Ротационные насосы

Эти насосы можно рассматривать как насосы с вращаю­щимися поршнями, выгодно отличающиеся от поршневых от­сутствием возвратно-поступательного движения. Как след­ствие этого, подача их равномерна, они не требуют установки воздушных колпаков, не имеют клапанов и допускают непо­средственное соединение с двигателями, в частности, с элек­тромотором.

На рис. 106 схематически изображен ротационный пла­стинчатый насос. В точеном цилиндрическом корпусе А экс­центрично вращается сидящий на валу барабан В. В ра­диальных пазах барабана свободно пригнаны пластины С, которые под действием центробежной силы инерции, возни­кающей при вращении барабана, скользят в своих пазах, прижимаясь к поверхности цилиндра А, чем создается необ­ходимое уплотнение при разделении камер всасывания и на­гнетания. Конструктивно другой тип ротационного насоса схематически представлен на рис. 107. На верхнем из двух параллельных валов сидит диск, снабженный с каждой сто­роны четырьмя поршнями А. При вращении вала поршни движутся в кольцеобразном пространстве, образуемом корпу­сом насоса В и полым телом С внутри него. При указанном на рис. 107 направлении вращения жидкость поступает в на­сос слева и нагнетается справа. На нижнем валу, получаю­щем вращение от верхнего вала помощью зубчатой передачи, вынесенной обычно за пределы корпуса, сидит распредели­тельный поршень D. Назначение его — отделять всасываю­щее и нагнетательное пространства. В его выемы вступают рабочие поршни при переходе их со стороны нагнетания к стороне всасывания. Форма сердечнику С придается такая, чтобы при вступлении рабочего поршня в камеру распреде­лительного поршня D, а равно при выходе его на стороне всасывания жидкость могла бы проходить свободно, избегая потерь от сильного ее сжатия и возможного удара поршне­вого вала. Выемка К в стенке корпуса сообщается с напор­ным пространством и служит для разгрузки вала от односто­роннего на него давления.

В подобной схеме насосы с вращающимися поршнями встречаются довольно разнообразных конструкций.

К числу ротационных насосов относятся также весьма распространенные зубчатые насосы. Такой насос показан на рис. 108. Он имеет две цилиндрические шестерни, ведущую и ведомую, заключенные в общин кожух. Вал ведущей ше­стерни, пройдя сальник, соединяется муфтой с валом двига­теля. Ведомая шестерня своими концами свободно лежит на двух опорах. Шестерни пригоняются к стенкам корпуса с возможно минимальными зазора­ми. Во время вращения зубчатых колес всасывание жидкости про­исходит с той стороны, где зубья выходят из зацепления. Жид­кость заполняет пространство между зубьями и в направления вращения шестерен переносится в напорную камеру.

Количество жидкости, которое теоретически за один оборот по­дается ротационным насосом, можно определить по его чер­тежу. Практически же подача насоса будет меньше теоретиче­ской, так как уплотнения вращающихся частей по линиям или плоскостям несовершенны и часть жидкости перетекает из нагнетательного пространства во всасывающее.

Как видно, объемный к. п. д. насоса тем больше, чем больше число оборотов. С другой стороны, с увеличением чи­сла оборотов растут потери гидравлические и механические, вследствие больших скоростей, а последние, кроме того, с увеличением нагрузки насоса, т. е. с высотой подачи. Вели­чина напора оказывает также существенное влияние на коэфициент подачи. Помимо этого при больших скоростях увели­чивается износ, особенно в случае пластинчатых насосов.

Величина к. п. д. подобных насосов в значительной мере определяется степенью совершенства его конструкции и ис­полнения и зависит от размеров насоса, колеблясь примерно в пределах = 0,6÷0,8.

Количество подаваемой жидкости может регулироваться или изменением числа оборотов или посредством специаль­ных клапанов, перепускающих часть жидкости во всасываю­щую камеру насосов.

Ротационные насосы могут применяться для подачи раз­личных жидкостей, легких и тяжелых, содержащих даже все­возможные примеси, а потому они имеют довольно большое распространение. Особенно широко они применяются для по­дачи масла в системах самых разнообразных агрегатов и станков. Для жидкостей, содержащих твердые частицы, как например песок, ротационные насосы не пригодны ввиду быст­рого износа и вызываемого этим падения производительности.

Основными рабочими органами шестеренчатого насоса являют­ся две шестерни. Одна из ннх жестко посажена на приводном валу, а другая — вращается (рис. 109). Жидкость переносится со всасывающей стороны на нагне­тательную во впадинах между зу­бьями шестерен, плотно охватываемых кожухом насоса. Для большей эффек­тивности работы такого насоса необ­ходимо, чтобы зацепление шестерен было плотным. В противном случае жидкость будет переходить из области нагнетания в область всасывания. По­этому по мере износа зубчатых колес объемный КПД насоса падает. Пода­ча шестеренчатых насосов может быть определена зависимостью

где, q — объем впадины между зубьями;

z— количество впадин на одной шестерне;

п — частота вращения;

— объемный КПД (обычно равен 0,7—0,8).

