21. Pístová čerpadla

Hydrostatická čerpadla :
Činný prvek čerpadla (píst, membrána) tlačí přímo na kapalinu, tímto se mění přímo mechanická energie motoru na tlakovou energii kapaliny. Na tomto principu pracují čerpadla: pístová, membránová, zubová vřetenová…Společným znakem všech pístových čerpadel je nezkrácený klikový mechanismus, tzn. s křižákem.

Druhy čerpadel :
podle způsobu práce : jednočinná, dvojčinná, diferenciální a zdvižná.
počet válců : jednoválcová, víceválcová

Jednočinné pístové čerpadlo :
Čerpání probíhá nerovnoměrně, výtlačný tlak pulsuje. Pulsace se zmírňuje zařazením sacího a výtlačného vzdušníku. Čerpadlo je opatřeno jednočinným plunžrovým pístem. Zdvih bývá větší než u kotoučových pístů.
Čerpadlo nasaje kapalinu sacím ventilem do pracovního prostoru (před pístem). Jakmile píst dokončí nasávání uzavře se sací ventil a vlivem tlaku se otevře výtlačný ventil a kapalina z pracovního prostoru se vytlačí částečně do výtlačného vzdušníku a částečně už do potrubí. Jakmile píst dokončí výtlak uzavře se výtlačný ventil a otevře se sací. Během nasávání proudí do potrubí nashromážděná kapalina z výtlačného vzdušníku aby se alespoň trochu vyrovnali tlakové rázy. Čerpadlo je vybaveno úplným klikovým mechanizmem což dokazuje přítomnost křižáku. Zprava do něj vede ojnice a z něj vychází do leva pístnice, která ho spojuje s pístem.

Dvojčinné pístové čerpadlo:
Čerpadlo je opatřeno dvojčinným kotoučovým pístem – pracovní prostor po obou stranách pístu, při každém zdvihu dochází k sání i výtlaku současně, pracuje rovnoměrněji než jednočinné, vliv pulsace ve výtlaku je menší, sací i výtlačné vzdušníky mohou být menší, čerpadla jsou ale složitější, mají dvojnásobný počet ventilů a kotoučové písty jsou mnohem větší než plunžrové.
Při cestě ze zadní úvratě do přední čerpadlo nasaje kapalinu před píst protože je sací ventil na dané straně otevřený ale výtlačný ventil je vlivem podtlaku uzavřený. Během nasávání na jedné straně se na druhé straně pístu kapalina vytlačuje, tj. sací ventil na dané straně je uzavřen vlivem tlaku a výtlačný ventil je vlivem téhož tlaku otevřen. Kapalina tedy proudí do výtlačné vzdušníku a do potrubí. Čerpadlo je též vybaveno nezkráceným pístovým mechanizmem což je možné poznat díky křižáku.

Diferenciální pístové čerpadlo :
Nasává jako čerpadlo jednočinné, ale vytlačuje při obou zdvizích a to shodný objem daný diferencí ploch diferenciálního pístu. Je jednoduší než dvojčinné (menší počet ventilů). Objemový průtok je stejný jako u jednočinného čerpadla. Čerpadlo má obdobné uspořádání sacího a výtlačného vzdušníku jako jednočinné.
Když jde píst směrem ze zadní úvrati do přední tak je otevřený sací vzdušník a před píst se nasává kapalina, výtlačný ventil je uzavřen. V ten samí okamžik díky tlaku ve výtlačném vzdušníku probíhá výtlak kapaliny kolem menšího průměru pístu. Když se píst vrací tak je sací ventil vlivem tlaku uzavřen ale je otevřen ventil výtlačný a kapalina se vytlačuje do výtlačného vzdušníku, který v tu samou chvíli vytlačuje kapalinu zase okolo menšího průměru pístu. Tím se zajistí menší pulsace proudu kapaliny. Diferenciální čerpadlo je také vybaveno úplným klikovým mechanizmem.

Zdvižná čerpadla :
Čerpání vody z hlubokých studní, jednočinná nebo diferenciální. Ve válci čerpadla se pohybuje píst, ve kterém je umístěn výtlačný ventil. Při pohybu pístu dolů se tento ventil otevře a voda se přetlačuje nad píst. Při zdvihu pístu nahoru se výtlačný ventil zavře a píst horní plochou kapalinu vytlačuje a spodní plochou saje. Objemový průtok je stejný jako u jednočinného čerpadla.

