через аппараты связано с затратами энергии. В некоторых случаях, например при движении с более высокого уровня на более низкий, жидкость перемещается самотеком, т. е. без затрат внешней энергии, вследствие преобразования части собственной потенциальной энергии в кинетическую. При перемещении жидкости по горизонтальным трубопроводам и с низшего уровня на высший применяют насосы.
В настоящее время насосы разнообразных конструкций широко используются быту и в промышленности. Они применяются при транспортировании жидкостей по трубопроводам в том случае, когда требуется сообщить жидкости напор, необходимый для подъема ее на заданную высоту, для преодоления гидравлических сопротивлений в трубопроводах, а в некоторых случаях и для преодоления разности давлений на концах трубопровода.
Роль насосов особенно значительна на тех предприятиях, где различные жидкости участвуют в технологическом процессе в качестве исходных вспомогательных материалов, промежуточных и окончательных продуктов. Здесь насосы должны обеспечить бесперебойную работу заводской аппаратуры, транспортируя жидкости по предприятию.
Необходимость освоения новых технологических процессов в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и пищевой промышленности потребовала применения специального насосного оборудования для перекачивания различных жидкостей в широком диапазоне подач и давлений. С переходом на непрерывные процессы насосы, помимо транспортирования жидкостей, в ряде случаев должны выполнять функции регулятора самого процесса. В этих условиях значительно возросла роль насосов объемного типа – класса, к которому принадлежат и поршневые насосы, являющиеся предметом изучения и исследования в нашей курсовой.
1. Насосы.
1.1. Назначение. Основные параметры.
Насос - это гидравлическая машина, позволяющая преобразовать механическую энергию приводного двигателя в энергию потока жидкости. За счет переданной энергии жидкость может пониматься на заданную высоту, перекачиваться на значительные расстояния или циркулировать в рабочем контуре.
Основные параметры, характеризующие работу насосов.
Работа любого насоса независимо от его принципа действия характеризуется несколькими параметрами. Основными из них являются:
- подача (производительность),
- напор,
- мощность,
- коэффициент полезного действия,
- частота вращения.
Подача насоса - расход жидкости через его напорный патрубок.
Измеряется, как правило, в л/мин или м3/ч, то есть указывается объем жидкости, который прошел через напорную линию насоса. Такую подачу насоса называют объемной. Также подачу можно указать в единицах массы за определенный промежуток времени, например кг/мин, такую подачу называют массовой. Особенно часто понятия объемной и массовой подачи или расхода применяются при работе с газом. Для жидкости, как правило, указывается только объемная подача.
Напор. Под напором понимается максимальная высота, на которую сможет подняться жидкость под воздействием внешней кинетической энергии жидкости, разности высот и статического давления. Напор характеризует удельную энергию, которая сообщается насосом единице веса перекачиваемой жидкости. Этот параметр показывает, на какую величину возрастает удельная энергия жидкости при прохождении ее через насос, и определяется с помощью уравнения Бернулли.
Напор можно представить как высоту, на которую может быть поднят 1 кг перекачиваемой жидкости за счет энергии, сообщаемой ей насосом.
Величина напора представляет собой сумму статического и динамического напоров.
Статический напор - это высота подъема жидкости. Она определяется как разница в геодезическом уровне между выпускным патрубком и наивысшей точкой гидросистемы, в которую необходимо подать жидкость.
Hст = (ρн - ρв)/ρg + (zн - zв),
где
рн – давление в напорном патрубке;
ρв- давление во всасывающем патрубке;
ρ – плотность перекачиваемой жидкости;
g – ускорение свободного падения;
zн и zв– соответственно, высота жидкости в напорном и всасывающем патрубках.
Динамический напор определяется по формуле: Hд = (vн2 - vв2)/2g.
Для насосов объемного типа в качестве основного параметра обычно указывают не напор H, а создаваемое ими полное давление р. Между давлением и напором существует зависимость: p = ρgH.
