Осевопоршневые и радиально-поршневые насосы — технические различия
- Введение в гидравлические поршневые насосы
- Осевопоршневые насосы: конструкция и принцип работы
- Радиально-поршневые насосы: конструкция и принцип работы
- Сравнительный технический анализ
- Расчеты производительности и примеры
- Области применения
- Критерии выбора для различных задач
- Особенности эксплуатации и обслуживания
- Каталог насосов
- Заключение
Введение в гидравлические поршневые насосы
Поршневые насосы относятся к категории объемных гидравлических машин, в которых перемещение рабочей жидкости осуществляется за счет циклического изменения объема рабочих камер при возвратно-поступательном движении поршней. Эти насосы характеризуются высоким КПД, способностью развивать значительное давление и обеспечивать стабильную подачу независимо от противодавления в системе.
В промышленности широко используются два основных типа поршневых насосов: осевопоршневые и радиально-поршневые. Несмотря на схожий принцип действия, основанный на возвратно-поступательном движении поршней, эти типы насосов имеют существенные конструктивные и эксплуатационные различия, которые определяют их применимость для конкретных задач и условий работы.
Осевопоршневые насосы: конструкция и принцип работы
Осевопоршневые насосы представляют собой гидравлические устройства, в которых поршни расположены параллельно оси вращения приводного вала и перемещаются возвратно-поступательно в цилиндрах, образующих блок цилиндров. Эти насосы подразделяются на два основных типа: с наклонным блоком цилиндров и с наклонным диском.
Осевопоршневой насос с наклонным блоком цилиндров
В данной конструкции блок цилиндров расположен под углом к оси приводного вала. При вращении вала вместе с ним вращается и блок цилиндров. Поршни, находящиеся в цилиндрах, соединены шарнирно с фланцем, который закреплен на приводном валу. За счет наклона блока цилиндров относительно оси вращения поршни совершают возвратно-поступательные движения в цилиндрах, обеспечивая всасывание и нагнетание жидкости.
Осевопоршневой насос с наклонным диском
В насосах с наклонным диском блок цилиндров вращается вместе с приводным валом, а поршни, находящиеся в цилиндрах, контактируют с неподвижным или регулируемым наклонным диском через башмаки. При вращении блока цилиндров поршни, следуя по наклонной поверхности диска, совершают возвратно-поступательные движения в цилиндрах, обеспечивая рабочий цикл насоса.
Qт = (π × D2 × z × h × n) / 4
где:
Qт — теоретическая подача насоса, м³/с;
D — диаметр поршня, м;
z — количество поршней;
h — ход поршня, м (h = Dокр × tg(α), где Dокр — диаметр окружности расположения осей цилиндров, α — угол наклона блока цилиндров или диска);
n — частота вращения вала насоса, об/с.
Основные характеристики осевопоршневых насосов
- Рабочее давление: до 45 МПа (в специальных исполнениях до 60 МПа)
- Частота вращения: от 500 до 4000 об/мин
- Объемный КПД: 0,95-0,98
- Общий КПД: 0,85-0,92
- Рабочий объем: от 5 до 1000 см³/об
- Удельная масса: 0,6-1,5 кг/кВт
Радиально-поршневые насосы: конструкция и принцип работы
Радиально-поршневые насосы — это объемные гидравлические машины, в которых поршни расположены радиально (перпендикулярно) относительно оси вращения приводного вала. Существуют два основных типа радиально-поршневых насосов: с внутренним расположением статора и с внешним расположением статора.
Радиально-поршневой насос с внутренним расположением статора
В данной конструкции статор (направляющая) расположен внутри блока цилиндров. Блок цилиндров с радиально расположенными в нем поршнями вращается вокруг неподвижного или эксцентрично установленного статора. Поршни прижимаются к поверхности статора под действием центробежных сил и пружин. При вращении блока цилиндров вокруг эксцентрично расположенного статора поршни совершают возвратно-поступательные движения в цилиндрах, обеспечивая всасывание и нагнетание жидкости.
