Топливоподкачивающие насосы однократного и двукратного действия

Пластинчатые насосы

Пластинчатые насосы относятся к классу объемных роторных шиберных машин.

Типы пластинчатых насосов

Различают несколько типов пластинчатых машин.

По количеству циклов изменения рабочей камеры:

• однократного действия
• двукратного действия

По возможности регулирования:

• регулируемые
• нерегулируемые насосы

Рассмотрим каждый из этих типов насосов подробнее.

Нерегулируемые пластинчатые насосы

В нерегулируемых насосах отсутствует возможность изменения рабочего объема. Подачу таких насосов можно регулировать путем изменения частоты вращения приводного двигателя или использовать дроссельное регулирование гидропривода.

Устройство пластинчатого насоса двукратного действия

Внутренняя поверхность статора 1 имеет овальную форму. Ротор 2 установлен соосно статору. В пазах 3 ротора установлены пластины 4, которые могут свободно перемещаться внутри пазов. При вращении ротора пластины за счет центробежной силы пластины прижимаются к поверхности статора образуя рабочие камеры. В связи с тем, что внутренняя поверхность статора имеет овальную форму при вращении ротора объем рабочих камер будет изменяться. В зонах 6 и 7 увеличения объема камеры выполнено отверстие для всасывания рабочей жидкости, в зонах 5 и 8 уменьшения объема камеры – отверстие для нагнетания.

В насосах двойного действия устанавливается четное число пластин (не менее 8).

Расчет рабочего объема пластинчатого насоса двойного действия

Рабочий объем насоса определяется минимальным Rc1 и максимальным радиусами Rc2 внутренней поверхности статора, толщиной ∆ и количеством z пластин, а также углом их наклона ξ.

Вычислить рабочий объем насоса двойного действия можно по формуле:

Подача пластинчатого насоса

Подача объемного насоса – это произведение его рабочего объема на частоту вращения приводного двигателя.

Принцип работы пластинчатого насоса однократного действия

Пластинчатый насос однократного действия показан на рисунке.

Ротор 1 установлен в статоре 2 с эксцентриситетом. В роторе 1 в радиальном направлении выполнены пазы 3, в которых установлены подвижные пластины 4. При вращении ротора пластины под действием центробежной силы прижимаются к цилиндрической поверхности статора. За счет эксцентриситета между осями вращения ротора и статора обеспечивается изменение объемов рабочих камер.

В зоне 6 увеличения объема камеры происходит всасывание рабочей жидкости, зоне 5 уменьшения – нагнетание.

В насосах одинарного действия используется нечетное число пластин (не менее 3).

Расчет рабочего объема пластинчатого насоса одинарного действия

Рабочий объем насоса зависит от радиусов ротора r статора R и эксцентриситета e.

Эти величины связаны зависимостью:

где a – минимальный зазор между ротором и статором.

Максимальный рабочий объем пластинчатого насоса одинарного действия можно определить по формуле:

Если полости под пластин при их выдвижении соединяются с линией всасывания, а при задвижении – с линией нагнетания, то рабочий объем такого насоса можно определить по формуле:

∆ – толщина пластин z – количество пластин b – ширина статора

Для точного определения объема рабочей камеры необходимо учесть закон перемещения пластин в роторе во время его вращения. Уточненная формула для определения рабочего объема однократного пластинчатого насоса выглядит следующим образом:

Значение коэффициента k будет зависеть от количества пластин в насосе.

Особенности применения насосов одинарного и двойного действия

В пластинчатых насосах однократного действия нагрузки неравномерны, сила давления действует на ротор только со стороны полости нагнетания. По этой причине насосы однократного действия предназначены для работы на давлении до 12 МПа. Эта проблема устранена в насосах двойного действия, где действие сил давления на ротор уравновешено.

Регулируемые пластинчатые насосы

В конструкции регулируемых насосов предусмотрена возможность изменения рабочего объема. Подачу насосов этот типа можно регулировать объемным способом.

На рисунке показан регулируемый пластинчатый насос однократного действия.

Статор 3 установлен в корпусе 2 с зазором. Винт 1 позволяет перемещать статор внутри корпуса , тем самым меняя эксцентриситет между ротором 4 и статором. Если эксцентриситет будет равен 0, то объем рабочих камер при вращении ротора меняться не будет, подача насоса будет равна 0. При максимальном эксцентриситете подача будет максимальной.

Пружина 5 прижимает статор к регулировочному винту.

Топливоподкачивающие насосы однократного и двукратного действия

Топливо, которое на пути к насосу высокого давления должно преодолеть сопротивление топливопроводов и фильтров, подается из бака топливоподкачивающим насосом низкого давления.