Мощность представляет собой количество энергии, которая подводится к двигателю насоса от однофазной или трехфазной сети электроснабжения. Понятно, что часть данной энергии при этом теряется на преодоление сил трения, различных местных сопротивлений.
Таким образом, различают потребляемую и полезную мощности.
Потребляемой мощностью насоса называют энергию, подводимую к нему от двигателя за единицу времени.
Полезная мощность – это то количество энергии, которое затрачивается на непосредственное перекачивание жидкости. В общем случае её определяют как произведение подачи на давление на выходе насоса.
Nп = QρgH ,
где
Q – величина объемной подачи;
ρ - плотность перекачиваемой жидкости.
Коэффициент полезного действия (КПД).
Потери энергии в насосе характеризуются его к. п. д. η, представляющим собой соотношение полезной и затраченной мощности,
η = Nп/N
КПД можно представить в виде произведения значений гидравлического, объемного и механического коэффициента полезного действия: η = ηгηоηм.
Гидравлический к. п. д. Гидравлические потери (потери на преодоление гидравлического сопротивления подвода, рабочего колеса и отвода, потери напора) оцениваются гидравлическим КПД ηг, который равен отношению действительного напора насоса к теоретическому.
Объемный к. п. д. Объемные потери (потери энергии жидкости из-за разницы давлений на входе и выходе рабочего колеса, потери производительности при утечке жидкости через зазора насоса) оценивают объемным КПД ηv, равным отношению действительной производительности насоса Q к теоретической Qт.
Механический к.п.д. Величина механических потерь (потери на трение в подшипниках, в уплотнениях, трение поверхности рабочих колес о жидкость) оценивается механическим КПД ηм, который равен отношению оставшейся после преодоления механических сопротивлений гидравлической мощности к мощности, потребляемой насосом.
При выборе насоса учитывают именно суммарный показатель КПД.
Частота вращения. В качестве данного параметра принимается количество оборотов вала насоса в единицу времени (об/мин). Назначение или выбор частоты вращения зависит от ряда условий, таких, как тип насоса и его двигателя, ограничения по массе и габаритным размерам, требования в отношении экономичности и некоторые другие параметры.
1.2. Классификация насосов
В связи с широкими областями применения и большим разнообразием конструкций классификация насосов является непростой задачей, не имеющей однозначного решения. Вследствие этого насосы классифицируются по различным признакам. Наиболее распространенной является классификация насосов по принципу работы. Согласной этой классификации все многообразие конструкций насосов можно разделить на два основных класса: объемные и динамические.
Динамический насос - это гидравлическая машина, в которой жидкость перемещается под силовым воздействием в камере, постоянно сообщающейся с входом и выходом насоса. Перекачивание жидкости в динамических насосах осуществляется, как правило за счет сил инерции (в лопастных) или трения (в насосах трения).
Объемный насос - это гидравлическая машина, в которой передача энергии жидкости осуществляется за счет изменения объема рабочей камеры. Рабочей камерой объемного насоса называют герметичное ограниченное пространство, попеременно сообщающееся с с линиями нагнетания и всасывания - входом и выходом насоса. Вытеснителем называется рабочий орган насоса, который совершает вытеснение жидкости из рабочих камер (шестерня, винт, пластина, плунжер, поршень, диафрагма и др.).
Внутри каждого из классов можно выделить несколько групп и подгрупп по различным признакам.
Объемные
Возвратно-поступательные
ПоршневыеПлунжерныеДиафрагменныеВращательные (роторные)
Роторно-поступательные
Шиберные
ПластинчатыеРоторно-поршневые
Радиально-поршневыеАксиально-поршневыеРоторно-вращательные
ВинтовыеЗубчатые
ШестеренныеШланговые (перистальтические)Динамические
ЛопастныеОсевыеДиагональныеЦентробежныеТрения
ВихревыеДисковыеШнековыеЛабиринтныеСтруйныеЭрлифтыРассмотрим подробнее классификацию объёмных насосов, поскольку предмет нашего рассмотрения – поршневые насосы - принадлежат к этому классу.