Радиально-поршневой насос с внешним расположением статора
В конструкции с внешним статором поршни размещены в роторе, который установлен на эксцентриковом валу. При вращении эксцентрикового вала поршни совершают возвратно-поступательные движения в цилиндрах, скользя по внутренней поверхности неподвижного статора (корпуса). В этой конструкции распределение жидкости осуществляется через специальные каналы в приводном валу.
Qт = (π × D2 × z × 2e × n) / 4
где:
Qт — теоретическая подача насоса, м³/с;
D — диаметр поршня, м;
z — количество поршней;
e — эксцентриситет, м (определяет ход поршня, который равен 2e);
n — частота вращения вала насоса, об/с.
Основные характеристики радиально-поршневых насосов
- Рабочее давление: до 70 МПа (в специальных исполнениях до 100 МПа)
- Частота вращения: от 960 до 3000 об/мин
- Объемный КПД: 0,96-0,99
- Общий КПД: 0,85-0,94
- Рабочий объем: от 5 до 1250 см³/об
- Удельная масса: 1,2-2,5 кг/кВт
Сравнительный технический анализ
Для объективного сравнения осевопоршневых и радиально-поршневых насосов проведем детальный анализ их технических характеристик, конструктивных особенностей и эксплуатационных параметров.
| Параметр | Осевопоршневые насосы | Радиально-поршневые насосы |
|---|---|---|
| Максимальное рабочее давление | До 45 МПа (исп. до 60 МПа) | До 70 МПа (исп. до 100 МПа) |
| Диапазон рабочих объемов | 5-1000 см³/об | 5-1250 см³/об |
| Частота вращения | 500-4000 об/мин | 960-3000 об/мин |
| Объемный КПД | 0,95-0,98 | 0,96-0,99 |
| Общий КПД | 0,85-0,92 | 0,85-0,94 |
| Удельная масса | 0,6-1,5 кг/кВт | 1,2-2,5 кг/кВт |
| Габаритные размеры | Компактные | Более громоздкие |
| Равномерность подачи | Высокая | Очень высокая |
| Возможность регулирования | Очень хорошая | Хорошая |
| Сложность конструкции | Средняя | Высокая |
| Стоимость | Средняя | Высокая |
Преимущества осевопоршневых насосов
- Более компактная конструкция и меньшая удельная масса
- Более высокая максимальная частота вращения
- Лучшие возможности регулирования подачи
- Меньшая стоимость производства
- Более простое обслуживание
- Лучшая приспособленность к реверсивной работе
Преимущества радиально-поршневых насосов
- Более высокие рабочие давления
- Более высокий объемный КПД
- Лучшая равномерность подачи жидкости
- Более высокая всасывающая способность
- Меньшая чувствительность к загрязнениям рабочей жидкости
- Большая долговечность при работе с высокими давлениями
Ключевое конструктивное различие между этими типами насосов заключается в расположении поршней относительно оси вращения приводного вала: в осевопоршневых насосах поршни размещены параллельно оси вращения, а в радиально-поршневых — перпендикулярно ей. Это фундаментальное отличие определяет основные эксплуатационные характеристики и области применения насосов.
Расчеты производительности и примеры
Рассмотрим практические расчеты основных параметров осевопоршневых и радиально-поршневых насосов на конкретных примерах. Эти расчеты позволят лучше понять различия в характеристиках и производительности двух типов насосов.