Избыточное давление, поддерживаемое в системе, с помощью топливоподкачивающего насоса препятствует выделению пузырьков воздуха и паров легких фракций, входящих в состав топлива, что особенно важно в летний период эксплуатации, когда температура в баке повышается до 70…80° С. Производительность топливоподкачивающего насоса влияет на процесс дозирования топлива. При ее увеличении повышается стабильность процесса топливоподачи от цикла к циклу и равномерность подачи по секциям насоса. Величина производительности выбирается также из условия обеспечения достаточного охлаждения корпуса насоса высокого давления.

Производительность топливоподкачивающего насоса обычно превышает расход топлива на номинальном режиме дизеля в несколько раз. В топливных системах с рядными ТНВД, как правило, используются топливоподкачивающие насосы поршневого типа с механическим приводом, устанавливаемые на корпусе насоса высокого давления. Привод осуществляется от отдельного кулачка или эксцентрика, изготовленных заодно с кулачковым валом. Иногда используются автономные насосы с электрическим при­водом, главным образом роторного типа. Для рядных ТНВД с двигателями небольшого рабочего объема применяют топливоподкачивающий насос однократного действия, для двигателей больших рабочих объемов с большими цикловыми подачами – насос двойного действия.

Топливоподкачивающий насос однократного действия

Топливоподкачивающий насос однократного действия состоит из корпуса, в котором размещены шток, поршень и клапана.

Рис. Топливоподкачивающий насос однократного действия:
а – нагнетание топлива; б – всасывание топлива

На входе и выходе топлива в корпусе в корпусе насоса установлены впускной 5 и выпускной 1 клапаны с пружинами. Привод насоса осуществляется от эксцентрика 3 кулачкового вала ТНВД. Усилие через толкатель передается на привод поршня топливоподкачивающего насоса. Обратный ход поршня осуществляется под действием пружины 6. Принцип работы такого насоса заключается в следующем. При сбегании эксцентрика 3 с толкателя 2 давление на поршень 4 со стороны толкателя пропадает и под действием пружины 6 поршень перемещается вверх. Впускной клапан 5 при этом закрывается, а выпускной 1 открывается и топливо поступает к ТНВД. При набегании эксцентрика 3 кулачкового вала на шток 2 поршень 4 движется вниз. Топливо находящееся под давлением открывает впускной клапан 5 и поступает через прорези в поршне в полость, находящуюся над поршнем.

Топливоподкачивающий насос двукратного действия

Основные составляющие насоса двукратного действия такие, как и у насоса однократного действия, однако принцип работы отличается.

Рис. Топливоподкачивающий насос двукратного действия

На входе 1 и выходе топлива в корпусе в корпусе насоса установлены по два впускных и выпускных клапана с пружинами. Полости над поршнем и под поршнем не связаны между собой и полностью автономны. Привод насоса осуществляется от эксцентрика кулачкового вала 7 ТНВД. Усилие через толкатель передается на привод поршня топливоподкачивающего насоса. Обратный ход поршня осуществляется под действием пружины 3.

При движении поршня 4 вниз под действием штока 6 в надпоршневой полости создается разрежение, которое передается в полость всасывания 2. При этом верхний впускной клапан открывается, а верхний выпускной закрывается и топливо из полости всасывания 2 нагнетается в надпоршневую полость насоса. Вследствие увеличения давления в полости, находящейся под поршнем нижний впускной клапан закрывается, а нижний выпускной открывается и топливо поступает в нагнетательную полость 5 и далее к ТНВД.

При движении поршня 4 вверх, вследствие повышения давления в надпоршневой полости, верхний впускной клапан закрывается, а верхний выпускной – открывается и топливо, как и при предыдущем ходе, поступает от нагнетательной полости 5 к ТНВД. Разрежение, возникающее в полости под поршнем, приводит к открытию нижнего впускного клапана, и топливо снова заполняет ее. Нижний выпускной клапан при этом закрыт. Таким образом, в насосе двукратного действия за один оборот кулачкового вала происходят две подачи топлива.

В обоих типах насосов в случае повышения давления в полости нагнетания, например при режиме частичных нагрузок, при малых расходах топлива, когда усилия пружины 3 становится недостаточно для полного перемещения поршня, он зависает, теряя контакт со штоком. При этом поршень 4 не совершает своего полного хода, поэтому шток толкателя частично перемещается вхолостую, вследствие чего подача топлива уменьшается. Таким образом, производительность насоса регулируется автоматически.

Для заполнения топливом и прокачки всей системы перед пуском двигателя, после ремонта или проведения профилактических работ по системе питания применяется ручной подкачивающий насос низ­кого давления. Он крепится, как правило, на корпусе топливо­подкачивающего насоса непосредственно над его всасывающим клапаном, но если при этом затрудняется доступ к нему, ручной насос устанавливается отдельно в магистрали.