Класс объемных насосов подразделяется на две большие группы: роторные (вращательные) и возвратно-поступательные.
1.2.1. Роторные насосы
Роторный насос — это объемный насос, в котором вытеснение жидкости производится из перемещаемых рабочих камер в результате вращательного или вращательного и возвратно-поступательного движений рабочих органов - вытеснителей.
В роторных насосах взаимодействие рабочего органа с жидкостью происходит в подвижных рабочих камерах, которые попеременно соединяются с полостями всасывания и нагнетания. Это дает возможность исключить из конструкций насосов клапаны. Отсутствие клапанов позволяет иметь у роторных насосов значительно большую быстроходность, т. е. число рабочих циклов в единицу времени. Кроме того, это обеспечивает роторным насосам и второе отличие от поршневых насосов — обратимость, т. е. практически любой роторный насос может быть использован в качестве гидродвигателя.
По характеру движения рабочих органов (вытеснителей) роторные насосы разделяют на роторно-вращательные и роторно-поступательные. Рабочий орган роторных насосов первого типа, как следует из самого названия, совершает только вращательные движения, в установках второго типа это движение комбинированное: как вращательное, так и поступательное.
Роторно-вращательные насосы в зависимости от конструктивного исполнения рабочего органа и принципа действия подразделяются на зубчатые и винтовые. В зубчатых насосах рабочие камеры с жидкостью перемещаются в плоскости, перпендикулярной к оси вращения ротора, в винтовых насосах — вдоль оси вращения ротора.
В свою очередь, зубчатые насосы подразделяются на шестеренные, коловратные и шланговые.
В шестеренных насосах (наиболее распространенных из зубчатых) рабочими органами служат шестерни, которые обеспечивают геометрическое замыкание рабочих камер и передают крутящий момент (рис. 1, а, б).
Принцип действия шестеренных агрегатов зависит от вида рассматриваемого оборудования. В производственной практике используются: агрегаты с наружным и внутренним зацеплением.
Принцип работы шестеренного насоса с наружным зацеплением обусловлен его конструкцией. Ведущая шестерня в таком агрегате находится с ведомой в тесной стационарной связке. Вращаясь, она активирует вращение ведомой шестерни в противоположном направлении. Движение приводит к образованию у входного отверстия зоны разреженного воздуха, что обеспечивает высокую мощность всасывания перекачиваемой среды. Попадая в рабочую камеру, жидкость перемещается вдоль стенок корпуса между зубьями рабочего органа к зоне нагнетания. Под напором она выталкивается в нагнетательный трубопровод.
Шестеренный насос с внутренним зацеплением имеет несколько иную конструкцию. В нем ведущая шестерня запускается посредством электродвигателя. Аналогично вращается и внешнее колесо. Проемы между зубьями шестерен в процессе вращения освобождаются, повышая давление в рабочей камере. За счет этого происходит всасывание перекачиваемой среды и ее перемещение к нагнетательному патрубку.
Шестеренный насос с наружным зацеплением применяется для работы с жидкостями повышенной вязкости, с внутренним – с разными типами жидкостей. Последний вариант характеризуется более компактными размерами.
Под коловратным насосом понимается зубчатый насос с рабочими органами в виде роторов, обеспечивающих только геометрическое замыкание рабочей камеры, а вращающий момент с ведущего ротора на ведомый передает шестеренная пара, расположенная вне корпуса насоса (рис.1, г, д).
В шланговом насосе рабочим органом является упругий шланг, пережимаемый вращающимися роликами (рис. 1, е). Жидкость в шланговом насосе находится внутри гибкой трубки, которая расположена внутри корпуса чаще по дуге, хотя уже разработаны и линейные перистальтические насосы. Ротор с несколькими роликами или кулачками, сжимает гибкую трубку в местах контакта. При вращении ротораобразовавшиеся запертые части - камеры гибкой трубки, в которых заперта жидкость, перемещаются от точки всасывания к каналу нагнетания, таким образом осуществляется перекачивание жидкости. Благодаря упругости, трубка после контакта с роликом вновь приобретает первоначальную форму, а значит готова для приема новой порции жидкости.