Шестеренчатые насосы часто устанавливаются с приводом от электродвигателя через редуктор (рис. 110). Такие насосы, например, в спиртовой промышленности применяются для транспортировки заторов, картофельной массы. На сахарных заводах такими насосами перекачиваются патоки.

Шестеренчатый насос модели НШМ-10 показан на рис. 111.

Кулачковые ротационные насосы. В промышленности применяются ротационные насосы, работающие по принципу шестеренчатых, у которых для вытес­нения жидкости служат специально профилированные сопрягаю­щиеся лопасти. Такие насосы обычно называют коловратны­ми. На рис. 112 показана схема работы кулачкового с трехзубчатым ротором насоса, который применяется для пере­качки вязких молочных продуктов и сиропов.

Преимуществом таких насосов перед шестеренчатыми явля­ется то, что их роторы силовой нагрузки не несут. Силовая на­грузка воспринимается синхронизирующими шестернями, жест­ко посаженными на валах роторов. Наряду с этим следует от­метить, что равномерность подачи жидкости в нагнетательный трубопровод у кулачковых насосов меньшая по сравнению с ше­стеренчатыми.

Техническая характеристика насоса модели НРМ-5 следую­щая:

Подача, м³ ...................................... 5

Напор, м ....................................... 30

Частота вращения роторов, мин^-1 ......... 930

Диаметр всасывающего и нагнетательного патрубков, мм …. 36

Мощность электродвигателя, кВт ........ 1,7

Частота вращения электродвигателя, мин^-1 ... 930

Для перекачивания высоковязких, пастообразных молочных и других продуктов применяются ротационные насосы модели НРТ, имеющие два ротора. На каждом из роторов смонтированы две специально профилированные лопасти-вытеснители, ко­торые, перемещаясь, делят проточную часть насоса на замкну­тые камеры. Вал одного из роторов является ведущим. Передача движения к ведомому валу осуществляется с помощью синхронизирующих шестерен, жестко посаженных на роторные валы. Все детали насоса, соприка­сающиеся с перекачиваемым про­дуктом, изготовляются из нержаве­ющей стали.

За полный оборот вала четыре порции продукта переносятся к на­гнетательному патрубку насоса и вытесняются в нагнетательный тру­бопровод.

Зная объем одной камеры (меж­лопастного пространства), можно определить массовую подачу тако­го насоса:

где п — частота вращения роторов;

V—объем одной камеры;

р— плотность продукта;

— объемный КПД.

Следует заметить, что объемный КПД этого насоса сильно зависит от консистенции подаваемого продукта.

Техническая характеристика насоса модели НРТ, имеющего редуктор и вариатор частоты вращения, следующая:

Подача массовая, кг/ч ........ 500—1000

Напор, м .......................... 50

Частота вращения, мин-¹ ....... 210—372

Мощность электродвигателя, кВт ..... 1,7

Частота вращения электродвигателя, мин ^-1 ….. 930

Пластинчатые ротационные насосы. Насос состоит из корпуса 6, у которого имеется верхняя съемная крышка /, закрепляющаяся специальными гайками с рукоятками 3. Снизу имеется крышка 5. Нагнетательный патру­бок 4 расположен справа, а всасывающий патрубок — слева (рис. 113). В корпусе 6 насоса смонтирована гильза 7, по внут­ренней поверхности которой перемещаются выдвижные лопасти 8 ротора 9, жестко посаженного на вал 2. Ротор насоса делается меньшего диаметра, чем диаметр статора, и располагается в нем с некоторым эксцентриситетом. В роторе 9 сделаны радиальные пазы, в которых свободно перемещаются пластины 8. В тех слу­чаях, когда центробежной силы недостаточно для выхода пла­стин из пазов (при ма­лой частоте вращения ро­тора), внутри пазов с тыльной стороны пластин устанавливаются вытал­кивающие пружины.

При вращении ротора (рис. 113) против часовой стрелки, вследствие его эксцентричного располо­жения, в статоре образует­ся серповидное простран­ство, разделяемое вы­движными лопастями на несколько камер. Камеры ограничиваются с внеш­ней стороны внутренней поверхностью гильзы, с внутренней стороны — на­ружной поверхностью ро­тора, а с боков — выд­вижными лопастями. Объ­ем камер при вращении ротора в левой верхней части увеличивается, а затем при переходе в нижнюю пра­вую часть уменьшается. Со стороны камеры с максимальным объемом в гильзе статора делается окно, соединяющее эту ка­меру со всасывающим патрубком насоса. Аналогично со стороны камеры с минимальным объемом в гильзе статора делается окно, соединяющее эту камеру с нагнетательным патрубком. Соответственно, в левой части происходит всасывание перекачи­ваемого продукта, а в правой — его нагнетание в нагнетатель­ный патрубок.

