Плунжер — разновидность поршня¶
Плунжер — разновидность цилиндрического поршня, используемого в насосах, компрессорах, гидравлических и пневматических системах, а также в некоторых типах двигателей и прессов. Отличается высокой точностью изготовления, малым зазором в сопряжении с цилиндром и работой преимущественно в режиме, когда перепад давления приходится на одну (торцевую) поверхность. Термин происходит от немецкого Plunger («поршень, толкатель»).
¶Принцип работы
В отличие от обычного поршня, который плотно прижат к стенкам цилиндра и герметизирует полость за счёт поршневых колец, плунжер свободно перемещается в цилиндре с минимальным зазором (обычно от 0,002 до 0,01 мм). Герметизация достигается не кольцами, а самим точным сопряжением «плунжер — втулка» и давлением рабочей жидкости. При возвратно-поступательном движении плунжера объём рабочей камеры изменяется, что обеспечивает всасывание и нагнетание жидкости или газа.
Ключевое конструктивное отличие: у плунжера рабочая камера обычно расположена перед его торцом, а не в кольцевом пространстве вокруг него. Поэтому плунжер работает в условиях одностороннего нагружения давлением, что требует применения прочных материалов и точной шлифовки.
¶Устройство и материалы
Типичный плунжерный узел состоит из:
- плунжера — цилиндрической детали с высокой классом точности шлифования (обычно не ниже 6-го класса по ГОСТ);
- втулки (направляющей), выполненной из материала с близким коэффициентом температурного расширения;
- уплотнения торца (манжета, сальниковая набивка или гидравлическое уплотнение);
- приводного механизма (кривошип, эксцентрик, гидроцилиндр, электромагнит).
В качестве материалов применяют легированные стали с цементацией или азотированием (например, 20Х, 40Х, хромистые стали), поверхность которых доводится до твёрдости 58–62 HRC. Для агрессивных сред используют нержавеющие стали, керамику, карбид вольфрама. В топливных аппаратах дизелей плунжер и втулка образуют так называемую плунжерную пару, изготавливаемую с прецизионной подгонкой друг к другу.
¶Области применения
¶Топливная аппаратура дизелей
Наиболее известное применение плунжеров — топливный насос высокого давления (ТНВД) дизельных двигателей. Плунжер, вращаясь и перемещаясь во втулке, создаёт давление до 150–200 МПа, необходимое для впрыска дизтоплива через форсунку. Подача топлива регулируется поворотом плунжера (изменением положения винтовой канавки) или ходом рейки. От точности плунжерной пары зависит равномерность подачи топлива по цилиндрам и, как следствие, устойчивость работы двигателя.
¶Гидравлические системы
Плунжерные насосы применяются в гидроприводах прессов, подъёмников, рулевых систем судов и авиации. Они обеспечивают высокие давления (до 700 МПа и выше) при малых расходах рабочей жидкости. Плунжерные гидронасосы (аксиально-плунжерные, радиально-плунжерные) способны работать с переменным рабочим объёмом, что делает их основой регулируемых гидроприводов.
¶Нефтепромысловое оборудование
Плунжерные насосы (как погружные, так и поверхностные) применяются для подъёма нефти из скважин на поздней стадии разработки, когда пластовое давление снижено. Плунжер в данном случае работает в агрессивной среде с песком и солёной водой, что предъявляет повышенные требования к износостойкости.
¶Промышленные прессы и калибровка
В прессах для калибровки и выдавливания металлов плунжер передаёт усилие от гидроцилиндра на рабочий инструмент. В химическом машиностроении плунжерные дозирующие насосы обеспечивают точную подачу реагентов.
¶Плунжер и поршень: отличия
| Признак | Поршень | Плунжер |
|---|---|---|
| Герметизация | Поршневые кольца, манжеты | Точное сопряжение с втулкой |
| Зазор в цилиндре | Относительно большой | Минимальный (тысячи мм) |
| Рабочая камера | В кольцевом пространстве или перед торцом | Перед торцом |
| Давление | Среднее и высокое | Очень высокое |
| Ход | Относительно короткий | Короткий, с высокой частотой |
¶Основные неисправности
Наиболее частые дефекты плунжерных узлов — износ рабочей поверхности, задиры, коррозия, потеря герметичности из-за попадания абразива. Износ плунжерной пары ТНВД приводит к снижению давления впрыска, падению мощности двигателя, чёрному дыму и трудному пуску. Для восстановления применяют шлифовку с последующей подгонкой втулки, наплавку или гальваническое хромирование.
¶Интересные факты
Самые высокие давления в промышленности — до 1000 МПа — создаются именно плунжерными прессами, применяемыми при сверхвысоком прессовании (СВП) материалов, включая синтез алмаза из графита.