Princip činnosti vysokotlakého plunžrového čerpadla

• Vysokotlaké palivové čerpadlo (zkrácený název – vstřikovací čerpadlo) je jedním z hlavních konstrukčních prvků vstřikovacího systému vznětového motoru. Čerpadlo zpravidla plní dvě hlavní funkce: čerpání určitého množství paliva pod tlakem; regulace požadovaného počátečního bodu vstřiku. S příchodem bateriových vstřikovacích systémů je funkce regulace časování vstřiků přiřazena elektronicky řízeným vstřikovačům.

• Základem vysokotlakého palivového čerpadla je pár plunžrů, který kombinuje píst (alias plunžr) a malý válec (aka pouzdro). Pár pístů je vyroben z vysoce kvalitní oceli s vysokou přesností. Mezi plunžrem a pouzdrem je zajištěna minimální mezera – přesné spojení.

• Podle provedení se rozlišují následující typy vysokotlakých palivových čerpadel:

— in-line;
– distribuce;
– hlavní linie.

• U řadového čerpadla je palivo vytlačováno do válce samostatným párem plunžrů. Rozdělovací čerpadlo má jeden nebo více plunžrů, které pumpují a rozvádějí palivo do všech válců. Hlavní čerpadla pouze čerpají palivo do baterie.

• Vysokotlaké palivové čerpadlo se také používá v systému přímého vstřikování benzínového motoru, ale jeho provozní tlak je řádově nižší než u naftového čerpadla.

• Předními výrobci vysokotlakých palivových čerpadel jsou především zahraniční firmy: Bosch, Lucas, Delphi, Denso, Zexel.

✔ In-line vysokotlaké palivové čerpadlo:

• Řadové vstřikovací čerpadlo má páry plunžrů podle počtu válců. Páry plunžrů jsou instalovány v tělese čerpadla, které obsahuje kanály pro přívod a vypouštění paliva. Plunžr se pohybuje od vačkového hřídele, který je zase poháněn klikovým hřídelem motoru. Plunžry jsou neustále přitlačovány proti vačkám pomocí pružin.

• Jak se vačkový hřídel otáčí, vačka naráží na tlačník plunžru. Píst se pohybuje po objímce, čímž postupně uzavírá výstupní a vstupní port. Vzniká tlak, při kterém se otevře vypouštěcí ventil a palivo proudí palivovým potrubím do odpovídajícího vstřikovače.

— Konstrukce řadového vysokotlakého palivového čerpadla:

• Regulaci množství dodávaného paliva a časování jeho dodávky lze provádět mechanicky nebo elektronicky. Mechanická regulace množství přiváděného paliva se provádí otáčením pístu v objímce. Pro otáčení je na pístu ozubené kolo, které je spojeno s hřebenem. Stojan je připojen k plynovému pedálu. Horní hrana plunžru má nakloněnou plochu, takže při otáčení se mění odpojení paliva a tím i jeho množství.

• Změna časování začátku dodávky paliva je nutná při změně otáček klikového hřídele motoru. Mechanická regulace časování přívodu paliva se provádí pomocí odstředivé spojky umístěné na hřídeli vačky. Uvnitř spojky jsou závaží, která se při zvyšování otáček motoru vlivem odstředivých sil rozbíhají a otáčejí vačkovou hřídel vzhledem k pohonu. Když se otáčky motoru zvyšují, je zajištěno včasné vstřikování paliva a při snižování otáček motoru je zajištěno pozdní vstřikování paliva.

• Konstrukce in-line vstřikovacích čerpadel zajišťuje vysokou spolehlivost. Čerpadla jsou mazána motorovým olejem z mazacího systému motoru a mohou proto pracovat s palivem nízké kvality. Řadová vysokotlaká palivová čerpadla se používají u motorů s přímým vstřikováním s dělenou komorou ve středních a těžkých nákladních vozidlech. Tento typ čerpadla byl používán u osobních dieselových motorů až do roku 2000.

✔ Vysokotlaké palivové čerpadlo:

• Vysokotlaká palivová čerpadla na rozdíl od řadových vstřikovacích čerpadel mají jeden nebo dva plunžry, které obsluhují všechny válce motoru. Distribuční čerpadla mají menší hmotnost a celkové rozměry a také poskytují větší rovnoměrnost průtoku. Na druhou stranu se vyznačují relativně nízkou životností souvisejících dílů. To vše určuje rozsah použití těchto čerpadel především na motory osobních automobilů.

