Основные конструктивные типы

Тема 5.2 Роторные насосы

Объёмные роторные машины (насосы и гидродвигатели) широко распространены в промышленности и транспорте: их конструкции чрезмерно разнообразны. Они применяются в системах смазки и регулирования двигателей, компрессоров и насосов, в силовых гидропередачах и особенно широко в системах гидроприводных устройств различного назначения. Рабочие параметры лежат в области малых подач и высоких давлений.

Выделим, следуя конструктивному признаку, следующие типы роторных насосов: шестерёнчатые, пластинчатые, аксиально – поршневые, радиально – поршневые, винтовые.

Шестерёнчатые насосы. Конструктивная схема такого насоса с внешним зацеплением представлена на рис. 5.19.

Рисунок 5.19 Конструктивная схема шестерёнчатого насоса

Сцепляющиеся зубчатые колёса 1 и 2 помещены с малыми зазорами в корпусе 3. Ведущее колесо снабжено валиком, выходящим из корпуса через уплотнительный сальник; ведомое колесо является холостым.

При вращении колёс в направлении, указанном стрелками, жидкость поступает из полости всасывания 4 во впадины между зубьями и перемещается в напорную полость 5; здесь при сцеплении происходит выдавливание жидкости из впадин.

Зубчатые колёса таких насосов обычно выполняются одинаковых размеров.

Подача шестерёнчатого насоса, состоящего из двух колёс разных размеров определяется по формуле

, (5.22)

где f – площадь поперечного сечения впадины между зубьями; l – длина зуба колеса; - количество зубьев; - частоты вращения, об/мин; - объёмный коэффициент насоса.

Если обозначить передаточное число зубчатой пары , а диаметры начальных окружностей и ,то уравнение (5.22) можно привести к виду:

. (5.23)

Если колеса одинаковы, то и

(5.24)

Подача Насоса определяется геометрическими размерами колеса и частотой вращения вала.

Объёмные коэффициент учитывает перенос жидкости в пространствах а обратно в полость всасывания (рис. 5.20). Этот же коэффициент оценивает перетекание жидкости через зазоры из напорной полости во всасывающую. Для насосов .

Рисунок 5.20 Обратное нагнетание жидкости шестерёнчатым насосом

В результате исследования кинематики и геометрии шестерёнчатого насоса с одинаковыми колёсами при эвольвентном зацеплении приходят к следующему выражению для подачи:

(5.25)

где R – радиус начальной окружности; h – высота головки зуба.

Все приведенные выражения для подачи дают её среднее значение за достаточно длительный промежуток времени. При работе шестерёнчатого насоса подача постоянно колеблется около среднего значения.

Шестеренчатые насосы реверсивны, т.е. при изменении направления вращения зубьев они изменяют направление потока в трубопроводах, присоединённых к насосу. Эти насосы обратимы: подводя жидкость под давлением к одному из патрубков насоса и сообщая другой патрубок со сливным баком, получаем машины в качестве гидродвигателя; выходной вал машины буде развивать мощность, пропорциональную расходу и давлению подводимой жидкости.

Пластинчатые (шиберные) насосы. Простейшая схема такого насоса дана на рис. 5.21.Действительные конструкции значительно сложнее; они укладываются в две основные схемы.

Рисунок 5.21 Пластинчатый насос с внешним подводом

Первая схема – насос с внешним подводом жидкости (рис. 5.21). В корпусе 1 вращается эксцентрично расположенный массивный ротор 2. В радиальных канавках, выфрезерованных в роторе, ходят пластинки (шиберы) 3. Внутренняя поверхность корпуса обработана так, что полость всасывания 4 и полость подачи 5 отделены одна от другой пластинами и цилиндрическими поверхностями ab и cd. Для правильной работы нужно, чтобы длины дуг ab и cd были не меньше расстояний между концами пластинок во время пробегания их по уплотняющим поверхностям. Вследствие наличия эксцентриситета е при вращении ротора 2 жидкость переносится из полости 4 в полость 5 в межлопастных пространствах А.

Если эксцентриситет е будет уменьшен смещением ротора вверх, то и в нижней части насоса возникнут межлопастные пространства и часть жидкости из полости 5 будет переносится в полость 4.

При е=0 количество жидкости, переносимой из полости 5 в полость 4 и обратно, становятся одинаковыми, и насос не подает жидкость. Если же е отрицательно, т.е. откладывается от центра корпуса вверх, то происходит подача из полости 5 в полость 4.

В простейших конструкциях насосов этого типа эксцентриситет выполняется постоянным. Средняя подача такого насоса, м /мин,

(5.26)

где - площадь межлопастного пространства при пробегании его по замыкающей дуге ab.

Вторая схема – насос с внутренним подводом жидкости (рис. 5.22).

Рисунок 5.22 Пластинчатый насос с внутренним подводом

Здесь имеются те же элементы конструкции, что и в насосе с внешним подводом: корпус 1, эксцентрично посаженный ротор 2, рабочие пластины 3. Всасывание и подача происходит через осевое отверстие в роторе, которое разделено неподвижной, плотно поставленной перегородкой 6 на полости всасывания и подачи. При вращении ротора в направлении, указанной стрелкой, объёмы А между пластинами увеличиваются. Благодаря этому происходит всасывание жидкости по радиальным каналам из полости 4. Последняя сообщена со всасывающим трубопроводом.

При пробегании объёмов А по дуге ba происходит уменьшение из и жидкость подается в полость 5, соединенную с напорным трубопроводом насоса. Таким образом, производится внутренний подвод и отвод жидкости.