При перекачке кашеобразных и пластичных, т.е. малотекучих продуктов, последние подаются во всасывающий патрубок насо­са принудительно при помощи специального шнека.

Подача пластинчатых ротационных насосов колеблется в больших пределах (от 1 до 30 м³/ч и более). Напор насосов, ко­торые применяются в пищевой промышленности, обычно состав­ляет 20—30 м.

Для определения подачи пластинчатого ротационного насоса с эксцентричным расположением ротора можно пользоваться достаточной для практики точностью формулой:

где D — внутренний диаметр гильзы статора, м;

d — диаметр ротора, м;

е — эксцентриситет, м;

b — длина ротора или пластины, м;

с — толщина пластины, м;

z — число пластин;

п — частота вращения ротора, мин^-1;

— коэффициент, учитывающий уменьшение объема меж­лопастного пространства в результате смещения зоны всасывания от максимальной щели всасывания, ;

— объемный КПД, зависящий от качества выполнения насоса, давления, вязкости перекачиваемого продукта и способа подвода его к всасывающему патрубку насоса; для нормальных условий .

Техническая характеристика пластинчатого насоса, приме­няемого для перекачки густых молочных продуктов, следующая:

Подача, л/ч............ 1000

Напор, м............. 20

Частота вращения ротора, мин^-1 ............... 40

Внутренний диаметр гильзы статора, мм .... 162

Эксцентриситет, мм.......... 12

Длина ротора, мм........... 130

Число пластин, шт............ 6

Мощность электродвигателя, кВт...... 2,8

Частота вращения электродвигателя, мин^-1 …… 950

Водокольцевые насосы. К ротационным насосам относятся и водокольцевые, очень про­стые по устройству. Эти насосы в пищевой промышленности при­меняются, главным образом, как вакуум-насосы, реже как возду­ходувки с давлением до 0,15—0,17 МПа.

Принцип действия водокольцевого вакуум-насоса состоит в следующем (рис. 114, а). Ротор с несколькими лопастями вра­щается в кожухе, в котором находится некоторое количество жидкости (рис. 114, а, I).

Если ротор заставить вращаться с достаточно большой угло­вой скоростью, то под действием центробежных сил вокруг ро­тора у стенок замкнутого кожуха образуется водяное кольцо и ряд одинаковых по объему незаполненных жидкостью каналов /, 2, 3, 4, 5, 6, разделенных лопастями ротора (рис. 114, а, II).

При эксцентричном расположении ротора по отношению к кожуху (рис. 114, a, III) при вращении ротора каналы, разде­ленные лопастями, уже не будут одинаковыми по объему. При вращении ротора по часовой стрелке объем каналов /, 2, 3 сна­чала увеличивается, а затем уменьшается — 4, 5, 6. Если в торце­вой крышке кожуха сделать отверстия А и В, то через первое из них должно происходить всасывание воздуха вследствие увеличения объема каналов, а через второе — нагнетание воздуха вследствие уменьшения объема каналов.

При этом для разобщения области всасывания от области нагнетания насоса водяное кольцо должно в верхней части касать­ся поверхности ступицы ротора, а в нижней — лопасть насоса своим внешним концом (по вертикали) должна быть надежно погружена во внутренние слои водяного кольца. Для повышения качества вакуум-насоса целесообразно всасывающее отверстие А выполнять больших размеров, чем нагнетательное отверстие В.

Кроме этого, должны быть приняты меры к устранению не­плотностей у торцевых стенок, так как малейшая неплот­ность отрицательно сказывается на работе иасоса, снижает его КПД.

На рис. 114,б показана схема установки водокольцевого насо­са. В установку входят: собственно насос / со всасывающим и нагнетательным патрубками; всасывающая труба 3, соединяю­щая всасывающий патрубок насоса с емкостью, из которой от­сасывается воздух; нагнетательная труба 2, соединяющая нагне­тательный патрубок насоса с верхней полостью приемного бака, в который выбрасывается из трубопровода 2 откачиваемый воздух и отработанная вода. Приемный бак снабжен выхлопным патрубком 4 для выпуска воздуха. Имеется также патрубок 6 для подвода свежей водопроводной воды и сливной патрубок и для выпуска воды из приемного бака.

Объемный КПД водокольцевых насосов при достаточном охлаждении довольно велик и достигает 70%, но общий КПД их мал и составляет 22—40%.

Тем не менее, водокольцевые насосы широко применяются в промышленности, так как они дают возможность обеспечить зна­чительный вакуум до 96%, не требуя очистки поступающего в них воздуха, а также допускают попадание в насос жидкости вместе с засасываемым воздухом.