— Konstrukce vysokotlakých palivových čerpadel může mít různé pohony plunžru:

• pohon čelní vačkou (čerpadla Bosch VE);
• vnitřní vačkový pohon (rotační čerpadla Bosch VR, Lucas DPC, Lucas DPS);
• externí vačkový pohon (domácí čerpadla ND-21, ND-22).

• Z hlediska provozu jsou výhodnější první dva typy pohonu plunžru, protože nemají žádné silové zatížení od tlaku paliva na součásti hnacího hřídele, a proto mají vyšší životnost.

— Konstrukce vysokotlakého palivového čerpadla:

• Hlavním prvkem rozdělovacího vstřikovacího čerpadla s pohonem koncového vačkového plunžru (Bosch VE) je rozdělovací plunžr, který vykonává vratný a rotační pohyb, zajišťující vstřikování a distribuci paliva mezi válce.

• K vratnému pohybu plunžru dochází, když se otáčí vačková podložka, která obíhá kolem stacionárního kroužku podél válečků. Podložka tlačí na píst, čímž vytváří tlak paliva. Píst se pomocí pružiny vrátí do původní polohy.

• Plunžr se otáčí od hnacího hřídele. V tomto případě je palivo distribuováno mezi válce.

• Regulace dodávky paliva se provádí automaticky pomocí mechanických nebo elektronických zařízení. Součástí mechanického regulátoru je odstředivá spojka se závažím, která soustavou pák působí na výdejní stojan, který mění množství přiváděného paliva. Elektronický regulátor je solenoidový ventil.

• Velikost předstihu vstřiku paliva v rozdělovacím čerpadle se nastavuje otáčením pevného kroužku do určitého úhlu.

• Pracovní proces rozdělovacího čerpadla zahrnuje přívod paliva do prostoru nad plunžrem, vstřikování a rozvod do příslušných válců.

— Konstrukce rotačního typu distribučního čerpadla:

• V rotačním typu distribučního čerpadla se vstřikování a distribuce paliva mezi válce provádí různými zařízeními – plunžrem a rozdělovací hlavou. Vstřikování paliva se provádí pomocí dvou protilehlých plunžrů umístěných na vačkovém hřídeli. Plunžry se pohybují kolem profilu vačkového kroužku skrz válečky a provádějí vratný pohyb.

• Když se plunžry pohybují k sobě, tlak paliva se zvyšuje, načež je palivo dodáváno kanály rozdělovací hlavy a výtlačných ventilů do vstřikovačů příslušných válců.

• Palivo je přiváděno do plunžru (pístů) pod mírným tlakem, který je vytvářen palivovým plnicím čerpadlem. U distribučních čerpadel je nasávací čerpadlo paliva namontováno na hnacím hřídeli ve skříni čerpadla. Konstrukčně se může jednat o rotační lamelové čerpadlo, zubové čerpadlo s vnějším nebo vnitřním ozubením.

• Vysokotlaké distribuční čerpadlo je mazáno motorovou naftou, která plní těleso čerpadla.

✔ Vysokotlaké hlavní palivové čerpadlo:

• Vysokotlaké vstřikovací čerpadlo paliva se používá v systému vstřikování paliva Common Rail, kde plní funkci čerpání paliva do rozdělovače paliva. Hlavní palivová vstřikovací čerpadla poskytují vyšší tlak paliva (v moderních vstřikovacích systémech asi 180 MPa nebo více).

• Konstrukčně může mít hlavní čerpadlo jeden, dva nebo tři plunžry. Plunžry jsou poháněny vačkovým hřídelem nebo vačkovou podložkou.

— Konstrukce hlavního vysokotlakého palivového čerpadla:

• Když se vačkový hřídel (excentrická podložka vačky) otáčí, plunžr se pohybuje dolů působením vratné pružiny. Objem kompresní komory se zvětšuje a tlak v ní klesá. Pod vlivem vakua se otevře vstupní ventil a palivo vstupuje do komory.