Топливоподкачивающие насосы

Топливоподкачивающие насосы

Чтобы обеспечить беспрерывную подачу топлива из расходных цистерн к топливным насосам высокого давления, в топливную систему включают топливоподкачивающие насосы. Благодаря создаваемому ими давлению топлива (0,02—0,5 МПа) обеспечивается устойчивая работа топливной системы.

В судовых дизелях применяются поршневые, шестеренные и роторные топливоподкачивающие насосы.

Поршневые саморегулируемые насосы. На вспомогательных высокооборотных двигателях устанавливают поршневые топливоподкачивающие насосы, обладающие свойством саморегулирования (рис. 109).

Нагнетательный ход поршня 5 (рис. 109, а) происходит в момент, когда кулачковая шайба 1 не воздействует на толкатель 2. Последний отжимает пружина 12, и шток 4 отходит, от поршня 5. Топливо, находящееся в полости 6 и вытесняемое поршнем, направляется в дизель. Поршень 5 перемешается под действием пружины 7 лишь по мере расходования топлива. Во время работы дизеля под нагрузкой большой расход топлива, т. е. оно покидает полость б быстро, без нагрузки — медленно. В первом случае скорость перемещения поршня 5 под действием пружины 7 будет выше, чем во втором. Значит, насос подает столько топлива, сколько его расходует двигатель. Таким образом, насос является саморегулируемым, не нуждающимся в перепускном клапане. При рассмотренном направлении движения поршня 5 в полости а создается разрежение, поэтому в нее через клапан а – нагнетательный ход: б – подготовительный ход поступит топливо из расходной цистерны.

Рис. 109. Схема поршневого саморегулируемого топливоподкачивающего насоса:

Когда кулачковая шайба 1 набежит на ролик 2 толкателя 3 (рис. 109,6), поршень 5 будет перемещаться в обратном направлении, сжимая пружину 7. Топливо из полости а начнет выходить через клапан 6 в полость б. Часть топлива направится на дизель, но основная его масса перейдет из полости а в полость б. Иными словами, ход поршня 5 под действием кулачковой шайбы является подготовительным, т е. поршень возвращается в исходное положение начала нагнетательного хода.

К топливоподкачивающему насосу присоединен топливопрокачивающий для предпускового прокачивания топливной системы дизеля.

При разборке и сборке топливной аппаратуры в систему может попасть воздух. Для его удаления и для предпускового прокачивания топлива головку 8 (см. рис. 109, а) вывинчивают из крышки цилиндра и начинают перемещать вверх – вниз поршень 10. При движении поршня 10 вверх топливо из расходного бака засасывается в цилиндр 9 через клапан 11, при перемещении поршня вниз оно через полость а, клапан 6 пойдет к двигателю.

После прокачивания головку 8 ввинчивают в крышку цилиндра 9 и поршень 10, сместившись вниз, перекроет канал (отверстие), соединяющий цилиндр 9 с пространством под клапаном 11.

На рис. 110 изображен продольный разрез насоса двигателя 6Л160ПНС, работающего по рассмотренному принципу. Поршень 18 нагружен с передней стороны пружиной 14, упирающейся в пробку 13, ввернутую в корпус 6 насоса. С задней стороны поршня предусмотрен колпачок 4, внутри которого заключен нагнетательный клапан 1. Через колпачок 4 на поршень 18 воздействует толкатель 2, примыкающий другим торцом к эксцентрику 3 кулачкового вала блочного топливного насоса. В нижней части корпуса 6 помещены всасывающий клапан 15 и сетка 16. Под ними находится отстойник 17, в который по трубе, не изображенной на рисунке, поступает топливо.

Рис. 110 Топливоподкачивающий насос двигателя 6Л160ПНС

Когда эксцентрик 3 сбегает с торца толкателя 2, поршень 18 под действием пружины 14 движется влево, вытесняя топливо из полости а через штуцер 5 к двигателю. Справа от поршня, т. е в полости в, создается разрежение и топливо из отстойника 17 засасывается в нее через сетку 16 и клапан 15. При набегании эксцентрика 3 на толкатель 2 поршень 18 движется вправо, снимая пружину 14 Всасывающий клапан 15 закрывается, и топливо из полости в через нагнетательный клапан 1 вытесняется в полость а. Просачивающееся вдоль толкателя топливо по каналу б стекает в отстойник.

Для заполнения системы топливом при неработающем двигателе предусмотрен ручной насос, цилиндр 10 которого ввернут в корпус 6. При необходимости прокачать систему, головку 7 штока 9 вывертывают из пробки 8, после чего за эту головку начинают перемещать поршень 11 попеременно вверх и вниз. При движении поршня 11 вверх топливо засасывается через клапан 15 и полость в в цилиндр 10, при движении его вниз топливо поступает через полость в, клапан 1 полость а и штуцер 5 к двигателю. После прокачивания головку 7 ввертывают в пробку 8 и поршень 11 прижимается к прокладке 12, благодаря чему герметизируется полость в.

