Роторно-поршневые насосы

У роторно-поршневых насосов цилиндры с поршнями составляют блок, вращающийся вокруг своей оси. У радиально-поршневых насо­сов оси цилиндров расположены относительно оси вращения блока цилиндров радиально, а у аксиально-поршневых насосов — парал­лельно оси вращения блока. Конструктивно блок цилиндров насосов первого типа выполнен в виде звезды, а у насосов второго типа — в виде барабана.

Роторно-поршневые насосы применяют в гидроприводах, в частно­сти в рулевых гидравлических машинах, т.к. они создают высокое давление нагнетания (10-25 МПа). Главное достоинство насосов — относительная простота регулирования подачи и реверсирования соз­даваемого потока жидкости за счет перемещения направляющего коль­ца или изменения угла наклона оси блока цилиндров.

Радиально-поршневой насос (его конструктивная схема) показан на рис.19. Внутри цилиндрического корпуса 7 находится звездообраз­ный ротор 4, образующий блок цилиндров с поршнями 3, выполнен­ными в виде плунжеров. Хвостовики поршней имеют ползуны или ро­лики, которые при вращении ротора соответственно скользят или ка­тятся по внутренней поверхности направляющего кольца 2, перемещаю­щегося в поперечном направлении тягами 5. При этом создается экс­центриситет между осью ротора (неизменной) и осью кольца (устанавливаёмой). Двойной эксцентриситет определяет ход поршней в ци­линдрах ротора. Внутри цилиндрового блока имеется камера 6 с пе­регородкой, которая создает насосные полости 1 и 8. С ними соедине­ны цилиндры своими отверстиями. При работе насоса ротор вращает­ся равномерно в неизменном направлении.

Рис. 19. Схема радиально-поршневого насоса

Если направляющее кольцо сдвинуто вправо (рис.19,а), полость 1 будет всасывающей, а полость 8 — нагнетательной. При этом в ци­линдрах, расположенных выше оси тяг 5, будет происходить всасы­вание, а в цилиндрах, расположенных ниже оси тяг, — нагнетание. Если направляющее кольцо сдвинуть влево (рис.19,б), назначение полостей 1 и 8 меняется. Следовательно, таким способом поток, соз­даваемый насосом, можно реверсировать. Кроме того, можно менять подачу насоса изменением хода плунжеров за счет изменения эксцент­риситета.

Аксиально-поршневой насос (рис.20) в отличие от ранее рассмо­тренного радиально-поршневого имеет пространственную кинематику. На валу 4 приводного двигателя на шпонке сидит фланец 2, сое­диненный карданным шарниром 8 с блоком цилиндров 1 (барабаном). В цилиндрах находятся поршни, шатуны которых также шарнирно соединены с фланцем. За счет шар­нирных соединений барабан вра­щается при отклонении своей оси от оси вала на угол α. При этом поршни совершают поступательное движение в своих цилиндрах и их ход тем больше, чем больше угол α. Барабан опирается на распреде­лительный диск 6, с каналами которого сообщаются цилиндры. Далее по каналам, корпуса насоса жид­кость попадает в полости цапф 5.

Рис.20. Схема аксиально-поршневого насоса.

При работе насоса через полости одной цапфы происходит всасыва­ние, а через, полости другой цапфы — нагнетание. При изменении знака угла наклона назначение полостей меняется. Распределительная плита смазывается масленкой 8, подающей масло по каналу 7.

Насосы аксиально-поршневого типа имеют следующие преиму­щества перед радиально-поршневыми:

- более высокие значения объемного и механического кпд;

- требуется меньшее усилие для измене­ния угла наклона оси барабана, чем для перемещения направлющего кольца, поэтому в рулевых гидравлических машинах привод управ­ления аксиально-поршневыми насосами проще и легче поддается авто­матизации.