• Pohyb pístu nahoru je doprovázen zvýšením tlaku v komoře, vstupní ventil se uzavře. Při určitém tlaku se výfukový ventil otevře a palivo je přiváděno na rampu.

• Přívod paliva je řízen v závislosti na požadavcích motoru pomocí ventilu dávkování paliva. V normální poloze je ventil otevřený. Na základě signálu z elektronické řídicí jednotky se ventil o určitou hodnotu uzavře, čímž se reguluje množství paliva vstupující do kompresní komory.

Podstatné jméno „píst“ je mnohem „populárnější“ než „píst“. Ve vyhledávacích dotazech se objevuje dvacetkrát častěji (píst spalovacího motoru, brzdový píst, píst ventilu a samozřejmě píst čerpadla). Mnozí z těch, kteří alespoň intuitivně chápou, co je píst, o pístu vždy ani neslyšeli. Ačkoli v referenčních knihách a slovnících (nejen technických, ale také obecného typu) nejsou fráze s přídavným jménem „píst“ náhodnými hosty: píst vstřikovacího čerpadla (píst vysokotlakého palivového čerpadla), píst zvedáku, píst ventilu, píst lisu . A píst čerpadla, samozřejmě. Pokud je píst řádově „populárnější“ než píst, slova „pístové čerpadlo“ se při vytváření dotazu zadávají pouze o polovinu častěji jako „pístové čerpadlo“.

Píst a píst. Pístová a plunžrová čerpadla

V souladu s GOST 17398-72 Čerpadla. Termíny a definice „pístová a plunžrová čerpadla jsou pístová čerpadla, jejichž pracovní části jsou vyrobeny ve formě pístu a ve formě plunžru. Jaký je „vztah“ mezi pístem a plunžrem?

Existuje velké pokušení uvažovat o synonymech pístu a pístu, zejména proto, že mnoho slovníků synonym sdílí stejný názor a staví je na roveň termínu „ponoření“, který se dnes používá mnohem méně často než v nedávné minulosti. To mimochodem není vůbec náhodné, protože slovo „plunger“ pochází z anglického plunge, což znamená ponoření, potápění. Skutečnost, že píst a plunžr nejsou úplně totéž, nepřímo dokládá stejná GOST 17398-72, která definuje rotační pístové čerpadlo jako rotační progresivní čerpadlo s pracovními tělesy ve formě „pístů nebo plunžrů“.

A přesto většina slovníků v definici plunžru používá slovo píst, což dává důvod považovat plunžr nikoli za jedinečný vytlačovač, ale za zvláštní případ pístu. Podle Velkého encyklopedického slovníku (2. vydání, 1997) je píst „píst, jehož délka výrazně přesahuje jeho průměr“. Výkladový slovník upravil D. N. Ushakov, 1935-1940. ─ „píst v tlakových čerpadlech ve tvaru dlouhé válcové tyče“. Velká polytechnická encyklopedie, ed. V. D. Ryazantseva, 2011 ─ „protáhlý masivní válcový píst s kroužkovým těsněním“. A nakonec Velká sovětská encyklopedie 1969-1978. vydání ─ „píst s hladkým tvořícím povrchem nebo s prstencovými drážkami, jehož délka výrazně přesahuje průměr“.

To znamená, že hlavním rozlišovacím znakem, který dává důvod nazývat píst plunžrem, je geometrie a rozměry pístu. Když se píst „natáhne“ a jeho délka začne výrazně převyšovat jeho průměr, přičemž nadále zůstává pístem, stává se také plunžrem. Délka a průměr pístu mohou být libovolné. Průměr pístu je mnohem menší než délka pístu.

Na základě výše uvedeného lze plunžrové čerpadlo považovat za jednu ze dvou variant pístového čerpadla, což může být pístové čerpadlo a plunžrové čerpadlo.

Plunžrové čerpadlo: princip činnosti, rozdíly mezi pístovým a plunžrovým čerpadlem

Činnost plunžru a pístu v čerpadle probíhá za použití stejných principů vytlačování kapaliny, proto jsou hydraulické parametry plunžrového a pístového čerpadla obecně stejné. Zařízení plunžrového čerpadla má však některé vlastnosti, které spočívají v utěsnění pracovního těla.