Шестеренные насосы.

Наиболее часто для подачи топлива применяют шестеренные топливоподкачивающие насосы вследствие их простоты. В корпусе 1 насоса (рис 111, а) находятся ведущая 2 и ведомая 4 шестерни, сцепленные между собой Ведущая шестерня 2 насажена на вал 3 с помощью шпонки и приводится во вращение от коленчатого вала Шестерня 4 свободно сидит на оси 5. Ведомая шестерня вращается против часовой стрелки, а ведущая 2 — по часовой. Каждая из шестерен при вращении переносит топливо во впадинах зубьев в направлении справа налево. Значит, топливо к шестерням должно быть подведено через отверстие д, а отведено от них через отверстие а.

Переносимое между зубьями шестерен — во впадинах топливо будет накапливаться в левой части корпуса насоса. При этом в ней будет создано давление, а в первой части — разрежение.

При конструировании насоса стремятся обеспечить избыток поступления топлива по сравнению с его расходованием. Для перепуска избыточного топлива предусмотрен клапан 6, нагруженный пружиной 7. В связи с избытком поступления топлива давление слева от клапана 6 возрастает, он отжимается от седла и топливо по каналам б, в и г перетекает в правую полость.

Как видно из рассмотренного, для нереверсивного насоса всасывающий и нагнетательный клапаны не нужны, тогда как у реверсивного насоса их должно быть по два всасывающие 12, 17 (рис 111,6) и нагнетательные 13, 15. Полостью всасывания служит канал ж с отверстием е для подвода топлива, полостью нагнетания — канал в с отверстием г для штуцера, через который топливо отводится.

Если щестерни 14 и 18 будут вращаться по направлению сплошных стрелок, над клапаном 17 будет разрежение Топливо, двигаясь по каналу д поднимет клапан 17 и пройдет к шестерням, перемещаясь по каналу в, оно поднимет клапан 13 и поступит к выходному отверстию г. При обратном направлении вращения шестерен путь топлива изображен пунктирными стрелками В этом случае шестерни его будут переносить слева направо. Всасывающий клапан 12 откроется, и из канала ж чёрез полость а топливо поступает к шестерням.

Рис. 111 Шестеренные насосы

Нагнетаемое топливо поднимет клапан 15 и направится на выход из насоса через отверстие г.

Избыточное топливо перепускает клапан 11, к которому подходит канал б. Давление, создаваемое насосом, можно регулировать натяжением пружины 10 посредством пробок 9, 8 На всех клапанах предусмотрены ограничители подъема 16.

Роторный насос.

В быстроходных двигателях применяют роторные топливоподкачивающие насосы. На двигателях ЗД6 устанавливают роторный насос БНК-12ТК (рис 112).

В корпусе 5 помещен неподвижный стакан 1, во внутренней полости которого эксцентрично вращается ротор 4 с четырьмя лопатками 2, вставленными свободно в его пазы. Внутренние грани лопаток упираются в плавающий палец З, а внешние соприкасаются с цилиндрической поверхностью стакана 1. В верхней части ротор 4 плотно прилегает к внутренней поверхности стакана 1.

При вращении ротора по часовой стрелке его лопатки нагнетают топливо в направлении, изображенном сплошными стрелками. Избыточное топливо перепускает клапан 6, как показано пунктирными стрелками. Перепускной клапан 6 нагружен пружиной 7. Натяжение ее, а следовательно, и давление, создаваемое насосом, можно изменять с помощью пробки 5, ввернутой в крышку 11 насоса. При регулировке натяжения пробку 8 поворачивают квадратным стержнем 10, на головке 9 которого предусмотрен шлиц для отвертки.

Под тарелкой перепускного клапана 6 помещен заливочный клапан 12 со слабой пружиной 13. Он служит для пропуска топлива в систему при подготовке двигателя к пуску. Под давлением топлива из расходного бака клапан 12 опускается и через отверстия в тарелке перепускного клапана 6 поступает в полость насоса. Во время работы насоса вследствие давления топлива заливочный клапан прижимается к тарелке перепускного.

Рис. 112 Роторный насос

Как и шестеренные, роторные насосы могут быть реверсивными, если их оборудовать всасывающими и нагнетательными клапанами или золотником.

Насос топливный низкого давления: первая ступень системы питания дизеля

Для работы топливного насоса высокого давления дизельных двигателей необходимо обеспечить подачу топлива в него под напором. Данную задачу решает топливный насос низкого давления — все об этом механизме, его типах, конструкции и принципе работы, а также о выборе и замене насосов рассказано в статье.

Что такое топливный насос низкого давления (ТННД)?

Топливный насос низкого давления (топливоподкачивающий насос, ТННД) — компонент ступени низкого давления топливной системы и системы впрыска дизельного двигателя; насос для подачи топлива из топливного бака во впускную полость топливного насоса высокого давления (ТНВД).

