Pístové čerpadlo, hydraulické, zařízení, princip činnosti, opravy

U pístových pístových čerpadel dochází k silové interakci pracovního prvku s kapalinou ve stacionárních pracovních komorách, které střídavě komunikují se sací a výtlačnou dutinou díky vstupním a výstupním ventilům.

U pístových čerpadel se jako pracovní prvek (vytlačovač) používá píst, plunžr nebo pružná membrána. Proto se taková čerpadla dělí na píst, plunžr и membrána. Pístová čerpadla se také dělí podle způsobu pohonu na přímočinná a hřídelová. Přímočinné čerpadlo je poháněno vratným pohybem přímo na výtlačné ústrojí. Příkladem takového čerpadla je nejjednodušší ručně ovládané čerpadlo. Hřídelové čerpadlo je poháněno rotací hnacího hřídele, která se pomocí vačkového nebo klikového mechanismu převádí na vratný pohyb.

Konstrukce pístového čerpadla

Podívejme se na konstrukci a princip činnosti pístového čerpadla s hřídelovým pohonem

Je uvedeno konstrukční schéma pístového čerpadla s klikovým mechanismem. Hnací hřídel 7 přes kliku 6 s poloměrem (r) a ojnici 5 uvádí do pohybu píst 3 s plochou (Sп), který se vratně pohybuje ve skříni (válci) 4. Čerpadlo má dva odpružené ventily: vstup 1 a výstup 2. Pracovní komorou tohoto čerpadla je prostor vlevo od pístu, ohraničený v krajních polohách pístu 4. Obr. Při pohybu pístu 3 doprava naplní kapalina přes vstupní ventil 3 pracovní komoru, tj. je zajištěno sání. Při pohybu pístu 1 doleva je kapalina čerpána do tlakového potrubí ventilem 3.

Uvažované čerpadlo má jednu pracovní komoru (z = 1) a na jednu otáčku hřídele píst 3 vykoná jeden pracovní zdvih, tzn. Jedná se o jednočinné čerpadlo (k = 1). Z rozboru Obr. 1, a z toho vyplývá, že pracovní zdvih (L) pístu 3 se rovná dvěma poloměrům kliky 6. Potom se v souladu s (obr. 1) pracovní objem čerpadla rovná objemu pracovní komory a lze jej vypočítat pomocí vzorce

Charakteristika pístového čerpadla

Čerpadla s pístem jako výtlačným pístem jsou nejběžnější z pístových čerpadel. Mohou vytvářet značné tlaky (až 30-40 MPa). Vyrábějí se však i čerpadla určená pro výrazně nižší tlaky (do 1 MPa). Rychlostní parametry těchto čerpadel (počet pracovních cyklů za jednotku času) jsou do značné míry určeny konstrukcí ventilů, protože se jedná o nejvíce setrvačné prvky. Čerpadla s pružinovými ventily umožňují až 5-100 pracovních cyklů za minutu. Čerpadla se speciálně navrženými ventily umožňují až 300-300 cyklů za minutu.

U pístových čerpadel se vyskytují všechny tři druhy ztrát: objemové, hydraulické a mechanické ztráty. Objemová účinnost (η0) většiny pístových čerpadel je 0,85. 0,98. Hydraulická účinnost (ηg), určená tlakovými ztrátami ve ventilech, je v rozmezí 0,8. 0,9 a mechanická účinnost (ηm) – 0,94. 0,96. Celková účinnost (ηн) pro většinu pístových čerpadel je 0,75. 0,92. Určuje se podle vzorce

Mnohem méně často se používají čerpadla s plunžrem jako vytlačovačem. Tato čerpadla mají výrazně větší styčnou plochu mezi skříní a vytlačovačem, což umožňuje mnohem lepší utěsnění pracovní komory. Plunžrová čerpadla jsou obvykle vyráběna s vysokou přesností, takže jsou poměrně drahá, ale umožňují získat velmi vysoké tlaky – až 150-200 MPa. Hlavní oblastí použití plunžrových čerpadel jsou systémy zásobování naftou.

Na Obr. 1, b znázorňuje konstrukční schéma takového čerpadla s vačkovým pohonem. Hnací hřídel otáčí vačkou 11, která působí na plunžr 9, který vykonává vratné pohyby ve skříni (válci) 4, přičemž pohyb plunžru doleva zajišťuje vačka 11, a zpětný zdvih zajišťuje pružina 10. Toto čerpadlo má pouze jeden ventil – výstup 2. Absence sacího ventilu je znakem čerpadel používaných u dieselových motorů. Jejich palivové systémy mají obvykle pomocná čerpadla a plnění pracovní komory plunžrového čerpadla zajišťuje drážkou 8 pomocné čerpadlo.

Membránová čerpadla, na rozdíl od čerpadel diskutovaných výše, jsou poměrně jednoduchá na výrobu, a proto jsou levná. Na Obr. 1 znázorňuje schéma přímočinného membránového čerpadla. Ve skříni čerpadla 4 je upevněna pružná membrána 12, rovněž připevněná k tyči 13. Čerpadlo má dva odpružené ventily: vstup 1 a výstup 2. Pracovní komorou čerpadla je objem uvnitř skříně 4, umístěný vlevo od membrány 12. Pracovní proces membránového čerpadla se neliší od pracovního procesu pístového čerpadla.

Membránová čerpadla nemohou produkovat vysoký tlak, protože je omezen pevností membrány. Jeho maximální hodnoty ve většině případů nepřesahují 0,1. 0,3 MPa. Membránová čerpadla našla uplatnění v palivových systémech karburátorových motorů.

Velmi výrazným nedostatkem pístových čerpadel s výtlačným tělesem libovolné konstrukce je extrémní nerovnoměrnost jejich průtoku Q v čase t. To je způsobeno střídáním sacích a výtlačných zdvihů. Rozvrh Q feedu znázorněný na Obr. 2, a, jasně ukazuje tuto nerovnoměrnost. K jeho snížení se používají dvě metody.

První z těchto metod je použití vícekomorových čerpadel. V tomto případě se vstřikování provádí postupně nebo současně několika vytlačovači. Na Obr. 2, b znázorňuje graf průtoku třípístového čerpadla, kde tenké čáry znázorňují průtoky jednotlivých pracovních komor a tlusté čáry celkový průtok čerpadla. Konstrukce vícekomorových čerpadel je značně různorodá, ale ve většině případů se jedná o čerpadla s více pracovními komorami v jedné skříni. Při zvýšení počtu pracovních komor za účelem snížení nerovnoměrného průtoku by měla být dána přednost čerpadlům s lichým počtem komor.

Druhým způsobem, jak snížit nerovnoměrnost přívodu kapaliny, je instalace hydraulických akumulátorů do hydraulického vedení na výstupu z čerpadla. Na Obr. 2 je znázorněno schéma čerpadla s hydraulickým akumulátorem, což je uzavřená nádoba rozdělená pružnou membránou na dvě dutiny. Během procesu čerpání část kapaliny dodávané čerpadlem vyplní spodní dutinu hydraulického akumulátoru a plyn (vzduch) v horní dutině je stlačen. Při procesu sání se tlak v potrubí snižuje a kapalina z akumulátoru je vytlačována stlačeným plynem. Graf dodávky Q v čase t takového zařízení je na Obr. 2, a. Nutno podotknout, že místo termínu hydraulický akumulátor se v literatuře používá i termín vzduchový uzávěr.