Povrch plunžru je obvykle hladký a neobsahuje drážky pro uložení těsnění, která jsou instalována na vnitřním povrchu válce. To vám umožňuje měnit jejich počet a šířku s větší svobodou. Stačí jednoduše dodat mazivo do stacionárního těsnění umístěného na povrchu válce, což umožňuje nejen zvýšit rychlost pohybu pístu, ale také životnost párů pístů.

O-kroužky na pístu brání tomu, aby dosahoval tak vysokých rychlostí jako hladký píst. Vzhledem k tomu, že se plunžr může pohybovat vysokou rychlostí, zvyšuje se počet jeho dvojitých zdvihů, což výrazně převyšuje technologicky a ekonomicky oprávněný počet dvojitých zdvihů pístu. A čím větší je počet dvojitých zdvihů, tím menší rozměry a hmotnost čerpadla postačují k poskytnutí požadovaného hydraulického výkonu.

Konstrukční vlastnosti těsnění plunžrového čerpadla usnadňují použití moderních materiálů se zlepšenými antikorozními vlastnostmi, vysokou odolností vůči agresivnímu prostředí a značnou životností. Použití inovativních řešení, například oxidové keramiky (keramické plunžry), umožnilo dále snížit opotřebení a zvýšit životnost plunžrů.

Aby byla zajištěna těsnost a dostatečné malé síly pro pohyb pístu, je jeho povrch k válci pečlivě zabroušen. Při výrobě plunžrových čerpadel není nutné stejně pracné zpracování vnitřního povrchu válce. A dosažení vysoké úrovně čistoty na vnějším povrchu pístu je technologicky jednodušší než na vnitřním válci.

Pístová čerpadla samotná se díky svým konstrukčním vlastnostem používají pro nízké a střední tlaky; plunžr ─ hlavně (ale nejen) pro vysoké. Pokud se u pístových čerpadel měří tlak čerpané kapaliny v desítkách megapascalů, pak jsou plunžrová čerpadla schopna čerpat kapalinu o tlaku 100 MPa a vyšším.

Konstrukce pístového dávkovacího čerpadla

Hlavní části pístových a plunžrových čerpadel jsou válec a v něm pohybující se píst (plunžr), jehož pohybem je nasávána a čerpána kapalina. Pohyb pístu (plunžru) zajišťuje elektrický nebo jiný např. dieselový pohon. Ruční plunžrová čerpadla mají svou vlastní oblast použití.

Rotační pohyb hřídele motoru pomocí klikového mechanismu (kliky, ojnice a tyče) se převádí na vratný pohyb píst-plunžr, jehož výsledkem je střídání podtlaku a přetlaku uvnitř válce. Činnost plunžrového čerpadla je koordinována sacími a výtlačnými ventily.

Pístové dávkovací čerpadlo zajišťuje přívod (průtok) dávkované kapaliny s velmi vysokou přesností. Jednotka dávkovacího jednopístového elektrického čerpadla se skládá ze dvou pohonných a hydraulických bloků. Pohonná jednotka obsahuje motor a převodovku se šnekovým párem a ovládacím mechanismem. V hydraulice ─ jeden nebo více hydraulických válců (jiné názvy ─ komora čerpadla, skříň). Elektrické čerpadlové dávkovací jednotky mohou být vybaveny jak shodnými, tak i odlišnými hydraulickými válci z hlediska napájení.

Funkcí převodovky je převést rotační pohyb hřídele motoru na vratný pohyb plunžru a zajistit plynulou regulaci délky zdvihu plunžru.

Konec šnekového hřídele je spojen s hřídelí motoru pomocí spojky. Hřídel, na kterém je upevněno šnekové kolo, má excentrický čep ─ sedlo pro excentr. Ojnice namontovaná na excentru převádí rotační pohyb hřídele šnekového kola na vratný pohyb jezdce připojeného k plunžru. Změnou polohy excentru vzhledem k čepu hřídele se změní délka zdvihu plunžru z maxima na nulu. Největší bude při maximální excentricitě. Blížící se bod uchycení ojnice ke středu hřídele znamená, že se zdvih plunžru snižuje. V souladu s tím se množství kapaliny dodávané čerpadlem snižuje.