Данный агрегат выполняет несколько функций:

• Создание на входе в ТНВД необходимого для его функционирования избыточного давления;
• Обеспечение поступления в ТНВД достаточного объема топлива;
• Создание во всасывающей разрежения, необходимого для забора топлива из бака и преодоления сопротивления фильтра грубой очистки (ФГО);
• Создание давления, достаточного для преодоления топливом сопротивления фильтра тонкой очистки (ФТО);
• Предотвращение выделения пузырьков легколетучих фракций из топлива при движении в топливной магистрали (что может происходить вследствие нагрева топлива во время работы двигателя и в теплое время года).

Применение ТННД на дизелях обусловлено особенностями работы ТНВД. В отличие от других типов насосов, на входе ТНВД не создается разрежение, за счет которого обеспечивался бы забор топлива из бака. Напротив, для нормальной работы насосных секций ТНВД на его входе необходимо создать некоторое избыточное давление (порядка 4-6 атмосфер) — именно эту задачу и решает ТННД.

ТННД обычно выполняется в виде отдельного компактного узла, который монтируется непосредственно на ТНВД и имеет привод от его кулачкового вала, либо устанавливается отдельно и имеет собственный привод. Вход ТННД соединен с магистралью топливной системы со стороны бака и ФГО, выход — с магистралью со стороны ФТО и входа ТНВД. В результате такого расположения топливоподкачивающий насос создает разрежение для забора топлива из бака и повышает его давление для преодоления сопротивления ФТО и подачи на ТНВД.

ТННД является одним из основных компонентов системы питания дизельного мотора, его поломка фактически выводит из строя и всю силовую установку. Так что ТННД необходимо как можно скорее ремонтировать или менять, а, чтобы сделать это правильно, следует разобраться в существующих типах этих агрегатов и их конструкции.

Классификация ТННД

Конструкция роликового топливоподкачивающего насоса

Конструкция роторно-лопастного топливоподкачиваюшего насоса

Конструкция шестеренчатого топливоподкачивающего насоса

В системах питания дизелей находят применение насосы трех основных видов:

При этом агрегаты могут иметь различный привод:

• Механический — от вала ТНВД, коленвала, распредвала;
• Электрический — от встроенного электромотора.

Как правило, электрический привод имеют некоторые виды роторных (роликовых) насосов, они выполнены в виде автономного узла, монтируемого рядом с двигателем, у топливного бака или в ином месте. Роторные и шестеренчатые насосы применяются на легковых авто и коммерческих грузовиках, оснащенных системой впрыска Common Rail (они могут быть как автономными, так и интегрированными в корпус ТНВД). Дизельные двигатели грузовых автомобилей с распределительной системой впрыска обычно имеют поршневой насос, интегрированный с ТНВД.

Каждый из указанных агрегатов имеет различный принцип работы и свои конструктивные особенности.

Конструкция и принцип работы роторных ТННД

Роторные насосы низкого давления бывают различных типов — роторно-лопастные, роликовые и другие. Однако они отличаются лишь способом формирования замкнутых камер для топлива.

Насосная секция роторного ТННД состоит из цилиндрического корпуса (плиты нагнетания), в стенках которой выполнены прорези переменного сечения, и вращающегося внутри корпуса ротора с прорезями, в которые на пружинах вставлены ролики или плоские лопасти. При вращении насоса ролики/лопасти, упираясь в стенки корпуса, образуют замкнутые полости, захватывают топливо со стороны всасывания и проталкивают его по прорези — за счет сокращения объема камеры давление топлива возрастает, и когда ролик/лопасть проходит выпускное отверстие, топливо выбрасывается через него в систему.

Недостаток роторных насосов — необходимость в сложном приводе от коленчатого вала, шестерен распредвала или вала ТНВД. Это повышает стоимость агрегата и снижает его надежность. Однако ТННД данного типа с электрическим приводом автономны и их характеристики не зависят от режима работы силового агрегата — это обеспечивает стабильное поступление топлива в ТНВД и повышает устойчивость работы мотора.

Устройство и принцип работы шестеренчатого ТННД

Конструктивно этот насос очень прост, он повторяет устройство обычных шестеренчатых масляных насосов. Основу ТННД составляет корпус, внутри которого расположены две зацепленные друг с другом шестерни. Каждая шестерня вращается в своей половине корпуса так, что ее зубцы прижаты к стенкам и образуют ряд герметичных камер. При вращении шестерен эти камеры захватывают топливо и перемещают его в сторону выпуска, за счет постоянного поступления топлива в сторону нагнетания его давление повышается до необходимой величины.

Для шестеренчатых насосов присущи те же преимущества и недостатки, что и для роторных. Однако эти ТНВД более просты по конструкции, а поэтому они дешевле в производстве и обслуживании, что и обусловило их широкое распространение.