Шланговые насосы используются для перекачивания чистых, стерильных или агрессивных жидкостей, т.к. эти жидкости контактируют только с упругой трубкой. В этих насосах отсутствуют резиновые уплотнения, которые могут быть несовместимы с перекачиваемой жидкостью.

Рис. 1. Принцип действия зубчатых насосов
Винтовым, или червячным называют объемный роторный насос, в котором жидкость перемещается посредством нагнетания напора рабочими органами - винтовыми роторами.
По количеству винтов различают следующие типы насосов:
одновинтовые
двухвинтовые
трехвинтовыемноговинтовые
У одновинтовых рабочим органами является винт, размещенный неподвижной обойме. У двухвинтовых насосов рабочая камера образована двумя винтами, расположенными в неподвижной обойме. Рабочими органами трехвинтовых насосов насоса являются три двхузаходных винта с циклоидальным зацеплением. В многовинтовых насосах рабочая камера образована, находящимися в зацеплении, четырьмя (или более) винтами и неподвижной обоймой.
Рис. 2. Винтовой насос
Среда в винтовом насосе движется вдоль оси ротора внутри рабочей камеры по канавкам, которые образуются самим винтом и корпусом оборудования. Поскольку винтовые выступы соприкасаются с корпусом или заходят в канавки расположенного тут же смежного ротора в рабочей камере образуется замкнутое пространство. Это исключает движение среды в обратном направлении. В связи с тем, что камеры разделены линиями контакта, вытеснение жидкости происходит непрерывно. Благодаря этому, винтовые насосы обеспечивают подачу жидкости с низкими пульсациями расхода и давления.
Ключевое достоинство этого оборудования состоит в возможности перекачивать даже высоковязкие среды, а также, пар или газ.
Роторные насосы поступательного типа делятся на шиберные, или пластинчатые, и роторно-поршневые (роторно-плунжерные).
В шиберных насосах рабочим органом является вращающийся ротор, в продольные прорези на корпусе которого вставляются специальные пластины, называемые шиберами. Эти пластины могут свобод перемещаться в радиальном направлении, располагаясь внутри посадочных пазов. Центробежная сила, образуемая вращением, выдвигает пластины так, чтобы их торцевая часть вплотную соприкасалась со стенками рабочей камеры. Пластины при этом скользят по поверхности стенок, перемещая перекачиваемую устройством среду. Ось ротора в таких насосах не тождественна оси цилиндрического корпуса, в котором он совершает вращательное движение. Рабочая камера пластинчатых насосов формируется двумя расположенными рядом шиберами, самим ротором и внутренними стенками корпуса.

Рис. 3. Принцип работы шиберного насоса
Шиберные насосы нашли свое применение в работе с жидкими средами, которые имеют свойство загустевать и становиться вязкими в случае изменения температурного режима, поскольку корпус пластинчатого насоса имеет специальную рубашку, которая обеспечивает качественную термоизоляцию и не позволяет перекачиваемой жидкости менять свои свойства. Наличие пластин, в свою очередь, позволяет использовать оборудование в перекачке среды, содержащей в составе нерастворимые примеси, абразивные материалы (в том числе, смолы и клеевые смеси). Оборудование характеризуется высокой мощностью всасывания и способностью осуществлять перекачку в двух направлениях.
В роторно-поршневых насосах вытеснители обычно выполнены в виде поршней или плунжеров, которые совершают одномоментное вращательное и поступательное движение внутри корпуса устройства, а рабочие камеры ограничиваются вытеснителями в цилиндрических полостях ротора. Отличие таких роторных машин от обычных поршневых заключается в том, что они могут работать и как насосы, и как гидравлические моторы, то есть обладают обратимостью.
Вытеснители могут располагаться радиально или аксиально по отношению к оси вращения ротора. Следовательно, подгруппа роторно-поршневых насосов подразделяется на два вида: аксиально-поршневые и радиально-поршневые.