Řízení posuvu změnou délky zdvihu plunžru lze provádět ručně nebo na dálku, když je jednotka zastavena nebo je v pohybu (toto neplatí u všech modelů).

Průtok můžete regulovat jiným způsobem – změnou počtu zdvihů plunžru pomocí frekvenčně řízeného asynchronního pohonu.

U výkonných čerpadel pomáhají vyměnitelné části tělesa ventilu ─ plunžry a pouzdra různých průměrů rozšířit rozsah hodnot průtoku a tlaku.

K čerpání dávkované kapaliny je určen hydraulický válec ─ manžeta s těsnicím zařízením ─. K jeho tělu jsou připevněny kulové kohouty. Společnost Areopag ─ jeden z předních ruských výrobců dávkovacích čerpadel ─ nabízí několik způsobů upevnění ventilů: pomocí rámu nebo přírub, stejně jako závitové a rychlospojky. Když se plunžr přesune do sání a vypouštěcí ventil se uzavře, v hydraulickém válci se vytvoří podtlak. Po otevření ventilu na sání (jiné názvy ─ sací ventil, sací ventil, sací ventil) se těleso válce naplní činidlem. Při zpětném zdvihu plunžru se sací ventil uzavře a v dutině hydraulického válce se vytvoří přetlak, pod jehož vlivem se otevře výtlačný ventil (výfukový ventil, výtlačný ventil) a kapalina je vytlačena ven. dutina hydraulického válce. Tento proces se opakuje s každým cyklem vratného pohybu pístu.

Plunžrová čerpadla jsou klasifikována podle počtu pracovních dutin (hydraulické válce, plunžry): jednopístové čerpadlo, dvojité pístové čerpadlo, trojité pístové čerpadlo (obzvláště rozšířené), vícepístové čerpadlo.

Čerpadla se dvěma nebo více plunžry mají společný klikový hřídel s klikami umístěnými pod úhlem vůči sobě. U trojitých plunžrových čerpadel je to 120O.

Víceplunžrová čerpadla umožňují zvýšit účinnost jednotky a průtoku (přitom je možné současně dávkovat různé kapaliny);

Blokové jednotky různých kategorií přesnosti dávkování vyráběné společností ZDT Areopag jsou vyráběny s jedním, dvěma nebo více čerpadly. Samostatná regulace průtoku pro každé čerpadlo změnou délky zdvihu plunžru je doplněna synchronní regulací pro všechny změnou počtu zdvihů.

Pro výrobu průtokové části se používají chromové, chromniklové, chromniklmolybdenové oceli, jakož i slitiny niklu a titanu.

Jako volitelné příslušenství je k dispozici topné (chladicí) zařízení pro průtokovou část, stejně jako lucerna, horní zátka a spodní vypouštěcí armatura.

Jednotky plunžrového elektrického čerpadla je možné vyrábět v různých klimatických verzích nejen pro všeobecné průmyslové účely, ale také se zvýšenou úrovní ochrany proti výbuchu pro provoz v požárně nebezpečných prostorech.

Aplikace plunžrových čerpadel

Díky svým funkčním vlastnostem, včetně schopnosti vytvářet vysoké tlaky a pracovat s agresivními a viskózními médii, jsou plunžrová čerpadla široce používána v celé řadě technologických oblastí. Počet podniků v různých průmyslových odvětvích, které chápou potřebu nákupu plunžrového čerpadla, každým rokem roste.

Ve stavebnictví umožňují plunžrová čerpadla provádět širokou škálu technologických operací počínaje slovem „čištění“ (díky vysokému tlaku!). Čištění ocelové výztuže železobetonových konstrukcí od rzi. Čištění povrchů stavebních konstrukcí, například zdí domů, od graffiti. Čištění technologické dopravy a zařízení ─ míchačky cementu, mlýny, síta, míchačky betonu.

Průmyslová zařízení, která zahrnují plunžrová čerpadla, se používají ke zdrsnění stavebních konstrukcí a řezání švů. V silničním průmyslu se používají k odstraňování dopravního značení a dokonce i vrstev asfaltového betonu.

V metalurgii pomáhají plunžrová čerpadla odvápňovat profily a cirkulovat pracovní kapalinu v těžkých metalurgických zařízeních, jako jsou valivá ložiska.

