Работа поршневых насосов основана на принципе вытеснения. Основными рабочими органами поршневого насоса являются: цилиндр и поршень. Поршень перемещается в цилиндре в возвратно-поступательном движении.
В цилиндре перемещается поршень, жестко соединенный со штоком, являющимся исполнительной частью приводного конвошипно-шатунного механизма. При ходе поршня «вправо» полезный объем цилиндра, т. е. объем, заполняющийся жидкостью, увеличивается, вследствие чего, давление в нем уменьшается. Всасывающий клапан при этом поднимается, жидкость под действием внешнего давления на ее поверхности, чаще всего под атмосферным давлением, входит в цилиндр через сосуд, открытый обратный клапан и всасывающую трубу.
При ходе поршня «влево» жидкость, ранее вошедшая в цилиндр, выталкивается движущимся поршнем. Давление в цилиндре насоса при этом повышается, всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный поднимается и жидкость из цилиндра поступает в нагнетательный трубопровод. Подача жидкости в нагнетательный трубопровод происходит вследствие вытеснения из цилиндра движущимся поршнем предварительно засосанной жидкости.
Классификация поршневых насосов производится в зависимости от их конструктивных особенностей и технологического назначения.
В первую очередь поршневые насосы классифицируются по кратности действия, под которой понимают число порций жидкости, подаваемых насосом в нагнетательный трубопровод за один оборот кривошипного вала.
В пищевой промышленности применяют насосы одинарного, двойного, тройного и четверного действия. Кратность действия более четырех в практике не применяется вследствие сложности конструкции.
По расположению цилиндров поршневые насосы чаще всего бывают горизонтальные и вертикальные. По конструкции рабочего органа, вытесняющего жидкость из цилиндра, поршневые насосы бывают с дисковым поршнем и плунжерные.
Поршень насоса имеет вид диска, уплотнение которого в цилиндре осуществляется с помощью специальных пружинящих разрезанных металлических, чаще всего чугунных, колец. Тщательное уплотнение дискового поршня в цилиндре может быть осуществлено также с помощью резиновых или кожаных манжет. Для вытеснения жидкости из цилиндров поршневых насосов применяются также плунжеры.
Насосы с дисковыми поршнями применяются при перекачке маловязких незагрязненных жидкостей. Для перекачки вязких, а также загрязненных жидкостей и суспензий применяются исключительно плунжерные насосы.
Всасывание жидкости в цилиндр насоса происходит при движении плунжера вверх. При этом всасывающий клапан поднимается, и жидкость под действием внешнего давления входит в цилиндр насоса. При возвратном движении плунжера вниз клапан прижимается к своему гнезду, закрывая его, а нагнетательный клапан открывается, пропуская вытесняемую из цилиндра жидкость в нагнетательный трубопровод.
Плунжер насоса в работе соприкасается только с элементами сальника, уплотняющими плунжер в цилиндре. При этом тщательность уплотнения достигается сжимаемой сальниковым стаканом сальной набивкой, уменьшающей трение и износ соприкасающихся поверхностей. Вследствие этого цилиндр плунжерного насоса не изнашивается, а служит только емкостью, заполняемой и опорожняемой в зависимости от направления движения плунжера.
В некоторых отраслях пищевой промышленности, например, бродильной, особое значение имеет плавное регулирование подачи насосов. Наиболее удачно такое регулирование производится, если привод насоса осуществляется непосредственно от паровой машины. Поэтому здесь применяются насосы, поршни которых находятся на одних штоках с паровыми машинами. Такие насосы называются насосами прямого действия.
В пищевой промышленности применяются также мембранные насосы для перекачки агрессивных жидкостей, например, кислот и во всех других случаях, когда перекачиваемая жидкость не должна непосредственно соприкасаться с цилиндром и перемещающимся в нем поршнем или плунжером насоса.
В мембранном насосе цилиндр отделен от клапанной коробки упругой перегородкой — мембраной. Мембраны изготовляются из специальной резины или стали. Цилиндр насоса между поршнем и мембраной заполняется неагрессивной жидкостью, чаще всего минеральным маслом. Внутренние поверхности клапанной коробки, трубопроводов и поверхности клапанов должны иметь защитное покрытие или изготовляться из материалов, не разрушающихся под действием перекачиваемой жидкости.
При ходе поршня вверх объем полости цилиндра, примыкающей к мембране, увеличивается, давление над мембраной снижается и она прогибается вверх. Вследствие этого увеличивается пространство, занимаемое жидкостью между мембраной и клапанной коробкой, где давление снижается. При этом всасывающий клапан поднимается, и жидкость под влиянием внешнего давления входит в пространство под диафрагмой.
При движении поршня вниз жидкость под поршнем нажимает на диафрагму и последняя выгибается вниз. Диафрагма, в свою очередь, вытесняет жидкость из клапанной коробки. При этом всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан поднимается и пропускает жидкость в нагнетательный трубопровод. В последующих движениях поршня описанный цикл работы насоса повторяется.