Аксиально-поршневым называют роторный поршневой насос, у которого ось вращения ротора параллельна осям рабочих камер и вытеснителей или составляет с ними угол менее 45°.
По виду кинематических схем конструкции различают аксиально-поршневые насосы:
с наклонным диском - кулачковыйс наклонным блоком – шатунный.
У первых — ось вращения ведущего вала и ось ротора пересекаются, образуя угол; у второй разновидности насосов оси ведущего вала и ротора совпадают.
По возможности регулирования рабочего объема:
регулируемые;
нерегулируемые
В радиальных роторно-поршневых насосах ось вращения ведущего звена перпендикулярна оси рабочих органов или составляет с ними угол более 45.
Различают несколько типа радиально-поршневых насосов.
По количество ходов поршня за один оборот:
одноходовые;
многоходовые.
По механизму распределения:
с цапфовым распределением;
с клапанным распределением.
По типу конструкции:
с эксцентриковым валом;
с эксцентриковым ротором.
1.2.2. Возвратно-поступательные насосы.
Возвратно-поступательный насос – это объёмный насос с прямолинейным возвратно-поступательным движением рабочих органов независимо от характера движения ведущего звена насоса.
Такие насосы состоят из цилиндра, в который набирается жидкость в процессе всасывания; рабочего органа, который, двигаясь в цилиндре, осуществляет всасывание и нагнетание; клапанов, управляющих ходом работы насоса; всасывающего и нагнетательного патрубков. В насосах этого типа силовое взаимодействие рабочего органа с жидкостью происходит в неподвижных рабочих камерах, которые попеременно сообщаются с полостями всасывания и нагнетания за счет впускного и выпускного клапанов. Перемещение жидкости в насосах происходит в результате осевого движения поршня или мембраны в цилиндре насоса, который через всасывающий и нагнетательный клапаны периодически соединяется с подводящим и напорным трубопроводами. При увеличении рабочего объема насоса вследствие движения поршня или мембраны жидкость всасывается через всасывающий клапан или вентиль, а при обратном ходе поршня из-за уменьшения рабочего объема через нагнетательный клапан или вентиль вытесняется в напорный трубопровод.
Возвратно-поступательные насосы имеют два отличия, которые во многом определяют их свойства и параметры. Первым из них является неподвижность рабочей камеры относительно корпуса насоса. Второе отличие - наличие впускного и выпускного клапанов, которые служат для соединения рабочей камеры с полостями всасывания и нагнетания.
В качестве рабочего органа (вытеснителя) в возвратно-поступательных насосах используется поршень, плунжер или гибкая мембрана (диафрагма). В связи с этим они подразделяются на поршневые, плунжерные и мембранные (диафрагменные).
Возвратно-поступательные насосы также делятся по способу привода вытеснителя на прямодействующие и вальные. Привод прямодействующего насоса осуществляется за счет возвратно-поступательного воздействия непосредственно на вытеснитель. Примером такого насоса может служить простейший садовый насос. Привод вального насоса осуществляется за счет вращения ведущего вала с преобразованием вращательного движения в возвратно-поступательное движение при помощи кулачкового или кривошипно-шатунного механизма.
Плунжерным называют объемный насос, у которого рабочие органы (плунжеры) совершают возвратно-поступательное движение. Рабочий орган насоса - плунжер представляет собой полый цилиндр, который вытесняет жидкость из камеры. Плунжерный насос иногда называют скальчатым.
Рис.4. Плунжерный насос
Принцип действия. Шатунный механизм приводит в движение цилиндрический плунжер, установленный в камере. При перемещении плунжера вправо, объем рабочей камеры увеличивается, давление в ней падает, под действием внешнего давления напорный обратный клапан закроется, а всасывающий - откроется. Жидкость благодаря создавшему в рабочей камере разряжению, начинает поступать от источника в полость насоса через линию всасывания. При перемещении плунжера влево объем рабочей камеры уменьшается, давление в ней - возрастает. Под действием давления напорный клапан откроется, а всасывающий - закроется. Жидкость из рабочей камеры вытесняется в напорную линию и поступает к потребителю. После достижения поршнем крайнего положения цикл повторится.