Při těžbě ropy a plynu slouží hlubinná plunžrová čerpadla jako hlavní výkonný orgán tyčových čerpacích jednotek (SSPU) používaných pro těžbu ropy.

V elektrotechnice a tepelné energetice se používají k čištění pecí, hořáků a výměníků tepla.

Ke stejným účelům se často používají plunžrová čerpadla v potravinářském průmyslu, který je obzvláště náročný na čistotu procesního zařízení.

Strojírenství a auta nemůžete ignorovat. Vysokotlaké palivové plunžrové čerpadlo zajišťuje vstřikování paliva do spalovacích komor motorů s plynovou turbínou, stejně jako traktorů, automobilů a dalších dieselových motorů.

Plunžrové olejové čerpadlo je součástí mnoha typů kovoobráběcích zařízení, zejména lisů. Bez zastavení technologického procesu můžete pomocí plunžrového čerpadla regulovat průtok oleje do hydraulického systému, což zjednodušuje ovládání zařízení.

Vysokotlaké plunžrové čerpadlo na vodu vytváří proudy, kterými lze řezat nejen kámen nebo beton, ale i kov.

Pístové čerpadlo na vodu se používá v systémech zásobování vodou a čištění vody. Například jako napájecí čerpadlo.

Plunžrové čerpadlo pro myčku automobilů je zařízení, které většina motoristů zná.

Nejdůležitějším segmentem pro použití plunžrových čerpadel, oblastí, kde se jim podařilo výrazně vytlačit pístová čerpadla, je chemický průmysl. Zde, stejně jako v řadě dalších průmyslových odvětví, mají široké uplatnění plunžrová dávkovací čerpadla určená pro objemové tlakové dávkování neutrálních, toxických a agresivních kapalin, ale i roztoků, suspenzí a emulzí s vysokou kinematickou viskozitou a hustotou. Při dávkování emulzí a suspenzí je nutné častěji čistit části ventilového systému od nečistot.

Používají se pro dávkování kyselin, zásad, vícesložkových roztoků, hořlavých a výbušných kapalin.

Pomocí pístových dávkovačů Areopag je možné dávkovat kapaliny s kinematickou viskozitou od 3,5ˣ10-7 do 8ˣ10-4 m2/s, hustotou až 2000 kg/m2, teplotou od minus 30 do plus 200OC (dle dle pokynů zákazníka – od minus 40OC do plus 250OC) a hodnoty pH 0-14 pH. Přípustná koncentrace pevné neabrazivní fáze je ─ 10 % (30 %), její hustota je ─ 2300 kg/m3, zrnitost je ─ ne více než 1 % (3 %) velikosti jednotkové trysky.

Spolu se schopností poskytovat vysoké průtoky a tlaky nabízejí plunžrová čerpadla další výhody. Mají méně opotřebitelných dílů, což zvyšuje spolehlivost a zjednodušuje údržbu a opravy plunžrového čerpadla. Výměna pístu nevyžaduje speciální nástroje a lze ji provést na místě.

Cennou kvalitou pro spotřebitele je kompaktnost a pro výrobce nižší spotřeba materiálu než u „pístového čerpadla samotného“.

Pro manipulaci s viskózními a kontaminovanými kapalinami jsou plunžrová čerpadla vhodnější než pístová čerpadla. Proto mají tak významné místo v chemickém průmyslu, a to i jako dávkovače.

Mimořádně důležitou vlastností dávkovacích čerpadel je vysoká, v případě potřeby přesnost dávkování. Jsou snadno integrovatelné do výrobních a technologických linek, lze je automatizovat, vyznačují se vysokou účinností a nízkou spotřebou energie při dávkování.

Dnes jsou široce používána plunžrová dávkovací čerpadla a zařízení, která je používají. Potenciál pro jejich zlepšení není vyčerpán. Řada otázek velkého praktického zájmu zůstává aktuální: zvýšení životnosti párů pístů, prodloužení doby generální opravy, ještě vyšší přesnost dávkování a další. Je důležité, že dnes mohou ruští spotřebitelé očekávat odpovědi na ně od domácích společností, z nichž produkty těch nejlepších jsou již schopny konkurovat za stejných podmínek čerpadlům předních zahraničních výrobců.