Конструкция и принцип работы поршневого ТННД

Поршневые топливные насосы низкого давления бывают двух типов:

• Однократного действия — за один рабочий цикл выполняется одно накачивание топлива;
• Двукратного действия — за один рабочий цикл выполняется два накачивания топлива.

Наиболее просто устроен насос однократного действия. Его основу составляет литой корпус, в котором находятся впускная и нагнетательная полости, а также центральная полость под поршень. Поршень соединен со штоком, который через цилиндрический толкатель или ролик опирается на эксцентрик кулачкового вала ТНВД, а обратной стороной упирается в пружину. Непосредственно в поршне или на всасывающей секции насоса выполнен впускной клапан, а выпускной расположен в нагнетательной секции.

Работа поршневого насоса однократного действия сводится к следующему. Пружиной шток прижимается к вращающемуся эксцентрику, поэтому при вращении вала шток набегает и сбегает с эксцентрика, а поршень совершает возвратно-поступательные движения. При движении поршня в сторону нагнетательной секции его клапан открывается и полость над ним заполняется. При движении поршня вверх клапан закрывается и полость герметизируется — за счет этого давления топлива повышается. При достижении необходимого давления срабатывает выпускной клапан и топливо поступает к фильтру тонкой очистки и ТНВД. Далее процесс повторяется.

Насосы однократного действия нагнетают топливо только при движении поршня в одну сторону, поэтому они создают пульсирующий поток. Этот недостаток устранен в насосах двукратного действия.

Конструктивно ТННД двукратного действия похож на предыдущий, однако в нем выполнены две пары впускных и выпускных клапанов, а поршень является герметичным и делит полость на две камеры. Работает агрегат просто. При движении поршня объемы полостей над и под ним изменяются: одна увеличивается, а другая уменьшается. В полости с уменьшающимся объемом давление растет и в определенный момент топливо, преодолев усилие пружины выпускного клапана, поступает в магистраль к ТНВД. В полости с увеличивающимся объемом, напротив, давление падает, за счет чего в нее поступает топливо из бака. При движении поршня в обратную сторону полости меняются ролями и в них происходят описанные выше процессы.

Насосы двукратного действия нагнетают топливо при движении поршня в обе стороны, поэтому они создают более равномерный поток топлива.

В насосах также предусмотрены механизмы изменения подачи топлива вслед за изменением скорости вращения коленвала. Это достигается регулировкой усилия пружины и введением в насос перепускного канала (иногда с дополнительным клапаном). Настройка этих компонентов выполняется так, чтобы при снижении оборотов мотора амплитуда движения поршня уменьшалась (например, за счет подачи топлива под поршень в насосах однократного действия или за счет упругости пружины) — это уменьшает подачу топлива, при росте оборотов подача восстанавливается.

Также в этих механизмах встраивается насос ручной подкачки, посредством которого осуществляется заполнение системы после длительного простоя или ремонта. Такой насос имеет простейший ручной привод с помощью рукоятки, которая в транспортном положении зафиксирована на корпусе агрегата резьбой.

Вопросы выбора и замены ТННД

Топливоподкачивающий насос постоянно работает с высокими нагрузками, вследствие чего его детали — поршень, клапаны и их седла, уплотнительные компоненты — подвергаются интенсивному износу и становятся причинами поломок. В большинстве случаев для устранения неисправностей и восстановления работы ТННД требуется заменить отдельные детали, которые продаются в ремкомплектах.

В случае серьезных поломок — при возникновении трещин в корпусе, изломов и разрушения деталей, их деформации и т.д. — насос меняется в сборе. На замену следует выбирать ту модель топливоподкачивающего насоса, которая рекомендована производителем транспортного средства и по характеристикам совместима с ТНВД. Все работы по замене и настройке насоса необходимо выполнять в соответствии с инструкцией по ремонту и ТО данного конкретного транспортного средства. При правильном выборе агрегата вся система питания дизеля будет работать надежно и эффективно на всех режимах.

Основы гидравлики

Насосы пластинчатые (шиберные)

Пластинчатые (шиберные, коловратные) насосы нашли широкое применение в гидроприводах технологического оборудования, работающих при давлениях жидкости до 6,3 или до 12,5 МПа. Это объемные гидромашины, функцию вытеснителей в которых выполняют две или несколько пластин (шиберов) .
Не следует путать пластинчатые насосы с лопастными насосами, поскольку термин “лопастные” в настоящее время закреплен за динамическими насосами, имеющими рабочий орган в виде центробежного, осевого или диагонального вентилятора.