Мембранный (диафрагменный) насос - это насос объемного типа, в котором изменение рабочего объема осуществляется за счет деформации упругой диафрагмы.
Мембрана или диафрагма изготавливается и резины, тефлона или другого упругого, износоустойчивого материала.
Рис. 5. Мембранный (диафрагменный) насос
Принцип работы мембранного насоса основан на изменении внутреннего объема камеры за счет движения эластичной диафрагмы (эластичной мембраны), расположенной на внутренней стенке камеры. Когда мембрана выгибается в противоположную от центра камеры сторону, её объем становится больше. Вследствие этого процесса внутри формируется область пониженного давления. Насос всасывает внутрь порцию перекачиваемой среды. Обратное движение диафрагмы уменьшает объем камеры. Это приводит к выталкиванию среды наружу с противоположной стороны.
Разделение лини всасывания и нагнетания в мембранных насосах осуществляется с помощью обратных клапанов: впускного и выпускного. Они функционируют одновременно, но зеркально друг другу:
- в процессе всасывания перекачиваемой среды впускной клапан открывается, что позволяет жидкости попасть внутрь рабочей камеры, а выпускной остается закрытым (это позволяет сохранить низкое давление внутри мембранного насоса);
- в процессе выталкивания открывается выпускной клапан, а впускной в этот момент закрывается.
Такая работа клапанов исключает риск возврата перекачиваемой жидкости.
Мембранные насосы обладают всеми достоинствами объемных гидромашин:
герметичностью рабочей камеры,
способностью к самовсасыванию,
независимостью давления от подачи,
высоким КПД,
жесткостью характеристик.
При этом в мембранных машинах отсутствуют прецизионные пары, элементы, установленные с малыми зазорами (поршни плунжеры), это позволяет использовать насосы этого типа для перекачивания агрессивных, загрязненных жидкостей.
Для мембранных носов, характерны и некоторые недостатки объемных гидромашин:
пульсации подачи
износ подвижного элемента - мембраны (диафрагмы)
Поршневые насосы будут предметом нашего подробного изучения в следующей главе.
2. Поршневые насосы.
Поршневой насос по своей сути представляет собой объемную гидромашину, в которой вытеснение жидкости производится поршнями, совершающими возвратно-поступательные движения. Такие машины  являются необратимыми, так как имеют  клапанную систему распределения.
2.1. Классификация поршневых насосов.
Существуют различные классификации поршневых насосов, которые учитывают конструктивные особенности поршневых насосных установок, особенности функционирования агрегатов, вид жидкости с которой работает насос, показатель быстроходности рабочего органа и создаваемого рабочего давления. Ниже изложены некоторые принципы классификации поршневых насосов.
Разновидности и типы поршневых насосов
По роду привода поршневые насосы могут иметь ручной и механический привод.
Ручные насосы — это насосы, у которых движение поршня осуществляется с помощью рукоятки вручную.
Насосы, имеющие механический привод подразделяются, в свою очередь, на два вида:
- приводные насосы, у которых вращательное движение приводного вала преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня при помощи кривошипно-шатунный механизм от двигателя (привода), который располагается отдельно и соединяется с насосом посредством передачи;
- насосы прямого действия, в которых возвратно-поступательное движение поршня насоса обеспечивается посредством штока напрямую от гидравлического (пневматического) цилиндра паровой машины, являющейся вместе с насосом единым агрегатом.
.На рисунке 6 приведена схема приводного насоса, у которого приводная часть состоит из крейцкопфа 1, шатуна 2 и кривошипного вала 3. Кроме этих частей, для снижения числа ходов поршня в приводной части обычно имеется редуктор.