Пример расчета для осевопоршневого насоса
Исходные данные:
- Диаметр поршня (D) = 25 мм = 0,025 м
- Количество поршней (z) = 9
- Диаметр окружности расположения осей цилиндров (Dокр) = 80 мм = 0,08 м
- Угол наклона блока цилиндров (α) = 20°
- Частота вращения вала насоса (n) = 1500 об/мин = 25 об/с
Расчет:
1. Определяем ход поршня:
h = Dокр × tg(α) = 0,08 × tg(20°) = 0,08 × 0,364 = 0,0291 м
2. Рассчитываем теоретическую подачу насоса:
Qт = (π × D2 × z × h × n) / 4 = (3,14 × 0,0252 × 9 × 0,0291 × 25) / 4 = 0,00322 м³/с = 193,2 л/мин
3. Учитывая объемный КПД ηоб = 0,96, реальная подача составит:
Q = Qт × ηоб = 193,2 × 0,96 = 185,5 л/мин
4. При рабочем давлении p = 25 МПа и механическом КПД ηмех = 0,92, потребляемая мощность составит:
N = (p × Q) / (ηмех × 60) = (25 × 106 × 185,5 × 10-3) / (0,92 × 60) = 84,0 кВт
Пример расчета для радиально-поршневого насоса
Исходные данные:
- Диаметр поршня (D) = 20 мм = 0,02 м
- Количество поршней (z) = 7
- Эксцентриситет (e) = 15 мм = 0,015 м
- Частота вращения вала насоса (n) = 1200 об/мин = 20 об/с
Расчет:
1. Рассчитываем теоретическую подачу насоса:
Qт = (π × D2 × z × 2e × n) / 4 = (3,14 × 0,022 × 7 × 2 × 0,015 × 20) / 4 = 0,00132 м³/с = 79,2 л/мин
2. Учитывая объемный КПД ηоб = 0,98, реальная подача составит:
Q = Qт × ηоб = 79,2 × 0,98 = 77,6 л/мин
3. При рабочем давлении p = 50 МПа и механическом КПД ηмех = 0,93, потребляемая мощность составит:
N = (p × Q) / (ηмех × 60) = (50 × 106 × 77,6 × 10-3) / (0,93 × 60) = 69,5 кВт
Сравнительный анализ расчетов
Проведенные расчеты наглядно демонстрируют основные различия между осевопоршневыми и радиально-поршневыми насосами:
- Осевопоршневой насос обеспечивает более высокую подачу (185,5 л/мин против 77,6 л/мин) при более высоких оборотах и меньшем рабочем давлении
- Радиально-поршневой насос работает при значительно более высоком давлении (50 МПа против 25 МПа), что обусловлено особенностями его конструкции
- Объемный КПД радиально-поршневого насоса несколько выше (0,98 против 0,96), что особенно важно при работе с высокими давлениями
- При равной потребляемой мощности радиально-поршневой насос обеспечивает более высокое давление, но меньшую подачу
Области применения
Различия в конструкции и характеристиках осевопоршневых и радиально-поршневых насосов определяют их предпочтительные области применения в промышленности и других отраслях.
Области применения осевопоршневых насосов
- Мобильная гидравлика: строительная, дорожная, сельскохозяйственная техника (экскаваторы, погрузчики, бульдозеры, автокраны)
- Станкостроение: гидроприводы металлорежущих станков, прессов, автоматических линий
- Судовая гидравлика: рулевые механизмы, подруливающие устройства, грузовые системы
- Авиация: гидросистемы управления, шасси, механизация крыла
- Промышленное оборудование: прессы, литьевые машины, манипуляторы
- Возобновляемая энергетика: гидравлические системы ветроэнергетических установок
Области применения радиально-поршневых насосов
- Тяжелое машиностроение: ковочные и штамповочные прессы, прокатные станы
- Горнодобывающая промышленность: гидрофицированные комплексы, добычное оборудование
- Металлургия: прессовое оборудование, манипуляторы, системы гидротранспорта
- Испытательное оборудование: стенды для испытания материалов и конструкций
- Специальное оборудование: системы высокого и сверхвысокого давления
- Нефтегазовая отрасль: буровое оборудование, системы управления трубопроводной арматурой
- Водоподготовка и очистные сооружения: системы дозирования реагентов и вытеснения
Критерии выбора для различных задач
Выбор между осевопоршневым и радиально-поршневым насосом должен основываться на тщательном анализе требований конкретной гидравлической системы и условий эксплуатации. Рассмотрим основные критерии, которыми следует руководствоваться при выборе типа насоса.