Различают пластинчатые насосы:

Работу пластинчатого насоса легко уяснить из примеров, приведенных на рисунках 1, 2, 3 .
Пластинчатый насос однократного действия (рис. 2, 3) состоит из корпуса 1 , в цилиндрической расточке которого эксцентрично (со смещением) расположен ротор 2 .
В пазах ротора размещены незакрепленные пластины 3 .
К торцам ротора крышками поджаты распределительные диски с окнами B всасывания и H нагнетания, соединенные каналами в корпусе соответственно с входным и выходным отверстиями насоса.

Насос представляет собой многокамерную роторную гидравлическую машину.
Каждая камера образована поверхностями двух соседних пластин, ротора, корпуса и распределительных дисков.
При вращении ротора насоса от приводного электродвигателя пластины выдвигаются из пазов, и постоянно прижимаются к поверхности расточки корпуса центробежными силами.
Если ротор вращается по часовой стрелке, то рабочие камеры, расположенные слева от вертикальной оси, увеличивают свои объемы. В них создается вакуум, и жидкость за счет разности давлений поступает из бака насосной станции через окно B в камеры насоса, – происходит всасывание.
Одновременно камеры, расположенные справа от оси, уменьшают свои объемы, и находящаяся в них жидкость вытесняется через окно H в напорную линию с избыточным давлением – происходит процесс нагнетания.
За один оборот ротора каждая камера совершает один полный цикл, то есть осуществляет всасывание и нагнетание.

Если поместить ротор внутри кольца, которое может перемещаться в корпусе насоса, то можно создать регулируемую гидравлическую машину.
Производительность такого насоса будет зависеть от величины эксцентриситета, а направление движения потока жидкости от направления (вверх или вниз) смещения оси кольца от оси ротора, причем подача насоса будет равна нулю, если е = 0, то есть когда оси ротора и статора совпадают.

Недостатком рассмотренной схемы является значительная по величине и постоянная по направлению нагрузка F на опоры ротора, вызванная разностью давлений р_изб и р_вак в камерах нагнетания и всасывания.

Теоретическую производительность пластинчатого насоса однократного действия определяют по формуле:

где:
e – эксцентриситет (смещение оси статора насоса по отношению к оси ротора);
R – радиус цилиндрической расточки статора;
z – число пластин;
S и b – толщина и ширина пластин;
n – частота вращения ротора насоса (вала приводного электродвигателя).

Регулируемые пластинчатые насосы однократного действия нашли применение в приводах технологического оборудования с объемным способом регулирования (в том числе и автоматического) скорости гидравлических двигателей, работающих под давлением жидкости до 6,3 МПа.

Принцип работы пластинчатого насоса двукратного действия

Пластинчатый насос двукратного действия (рис. 4) имеет ряд существенных конструктивных и эксплуатационных отличий от насоса однократного действия.
Корпус 1 насоса имеет внутреннюю расточку, профиль которой образован двумя дугами радиусов R и r , а также переходными кривыми, сопрягающими указанные дуги на участках всасывания и нагнетания. Две зоны всасывания B и две зоны нагнетания H расположены в корпусе насоса симметрично друг против друга.
Оси расточки корпуса и ротора 2 совпадают.

Жидкость из зон нагнетания H подведена в кольцевую проточку 3 , из которой она поступает под торцы пластин 4 , поэтому радиальное перемещение пластин и прижим их к профилированной поверхности корпуса производится не только центробежной силой, но и силой давления жидкости.
В некоторых моделях насосов жидкостью поджимают и распределительные диски, расположенные по торцам ротора. Эти конструктивные решения уменьшают внутренние утечки в насосе.

При вращении ротора насоса против часовой стрелки, камеры, расположенные справа от вертикальной оси и ниже горизонтальной оси увеличивают свой объем, давление в них падает до величины меньше атмосферного (создается разрежение) и жидкость из бака поступает в насос – происходит процесс всасывания.
Следующую четверть оборота камеры уменьшают свой объем, пластины оказывают силовое действие на жидкость и вытесняют ее в напорный трубопровод под избыточным давлением – происходит процесс нагнетания.
Таким образом, за один оборот ротора полный цикл работы насоса повторяется дважды, то есть происходит двукратное действие насоса.

Из-за диаметрально противоположного размещения рабочих полостей в насосе силы давления жидкости на ротор уравновешены, а опоры ротора разгружены, что является существенным преимуществом по сравнению с ранее рассмотренными конструкциями насосов.

Пластинчатые насосы могут использоваться в режиме гидромотора только в том случае, если в пространстве под пластинами расположены пружины, осуществляющие прижим пластин к корпусу статора. При отсутствии таких пружин насос не является обратимым, и не способен преобразовывать энергию потока жидкости в механическую энергию (т. е. не способен выполнять функции гидродвигателя) .

Теоретическая производительность пластинчатого насоса двукратного действия определяется по формуле:

Q_m = 2bn(R – r)[π(R + r) – zS] , м 3 /с (2)

где:
b – ширина пластины;
R и r – соответственно большой и малый радиусы расточки корпуса;
z – число пластин;
S – толщина пластины;
n – частота вращения ротора (вала приводного электродвигателя).