Рис. 6. Схема приводного насоса
На рисунке 7 представлена схема прямодействующего насоса, у которого приводная часть представляет собой паровую машину, состоящую из парового цилиндра 1, поршня 2 со штоком 3, непосредственно соединенным со штоком гидравлической части насоса, и золотниковой коробки распределения пара 4. В качестве двигателя прямодействующего насоса могут быть применены также гидравлические силовые цилиндры и пневмоцилиндры.

Рис. 7. Схема прямодействующего насоса
В зависимости от расположения осей цилиндра насосы бывают:
- горизонтальные;
- вертикальные.
В соответствии с кратностью действия (числом подач жидкости за один двойной ход поршня) поршневые насосы бывают следующих видов:
- поршневой насос одинарного (одностороннего) действия;
- поршневой насос двойного (двустороннего) действия;
- поршневой насос дифференциального действия (дифференциальный насос).
Насосы одинарного действия имеют одну рабочую полость. В этом случае один ход поршня сопровождается всасыванием жидкости, а другой — нагнетанием (рис. 8,а)
Насос двойного действия оснащен двумя рабочими камерами по обе стороны цилиндра, где находятся нагнетающие и всасывающие клапаны. Каждый ход поршня сопровождается процессами всасывания и нагнетания (рис. 8,б). Благодаря этому за один оборот коленчатого вала поршень подает удвоенный объем перекачиваемой жидкости, что обеспечивает большую равномерность работы, чем у насосов одиночного действия.
Дифференциальный поршневой насос является насосом двойного действия и также оснащен двумя рабочими камерами, но одна из них не имеет клапанов, а другая имеет всасывающий и рабочий клапан. При ходе поршня вправо совершается один процесс всасывания и два процесса нагнетания. При ходе вправо жидкость нагнетается из камеры Б, а при ходе влево из камеры А часть жидкости протекает в камеру Б, а другая — в напорный трубопровод, улучшая равномерность ее поступления (рис. 8,в).
Если в насосе двойного действия каждая камера работает в качестве насоса одинарного действия, то в дифференциальных насосах в правой рабочей камере Б, используемой как вспомогательная, отсутствуют клапаны, но за счет ее наличия подача жидкости не зависит от движений поршня.

Рис. 8. а, б, в. Схема насосов одинарного, двойного, дифференциального действия.По характеру движения ведущего звена:
- прямодействующие, в которых ведущее звено совершает возвратно-поступательное движение (паровые прямодействующие);
- вальные, в которых ведущее звено вращается (кривошипные, кулачковые).
Кулачковый насос имеет один цилиндр, в котором рабочий орган активируется посредством кулачка, а возвращается в первоначальную позицию посредством пружины. Данный тип насосов неравномерно подает жидкость, но компактен по своей конструкции. В кулачковых насосах цилиндры имеют радиальное расположение, а оси пересекаются в общем центре. Башмаки сокращают контактное давление между вытеснителем и кулачком.
Кулачковые насосы способны нагнетать высокое давление и поэтому используется в гидропроводах, при нагнетании жидкости в гидропрессах и как топливные насосы в составе дизельных двигателей.
По конструкции поршня насосы могут быть:
- дисковые;
- плунжерные;
- шаровые.
По роду перекачиваемой жидкости:
- водяные;
- масляные;
- рассольные;
- топливные.
По числу цилиндров выпускают:
- одноцилиндровые;
- двухцилиндровые;
- трехцилиндровые;
- многоцилиндровые.
По быстроходности рабочего органа (частоте вращения поршня):
- тихоходные (малооборотные) - с числом двойных ходов поршня до 80 об/мин;
- нормальные - до 150 об/мин;
- быстроходные - до 350 об/мин;
- высокооборотные - до 750 об/мин.
По развиваемому давлению:
- малого давления Р < 1МПа;
- среднего давления Р = 1...10МПа;
- высокого давления Р > 10МПа.
По количеству подаваемой жидкости:
- насосы малой подачи - до 20 м3 /час;
- насосы средней подачи - 20 - 60 м3/час;
- насосы большой подачи свыше - 60 м3 /час.