| Критерий | Рекомендуемый тип насоса | Обоснование |
|---|---|---|
| Рабочее давление > 50 МПа | Радиально-поршневой | Конструктивно лучше приспособлен к работе при сверхвысоких давлениях |
| Требуется высокая удельная мощность | Осевопоршневой | Меньшая удельная масса при высокой производительности |
| Ограниченное монтажное пространство | Осевопоршневой | Более компактная конструкция |
| Необходимо плавное регулирование подачи | Осевопоршневой | Лучшие характеристики регулирования |
| Работа с загрязненными жидкостями | Радиально-поршневой | Меньшая чувствительность к загрязнениям |
| Высокая вибрация в системе | Радиально-поршневой | Более равномерная подача, меньшие пульсации |
| Высокие требования к надежности | Радиально-поршневой | Более высокая долговечность при работе с высокими давлениями |
| Экономическая эффективность | Осевопоршневой | Меньшая стоимость при сопоставимых параметрах |
| Работа при высоких оборотах (>3000 об/мин) | Осевопоршневой | Лучше приспособлен к работе на высоких оборотах |
| Реверсивная работа | Осевопоршневой | Лучшая приспособленность к частому изменению направления подачи |
Рекомендации по выбору
При выборе между осевопоршневым и радиально-поршневым насосом необходимо учитывать не только текущие требования к гидравлической системе, но и перспективы её развития. Рекомендуется руководствоваться следующими принципами:
- Анализ максимальных нагрузок: оценить максимальное давление, которое должен развивать насос, и требуемый запас прочности системы
- Оценка динамики работы: определить, насколько важны плавность регулирования, быстродействие, возможность реверса
- Условия эксплуатации: учесть качество рабочей жидкости, температурный режим, вибрационные нагрузки
- Экономический анализ: оценить не только первоначальную стоимость насоса, но и затраты на обслуживание, электроэнергию, ремонт
- Габаритные ограничения: учесть пространственные ограничения и массогабаритные требования к системе
Особенности эксплуатации и обслуживания
Различия в конструкции осевопоршневых и радиально-поршневых насосов определяют особенности их эксплуатации и технического обслуживания. Правильное обслуживание существенно влияет на срок службы и надежность насосного оборудования.
Обслуживание осевопоршневых насосов
- Требования к рабочей жидкости: высокие требования к чистоте и вязкостно-температурным характеристикам масла; рекомендуется применение гидравлических масел с классом чистоты не ниже 10 по ГОСТ 17216
- Фильтрация: необходимо использование тонкой фильтрации (10-25 мкм) на всасывании и напоре
- Периодичность обслуживания: замена рабочей жидкости каждые 2000-4000 часов работы, проверка состояния уплотнений каждые 1000 часов
- Критичные узлы: распределительный узел (распределительный диск и блок цилиндров), поршневые пары, подшипники
- Типичные проблемы: износ распределительных дисков, залипание плунжеров, утечки через уплотнения
Обслуживание радиально-поршневых насосов
- Требования к рабочей жидкости: менее чувствительны к загрязнениям, но требуют поддержания стабильной вязкости; допустимый класс чистоты масла 12-13 по ГОСТ 17216
- Фильтрация: достаточно фильтрации 25-40 мкм
- Периодичность обслуживания: замена рабочей жидкости каждые 3000-5000 часов работы, проверка состояния уплотнений каждые 1500 часов
- Критичные узлы: подшипники эксцентрикового вала, опорные поверхности поршней, уплотнения высокого давления
- Типичные проблемы: износ подшипников, утечки через уплотнения, кавитационная эрозия
Типичные неисправности и методы их устранения
| Неисправность | Возможные причины | Методы устранения |
|---|---|---|
| Снижение подачи | Износ поршневых пар, повреждение распределительного механизма, утечки | Замена изношенных деталей, проверка и замена уплотнений |
| Повышенный шум и вибрация | Кавитация, износ подшипников, ослабление крепежа | Проверка условий всасывания, замена подшипников, затяжка крепежных элементов |
| Перегрев насоса | Превышение рабочего давления, недостаточное охлаждение, низкий уровень масла | Проверка настройки предохранительного клапана, очистка системы охлаждения, восстановление уровня масла |
| Подтекание рабочей жидкости | Повреждение уплотнений, ослабление соединений, трещины в корпусе | Замена уплотнений, подтяжка соединений, ремонт или замена корпусных деталей |