Рассмотрим конструкцию аксиально-поршневого насоса типа 11Д современной рулевой гидравлической машины (рис.21).,

Насос состоит из неподвижного корпуса 12 и качающейся на цап­фах 9 люльки 7. В люльке находится блок цилиндров 1, в которых установлены поршни 5. Блок цилиндров карданом 10 и поршни через шатуны 6 шарнирно соединены с приводным валом 14. Вал опирается на подшипники качения 13 и 15 и вращает блок цилиндров, насажен­ный на подшипник 2. При вращении блок цилиндров торцом скользит по диску распределителя 3, с каналом которого соединяются цилинд­ры. Люлька закрыта крышкой 4. Масло Под воздействием плунжеров попадает в полости цапф (сверления в корпусе не показаны) и далее по трубопроводам в силовые цилиндры рулевой машины. Цапфы, уп­лотненные кольцами 8, качаются в подшипниках 11. Шестерня 16 при­водит в движение вспомогательный масляный насос.

Рис.21. Аксиально-поршневой насос типа 11Д

Приводной вал с блоком цилиндров вращается равномерно и по­стоянно. При отклонении люльки относительно оси цапф поршни на­чинают двигаться возвратно-поступательно, засасывая масло и на­гнетая его через соответствующие каналы плиты распределителя. От­клонение люлбки регулируется механизмом управления или вручную. Угол отклонения определяет подачу и ее направление.

ШЕСТЕРЁННЫЕ НАСОСЫ.

На судах шестерённые насосы используются в топливных и масляных системах, для которых характерны небольшие подачи и малые давления.

Рабочими элементами насосов являются зубчатые шестерни с минимально возможными радиальными и торцевыми зазорами в корпусе. Ведущая шестерня насажена на ведущий вал через шпонку (или с натягом) и вращается от вала приводного механизма. Ведомая шестерня свободно насажена на ведомый вал и вращается от ведущей. При вращении валов шестерни захватывают жидкость впадинами зубьев в полости всасывания и переносят её по периферии корпуса в полость нагнетания под давлением до 5МПа (50кг/см²).

Шестерённые насосы выполняют с внутренним и внешним зацеплением. По типу зуба шестерён различают насосы с прямозубыми, косозубыми и шевронными шестернями. На судах применяют в основном насосы с внешним зацеплением и эвольвентным профилем зуба. Чаще шестерённые насосы выполняют одноступенчатыми, однако известны многоступенчатые и многопоточные насосы.

Шестеренные насосывыполняют с прямыми зубьями, косыми и шев­ронными. Их подразделяют на на­сосы с внешним и внутренним зацеплением. В системах морских судов применяются преимущественно шестеренные насосы с внешним зацеплением.

Ведущая 2 и ведомая 5 шестерни расположены в корпусе 1 и нахо­дятся во внешнем зацеплении. При показанном на рисунке направле­нии вращения патрубок 6 будет всасывающим, а патрубок 4 — нагне­тательным.

При расцеплении каждой пары зубьев полости 7 впадина, ранее занятая зубом, в каждом колесе освобождается и заполняется перека­чиваемой жидкостью из всасывающего патрубка. Вращением колеса этот объем переносится в нагнетательную полость 3, а затем выталки­вается в нагнетательный патрубок. Часть объема перекачиваемой жид­кости заполняет радиальные зазоры 8 между зубьями и в подаче не участвует, что учитывается объемным КПД шестеренного насоса.

У шестерен с косыми или шевронными зубьями коэффициент за­цепления больше, чем у прямых. Они меньше изнашиваются, менее требовательны к монтажу, работают плавно и менее шумно. Недоста­ток шестерен с косыми зубьями — это осевые усилия, возникающие во время работы. В шестернях с шевронными зубьями осевые усилия от каждой половины зуба взаимно противоположны и уравновешива­ются, однако такие шестерни сложнее изготавливать.

Особенности работы. Зазоры между зубьями шестерён, а также между шестернями и корпусом не должны превышать 0,2мм.

При вращении зубья шестерён, попадая во впадину, работают как поршень в цилиндре. При этом небольшой объём жидкости запирается в радиальном зазоре. Здесь возникают высокие давления (несколько де­сятков мегапаскалей), под действием которых зубья разрушаются, а также увеличивается нагрузка на подшипники и их износ. Для ликвидации этого вредного явления производят сверления разгрузочных отверстий.