2.2. Устройство и принцип действия.
Самыми первыми гидравлическими машинами, преобразующими механическую энергию движения поршня в механическую энергию жидкости и известными еще до нашей эры, были именно поршневые насосы. Претерпевая различные изменения и дополнения, принцип их действия не менялся с тех самых пор.
Заключается он в следующем: совершая поступательное движение, поршень создает разрежение воздуха в рабочей камере, за счет чего в камеру и всасывается жидкость из подводящего трубопровода. При обратном движении поршня жидкость из рабочей камеры выталкивается в нагнетающую магистраль. Поршневые насосы, как уже говорилось, оснащаются клапанным механизмом, основная задача которого состоит в том, чтобы не дать перекачиваемой жидкости попасть обратно во всасывающий канал в тот момент, когда она выталкивается в нагнетательную магистраль (рис.9).

Рис. 9. Принцип работы одностороннего поршневого насоса
Устройство поршневых насосов рассмотрим на примере одноцилиндрового поршневого насоса простого действия (рис. 10).
Насос состоит из цилиндра 6, в котором поршень 5 совершает возвратно-поступательное движение (из положения а в положение б и обратно). Движение поршню передается через шток 4 от вращающегося кривошипа 1, приводящего в движение шатун 2, который преобразует вращательное движение кривошипа в возвратно-поступательное движение ползуна 3 . В клапанной коробке размещены всасывающий 11и нагнетательный 9 клапаны, которые соединяют полость цилиндра с всасывающим 10 и напорным 8 трубопроводами. При движении поршня из положения а (левого «мертвого» положения) в положение б (правое «мертвое» положение) в цилиндре создается разрежение, под влиянием которого жидкость заполняет всасывающую трубу, поднимает всасывающий клапан и заполняет пространство цилиндра слева от поршня. К моменту прихода поршня в положение б цилиндр окажется заполненным жидкостью.

Рис.10. схема поршневого насоса одностороннего действия.
1 — кривошип; 2 —шатун; 3 –ползун; 4- шток; 5- поршень; 6 –цилиндр; 7- рабочая камера; 8- напорный трубопровод; 9 – нагнетательный клапан; 10 – всасывающий трубопровод; 11- всасывающий клапан.Все это время нагнетательный клапан остается закрытым, так как на него сверху давит столб жидкости в нагнетательной трубе, а под клапаном образуется разрежение. Достигнув положения б, поршень останавливается и затем начинает движение влево, оказывая давление на воду, заполняющую цилиндр. В результате этого всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный открывается и пропускает жидкость в нагнетательный трубопровод.
По достижении поршнем левого «мертвого» положения жидкость, заполнявшая цилиндр на участке его от а до б, окажется полностью вытесненной в трубопровод (оба клапана при этом закрыты). В следующее мгновение поршень возобновит движение вправо. Рабочий процесс в цилиндре повторится.
Из принципа действия поршневого насоса выявляются особенности его конструкции:
- рабочая камера (цилиндр) изолирована от подводящего и напорного трубопроводов клапанами;
- подача насоса зависит от геометрических размеров насоса (длины хода и площади поршня) и от числа двойных ходов поршня;
- пределы преодолеваемого поршнем давления (напора) зависят от установленной мощности и прочности деталей насоса, т.е. насос может развивать любой напор;
- поршень движется с переменной скоростью (от 0 в начале хода до максимальной в середине хода и снижающейся до нуля в конце хода).Принципом, по которому работают поршневые насосы, объясняется тот факт, что поток, создаваемый такими устройствами, двигается по трубопроводу с различной скоростью, скачками. Чтобы избежать этого негативного явления, используют насосы, оснащенные сразу несколькими поршнями, работающими в определенной последовательности. Преимущества, которые достигаются при использовании жидкостных насосов с несколькими поршнями, заключается еще и в том, что такие устройства способны закачивать жидкость даже в тот момент, когда их рабочая камера ею не заполнена. Такое качество ?