| Нестабильное давление | Воздух в системе, неисправность регулятора давления, износ распределительного механизма | Удаление воздуха, проверка и регулировка или замена регулятора, ремонт распределительного механизма |
Рекомендации по продлению срока службы
- Строгое соблюдение режимов эксплуатации, недопущение перегрузок и перегрева
- Использование высококачественных рабочих жидкостей, соответствующих рекомендациям производителя
- Регулярный контроль параметров работы насоса (производительность, давление, уровень шума, температура)
- Своевременная замена фильтрующих элементов и рабочей жидкости
- Проведение периодической диагностики технического состояния
- Обеспечение плавного пуска и останова насоса
- Недопущение работы насоса при закрытом напоре более 2-3 минут
Каталог насосов
Компания "Иннер Инжиниринг" предлагает широкий ассортимент насосного оборудования для различных применений. Ниже представлены основные категории насосов, доступных в нашем каталоге:
Доступные типы насосов в нашем каталоге
Для различных промышленных задач мы предлагаем широкий выбор насосного оборудования, включая как осевопоршневые, так и радиально-поршневые насосы различных типов. Выберите подходящую категорию для вашего проекта:
Специализированные насосы для нефтепродуктов и газообразных смесей
Для особых условий эксплуатации и специфических сред мы предлагаем специализированные серии насосов, включая объемные поршневые типы:
Заключение
Осевопоршневые и радиально-поршневые насосы представляют собой два наиболее важных типа объемных гидравлических машин, широко применяемых в современной промышленности и технике. Несмотря на общий принцип действия, основанный на возвратно-поступательном движении поршней, эти насосы имеют существенные конструктивные и эксплуатационные различия, определяющие их оптимальные области применения.
Осевопоршневые насосы характеризуются компактностью, высокой удельной мощностью, превосходными возможностями регулирования и относительно низкой стоимостью. Эти качества делают их оптимальным выбором для мобильной гидравлики, авиации, судостроения и систем с ограниченным монтажным пространством.
Радиально-поршневые насосы выделяются способностью создавать сверхвысокие давления, исключительно высоким КПД, низкой чувствительностью к загрязнениям рабочей жидкости и высокой надежностью. Эти характеристики определяют их применение в тяжелом машиностроении, прессовом оборудовании, испытательных стендах и системах, требующих создания экстремальных давлений.
Выбор между осевопоршневым и радиально-поршневым насосом должен основываться на тщательном анализе требований конкретной гидравлической системы, условий эксплуатации и экономической целесообразности. Правильно подобранный насос обеспечит надежную и эффективную работу оборудования, минимизирует эксплуатационные затраты и продлит срок службы всей гидравлической системы.
Источники информации
- Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. — М.: Машиностроение, 2020. — 480 с.
- Прокофьев В.Н. Аксиально-поршневой регулируемый гидропривод. — М.: Машиностроение, 2019. — 495 с.
- Свешников В.К. Станочные гидроприводы: Справочник. — М.: Машиностроение, 2022. — 612 с.
- ISO 4409:2019 Hydraulic fluid power — Positive-displacement pumps, motors and integral transmissions — Methods of testing and presenting basic steady state performance.
- Ivantysyn J., Ivantysynova M. Hydrostatic Pumps and Motors: Principles, Design, Performance, Modelling, Analysis, Control and Testing. — Academic Books International, 2021. — 512 p.
- Merritt H.E. Hydraulic Control Systems. — Wiley, 2019. — 368 p.
- Технические каталоги и руководства по эксплуатации ведущих производителей гидравлического оборудования: Bosch Rexroth, Parker Hannifin, Danfoss, Eaton, Kawasaki.
Купить насосы по выгодной цене
Компания Иннер Инжиниринг предлагает широкий выбор Насосов(In-line, для воды, нефтепродуктов, масел, битума, перекачивания газообразных смесей). Выберите необходимые компоненты для вашего проекта и приобретите их у нас с гарантией качества и надежной доставкой.
Заказать сейчасВы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.