Části pístových čerpadel :
ventily : samočinné, otevírají se tlakem kapaliny, uzavírají se vlastní tíhou a jsou přitlačovány pružinou.
Vzdušníky : objemový průtok kapaliny vytlačované pístem má sinusový průběh. Pro urychlení nerovnoměrně se pohybující kapaliny v sacím i výtlačném potrubí je zapotřebí tlak, který např. na sací straně snižuje sací výšku. Ke zmenšení těchto vlivů slouží vzdušníky, umísťují se co nejblíže k ventilům ( sníží množství nerovnoměrně se pohybující kapaliny)
sací koš : zadržuje hrubé nečistoty rozptýlené ve vodě. Zpětný ventil v koši umožňuje naplnění sacího potrubí kapalinou před spuštěním čerpadla.

Membránová čerpadla :
Čerpaná kapalina nepřichází do styku s pohybujícími se částmi čerpadla, vhodné proto pro čerpání znečištěných kapalin a chemicky aktivních látek. Rozdělují se na čerpadla s pístem a bez pístu. Bez pístu např. jako palivové čerpadlo u spalovacích motorů. S pístem pracuje při malých otáčkách s čistou vodou, která je od chemicky aktivní kapaliny oddělena membránou.

Radiální a axiální pístová čerpadla
Nejčastěji používané jako hydrogenerátory. Jsou to čerpadla, která mají za úkol dodávat kapalinu o vysokém tlaku. Mohou pracovat také obráceně jako hydromotory (stroje, které přeměňují tlakovou energii kapaliny na mechanickou). Zdroje tlaku a oběhu oleje u hydraulických obvodů strojů a zařízení v dopravě, dolech, zemědělství, výhodou jsou velké otáčky, bez převodovky, vyšší účinnost než u odstředivých čerpadel, nemají sací ani výtlačné ventily, přívod a výtlak oleje je řízen válcovým nebo čelním rozvaděčem.

Radiální pístové čerpadlo :
Při otáčení rotoru se písty vlivem odstředivé síly opírají vodícími kladkami o vnitřní stěnu statoru, jehož nastavení vůči ose rotoru způsobuje pohyb pístů a tím čerpání oleje. Olej se přivádí vybráním v hřídeli rotoru, pro malé průtoky nasávací, větší na vstupu alespoň 0,3 MPa.

Axiální pístové čerpadlo :
Pracuje jako hydromotor, odkloněním unášecí desky (do 25°) od souosé polohy dochází při rotaci desky běhen jedné otáčky k sání i výtlaku. Při pootočení od 0 do 180° probíhá sání, od 180 do 360° probíhá výtlak, menší rozměry a menší hmotnost než radiální, dobrá účinnost i při nízkém pracovním tlaku. Nevýhoda : náročná výroba, drahé.

Rotační lamelové čerpadlo :
Kapalina je dopravována v prostorách mezi lamelami, které jsou vedeny v radiálních drážkách v rotoru, jsou přitlačovány pružinou nebo vedeny kladkami. Je li stator přestavitelný k ose rotoru, může pracovat s proměnným průtokem a může plynule měnit smysl toku kapaliny při stejném otáčení rotoru.

Rotační zubová čerpadla :
Čerpání probíhá v zubových mezerách páru spoluzabírajících ozubených kol, záběr brání zpětnému pronikání oleje do sání, nadměrnému růstu tlaku v zubové mezeře brání vytvořené drážky pro odvod oleje, rovnoměrnost průtoku ovlivňuje počet zubů, čím více zubů tím lépe, minimum 20 zubů. Jednoduchost spolehlivost, nenáročnost na údržbu. Hlučné, s pulsacemi, nelze regulovat.

Rotační vřetenová čerpadla (šroubová) :
Je tvořeno spoluzabírajícími šroubovými vřeteny, při otáčení dochází k posunu kapaliny mezi závity od sacího k výtlačnému hrdlu, jedno, dvou a tří vřetenová. Jedno – doprava kašovitých směsí s nulovým výstupním tlakem (jako šroubový dopravník). Jsou neregulační, samonasávací, tichý chod bez pulsací, dlouhá životnost. Nutná přesnost výroby brání širokému uplatnění.