В шестеренном насосе возникают явления запирания жидкости во впадине зуба — создается высокое давление и жидкость по этой причине нагревается. При этом также увеличивается. При выходе зуба из зацепления давление со стороны всасывания сразу падает и нагне­тая жидкость, вскипает, что может сорвать всасывание насоса. Запирания жидкости во впадинах шестерен

Предупреждают запирание жидкости различными конструктив­ными мерами: создают зазор по нормали к профилю (0,2-0,5 мм) в за­цеплении; соединяют впадины ведомой шестерни разгружающими сверлениями: делают соединительные полости на торцовых крышках насоса.

КПД шестерённых насосов не превышает 0,6, а в ряде случаев равен 0,3; чем мощнее насос, тем выше КПД.

Несмотря на низкие значения КПД, эти насосы используются на судах в качестве автономных и навесных, как весьма надёжные в эксплуатации и обладающие хорошей всасывающей способностью.

ВИНТОВЫЕ НАСОСЫ.

Предназначены для перекачки масла, топлива, чистых вязких жидкостей и применяются для работы в системах гидравлики, например люковых закрытий крышек трюмов.

По конструкции винтовые насосы могут выполняться с одним ходовым винтом и более. Такие насосы могут создавать большую производительность и высокие давления 10МПа (100кг/см²).

Принцип работы винтового насоса.

При вращении ходового винта в приёмной полости насоса создаётся зона разряжения. Под действием перепада давлений жидкость по винтовой образующей выдавливается в межвинтовых каналах в нагнетательную полость насоса.

Если давление в напорной магистрали превысит рабочее, то сработает предохранительный клапан и перепустит поток жидкости из нагнетательной полости насоса во всасывающую, тем самым предохраняя напорный трубопровод от повреждений.

Винтовые насосы компактны, работают плавно, бесшумно при любом положении в пространстве. Они обладают большой высотой всасывания, их подача и КПД при изменении давлений неизменны. Жидкость движется без пульсаций, прямолинейно и равномерно.

Винтовые насосы подразделяют:

- по числу винтов — одно-, двух-, трех- и многовинтовые;

- по профилю нарезки винтов — циклоидальные, эвольвентные, прямоугольные, трапецеидальные, герметичные и негерметичные.

Винтовой насос трехвинтовой со средним ведущим винтом 7 со шпоночной канавкой 4 и ведомым 5. Винты стальные с циклоидальным профилем расположены горизон­тально в бронзовой обойме, которая вставлена в корпус 9, закрытый крышками 1 н 3. Корпус имеет всасывающий и нагнетательный па­трубки. Валы винтов вращаются на шариковых подшипниках 2, уста­новленных в крышке 1 и втулках 6, запрессованных в крышке 5. Вы­ход вала ведущего винта уплотнен резиновым кольцом 5, Для разгруз­ки от осевого давления вдоль ведущего винта 7 сделан канал, по кото­рому перекачиваемая жидкость поступает из нагнетательной полости к дроссельному поршню 10 и подпятнику. 11. Винтовой насос име­ет клапан, перепускающий жидкость при возрастании давления из на­гнетательной полости во всасывающую (на рис. не показан).

Такие насосы на судах устанавливают в качестве топливо- и масло- перекачивающих в циркуляционных масляных системах.

Герметичный винтовой насос имеет полости нагне­тания и всасывания. Они разделены герметичным зацеплением винтов (рис.18). Однозаходный, стальной винт 1 вращается в резиновой обой­ме 2, внутренняя поверхность которой выполнена винтовой двухзаходной, с шагом в 2 раза больше шага нарезки винта ротора. Такое уст­ройство насоса позволяет перекачивать воду, загрязненную абрази­вами, поэтому его применяют в осушительных системах. Рис.18. Одновинтовой.насос

В негерметичных насосах нет непосредственного контакта поверх­ностей винтов. Винтовая линия имеет прямоугольный или трапецеи­дальный профиль. Вращающий момент от ведущего ротора ведомому передается с помощью цилиндрических синхронизирующих шестерен.