Лекция 4. Ротационные (винтовые, пластинчатые) насосы и компрессоры.

Устройство, принцип действия, подача (производительность).

Поршневые детандеры. Принцип работы поршневого детандера; холодопроизводительность, КПД и отводимая мощность.

Объемные роторные машины (насосы и гидродвигатели) широко распространены в промышленности и транспорте; конструкции их чрезвычайно разнообразны. Они применяются в системах смазки н регулирования двигателей, компрессоров и насосов, в силовых гидропередачах

и особенно широко в системах гидроприводных устройств различного назначения. Рабочие параметры лежат в области относительно малых подач и высоких давлений.

Выделим, следуя конструктивному признаку, следующие группы роторных насосов: шестеренные, пластинчатые, аксиально-поршневые, радиально-поршневые, винтовые. Каждая из указанных групп содержит много конструктивных модификаций.

Пластинчатые (шиберные) насосы. Простейшая схема такого насоса дана на рис. 1. Действительные конструкции значительно сложнее; они укладываются в две основные схемы. Первая схема — насос с внешним подводом жидкости (рис. 1).

Рис.1 пластинчатый насос с внешним подводом жидкости

В корпусе 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 насоса нужно, чтобы длины дуг ab и cd были не меньше расстояний между концами пластинок во время пробегания их по уплотняющим поверхностям. Вследствие наличии 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 межлопаточные пространства и часть жидкости из полости 5 будет переноситься в полость 4. При е = 0 количества 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, м3/мин:

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

Вторая схема — насос с внутренним подводом жидкости (рис. 2). 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, указанном стрелкой, объемы А между пластинами увеличиваются.

Благодаря этому происходит всасывание жидкости по радиальным каналам из полости 4. Последняя сообщена со всасывающим трубопроводом. При пробегании объемов А по дуге bа происходит уменьшение их и жидкость подается в полость 5, соединенную с напорным трубопроводом насоса. Таким образом, осуществляются внутренний подвод и отвод жидкости.

Рис.2. Пластинчатый насос с внутренним подводом жидкости

Объемный коэффициент пластинчатых насосов, учитывающий перетекание жидкости через зазоры с напорной стороны на всасывающую и составляет 0,94—0,98. Насосы двух указанных схем реверсивны и обратимы.

Винтовые насосы. В системах регулирования и смазки крупных машин-двигателей находят применение винтовые насосы. Рисунок 3 объясняет способ действия таких насосов. 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, осуществляются 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 в межвитковые каналы основного (ведущего) винта, перегораживая их.

Рис. 3. Винтовой насос

Подача, л/с, стандартного насоса такого типа выражается формулой:

,

где - диаметр червяка, см.

Роторные компрессоры относятся к классу объемных машин; по способу действия они сходны с роторными насосами. Наиболее распространены роторные пластинчатые компрессоры;

последнее время находят применение винтовые компрессоры.

Схема пластинчатого компрессора дана на рис. 4. При вращении ротора /, расположенного эксцентрично в корпусе 2, пластины 3 образуют замкнутые пространства 4, переносящие газ из полости всасывания в полость нагнетания. При этом происходит сжатие газа. Такая схема компрессора, обладая хорошей уравновешенностью движущихся масс, позволяет сообщить ротору высокую частоту вращения и соединить машину непосредственно с электрическим двигателем.

Рис.4. Пластинчатый компрессор

За один оборот вала компрессора каждое пространство между пластинами заполняется газом 1 раз, поэтому действительная подача компрессора:

,

где - объём газа между пластинами; - коэффициент подачи, зависящий от внутренних утечек газа через радиальные и осевые зазоры, толщины рабочих пластин и их количества.

Способ действия винтового компрессора с двумя червяками поясняется рис. 5.

Рис.5. Винтовой компрессор

Основными рабочими деталями компрессора являются червяки (винты) специального профиля; взаимное расположение червяков строго фиксировано сцепляющимися зубчатыми колесами, посаженными на концы валов. Зазор в зацеплении у этих синхронизирующих зубчаток меньше, чем у червяков, и поэтому механическое трение у последних исключено. Червяк с впадинами является замыкающим распределительным органом, поэтому мощность, передаваемая синхронизирующими зубчатками, невелика, следовательно, незначителен и их износ. Это обстоятельство очень важно ввиду необходимости сохранения достаточных зазоров у червячной пары. При вращении червяков в результате периодического попадания головок зубьев червяков во впадины последовательно осуществляются процессы всасывания, сжатия и нагнетания.

Подача винтового компрессора определяется по формуле:

,

где и - площади впадин первого и второго червяков; и - числа зубьев червяков; - длина червяков.