За один оборот вала каждый объём между пластинами подаёт жидкости, а подачу насоса можно вычислить по формуле (5.26).

Объемный коэффициент пластинчатых насосов, учитывающий перетекание жидкости через зазоры с напорной стороны на всасывающую, составляет 0.94 – 0,98.

Насосы двух указанных схем реверсивны.

Аксиально – поршневые насосы. На рис. 5.23 дана конструктивная схема аксиального поршневого роторного насоса. В неподвижный корпус 1 плотно вставлен ротор 2, свободно вращающийся вокруг оси О – О. В теле ротора 2 выполнены цилиндрические, хорошо обработанные отверстия 3 с осями, параллельными О – О. Эти отверстия являются цилиндрами насоса. Торцы цилиндров 3 снабжены сквозными отверстиями 4. Ротор 2 сопряжен с карданом 5 с наклонной вращающейся шайбой 6, сидящей на валу электродвигателя 7. Поршни 8 соединены тягами 9 с шарнирами, закреплёнными на плоскости шайбы 6 и соединенного с ней ротора 2 шарниры 10 и 11 бегут по окружности в плоскости ab, установленной под углом к плоскости вращения ротора 2. Благодаря этому поршни 8 движутся в цилиндрах 3, проходя вдоль оси путь 2Rsin . При этом объёмы, замыкаемые поршнями в цилиндрах, непрерывно изменяются. Так, если цилиндр поршня бежит по дуге полуокружности радиусом R вверх, то поршень отдвигается вправо и происходит всасывание через всасывающий штуцер 11, серповидную канавку 12 в торце корпуса и отверстие 4 в полость цилиндра. Дальнейший путь шарнира - вниз по дуге, указанной штриховой стрелкой, повлечёт за собой подачу жидкости данным цилиндром в напорный штуцер. Аналогично работают все цилиндры.

Рисунок 5.23 Конструктивная схема аксиального поршневого насоса

Средняя подача такого насоса может быть определена по формуле

(5.27)

где = 0,97.

Насосы аксиально – поршневого типа реверсивны и обратимы; при подведении жидкости под давлением к одному из патрубков насоса и сообщении другого со сливом силы, действующие от жидкости на поршни, будут передаваться по штокам на плоскость шайбы 6; таким образом, эти силы будут давать тангенциальные составляющие, обусловливающие вращающий момент в мощность на валу шайбы.

В рассмотренной конструктивной схеме насоса его геометрическая ось пересекается с осью двигателя, поэтому для передачи мощности от двигателя ротору насоса необходим карданный вал 5, усложняющий конструкцию.

Имеются аксиально – поршневые насосы, в которых геометрические оси насоса и двигателя лежат на одной линии. В таких насосах шайба 6 выполняется профилированной, посаженной на вал под прямым углом, или плоской, сидящей на валу под углом, меньшим 90 . Наружные концы поршней получают движение в осевом направлении, следуя за рабочей поверхностью шайбы 6

Радиально – поршневые насосы. Конструктивная схема такого насоса дана на рис. 5.24. Ротор 1 имеет радиально расточенные отверстия 2, выполняющие назначение цилиндров. Поршеньки 3, входящие в отверстия 2, своими наружными концами упираются во внутреннюю поверхность направляющего корпуса 4.

Рисунок 5.24 Поршневой радиальный роторный насос

Ротор 1 расположен в корпусе 4 эксцентрично. Внутри осевой расточки ротора поставлена неподвижная разделительная перегородка 5. При вращении ротора в направлении часовой стрелки поршеньки, бегущие по дуге ab, отодвигаются от центра и всасывают жидкость из внутренней полости 6. Движение поршеньков по дуге ba вызывает перемещение их к центру и подачу жидкости в полость 7 и далее у напорному штуцеру насоса.

Средняя подача такого насоса

(5.28)

где = 0,97

Насос реверсивен и обратим.

Винтовые насосы. В системах регулирования и смазки крупных машин – двигателей применяются винтовые насосы (рис. 5.25). В цилиндрическую расточку корпуса 1 плотно вставлен винт 2. В плоской прорези корпуса находится пластина 3, зубцы которой входят в межвитковые каналы винта и плотно перегораживают их.

При вращении винта в направлении, указанном стрелкой, жидкость, заключенная в межвитковых каналах 4, удерживается от вращения зубцами пластины 3 и перемещается в осевом направлении. Таким образом, осуществляется всасывание и подача.

При вращении винта пластина 3 перемещается вверх, и для непрерывной работы насоса она должна быть бесконечной. Что конструктивно невыполнимо. Поэтому в конструкциях винтовых насосов роль пластины 3 выполняют замыкающие винты, витки которых плотно входят межвитковые каналы основного (ведущего) винта, перегораживая их.

Рисунок 5.25 Способ действия винтового насоса: 1- корпус насоса; 2 – винт; 3 – пластина; 4 - межвитковые каналы

На рис. 5.26 показан винтовой насос с двумя замыкающими винтами (червяками). Подача, л/с насоса такого типа выражается формулой

(5.29)

где = 0,70 – 0,95; п – частота вращения основного червяка, об/мин; d – диаметр червяка, см.

Рисунок 5.26 Винтовой насос с одним рабочим и двумя замыкающими червяками: 1 – рабочий червяк (винт); 2 – замыкающие червяки; 3 – полость охлаждения; 4 – полость всасывания; 5 – полость подачи.

Дата добавления: 2014-12-08