Анализ формулы (2) показывает, что производительность (подачу) данного насоса можно изменять только за счет регулирования частоты вращения вала приводного двигателя, следовательно, сам пластинчатый насос двукратного действия представляет собой нерегулируемую машину.

Достоинства и недостатки шиберных насосов

В сравнении с шестерёнными, пластинчатые гидромашины создают более равномерную подачу, а в сравнении с роторно-поршневыми и поршневыми гидромашинами – конструктивно проще, менее требовательны к загрязнениям рабочей жидкости, и, как следствие, – значительно дешевле в изготовлении и эксплуатации.

Пластинчатые гидромашины широко применяются в системах объёмного гидропривода (например, в приводе металлорежущих станков, системах гидроусилителей рулевого управления автомобилей и т. п.) .
Пластинчатые (шиберные) насосы применяют в приводах технологического оборудования с объемным или дроссельным регулированием скорости гидравлического двигателя при сравнительно высоких давлениях (до 12,5 МПа) .
Эти насосы не на много дороже шестеренных (зубчатых) насосов, отличаются простотой конструкции, компактностью, высоким КПД (до 85%) , допускают эксплуатацию при частотах вращения ротора до n = 30 с -1 . Именно благодаря этим качествам пластинчатые насосы нашли применение в таких ответственных системах автомобилей, как гидравлические усилители рулевого управления.

Пластинчатый насос

Классификация

Пластинчатым называют объёмный насос, в число рабочих органов которого входят шиберы, выполненные в виде пластин.

Различают пластинчатые насосы:

1. однократного действия
2. двухкратного действия

Конструкция насоса однократного действия

В роторе насоса в радиальном направлении выполнены пазы, в которых установлены подвижные пластины. В корпусе выполнено цилиндрическое отверстие, диаметр которого больше диаметра ротора. Поверхность этого отверстия формирует статор. Ротор размещен в статоре с эксцентриситетом. Вал насоса соединяется с приводным двигателем. Торцевые диски позволяют отделить линию всасывания насоса от линии нагнетания.

При вращении вала с ротором, пластины под действием центробежной силы выдвигаются из пазов и прижимаются к поверхности статора.

Образуются камеры запертого объема между ротором, статором, пластинам и торцевыми дисками.

За счёт эксцентриситета между ротором и статором, при вращении ротора, объём этих камер изменяется. Сначала увеличивается, а затем уменьшается.

В одном из торцевых дисков выполнен паз, соединяющий зону увеличения объёма камеры с линией всасывания насоса.

Паз, выполненный в другом диске, соединяет зону уменьшения объёма камер с линией нагнетания.

В процессе увеличения объёма камер, в ней создается раздвижение, и жидкость заполняет камеру.

При дальнейшем движении ротора, объём камеры начинает уменьшаться и жидкость вытесняется в линию нагнетания, преодолевая её сопротивление.

Конструкция насоса двукратного действия

В пластинчатом насосе двухкратного действия ротор также имеет радиальные пазы, с установленными в них пластинами.

Отверстие в корпусе не цилиндрическое, а эллиптическое. Каждый из торцевых дисков имеет по 2 паза соединенных либо с линией всасывания, либо с линией нагнетания.

При вращении ротора, пластины выдвигаются из пазов и прижимаются к поверхности статора. Образуются камеры с запертым объёмом между ротором, статором, пластинами и торцевыми дисками.

Изменение объёма этих камер осуществляется за счет эллиптической поверхности статора. Расстояние между осью вращения ротора и поверхностью статора изменяется. Значит, меняется и объём камеры.

Сначала объём камер увеличивается. Паз в торцевом диске позволяет жидкости из линии всасывания заполнить камеру. Затем объём камеры уменьшается.

Через паз, выполненный на другом торцевом диске, жидкость вытесняется в линию нагнетания. Затем вновь объём камеры увеличивается, а жидкость через 2-й паз первого торцевого диска поступает в камеру.

Затем объём камеры уменьшается, жидкость вновь через 2-й паз второго диска вытесняется в линию нагнетания.

Таким образом, за один оборот совершается 2 цикла всасывания и нагнетания. Поэтому такой пластинчатый насос называют двукратным.

Источники:

http://www.hydro-pnevmo.ru/topic.php?ID=27
http://ustroistvo-avtomobilya.ru/dizel-naya-toplivnaya-apparatura/toplivopodkachivayushhij-nasos/
http://privetstudent.com/referaty/referaty-transport/258-toplivopodkachivayuschie-nasosy.html
http://www.autoars.ru/articles/?id=135
http://k-a-t.ru/gidravlika/14_gidro_mashiny_5/index.shtml
http://pronpz.ru/nasosy/plastinchatyi.html