Вопрос 1.14. Роторные насосы
Роторными насосами называются гидравлические машины, рабо тающие, как и поршневые насосы, по принципу вытеснения жидкости.
В роторных насосах отделение напорной линии от всасывающей происходит путем одновременного замыкания трех основных частей насоса: статора (неподвижной части), ротора и замыкателей или вы теснителей. При этом вытеснителями могут быть шестерни, винты, поршеньки, пластинки, которые, вращаясь вместе с валом или рото ром, вытесняют жидкость, поступающую в насос, в нагнетательную линию. Роторные насосы не нуждаются в клапанах.
Благодаря поочередному и непрерывному следованию одного вытеснителя за другим подача роторного насоса отличается большой равномерностью. К основным преимуществам роторных насосов, кро ме того, относятся сравнительно небольшие габариты и вес, простота конструкции и изготовления, способность работать при больших чис лах оборотов, благодаря чему возможно непосредственное соедине ние с электродвигателем, малая зависимость давления от подачи. Эти насосы находят применение в основном для перекачки вязких жид костей и используются в качестве масляных, топливных, перекачи вающих насосов и насосов для различных систем управления и авто матики. По виду вытеснителей роторные насосы могут быть шесте ренными, винтовыми или пластинчатыми.
Шестеренные насосы.Шестеренный насос состоит из двух находящихся в зацеплении шестерен, помещенных в плотно охватываю щий их корпус (рис. 1.15).
Корпус имеет приемный А и нагнетательный В патрубки; прием ный патрубок расположен со стороны выхода зубьев шестерен из за цепления, а нагнетательный - на стороне входа их в зацепление.
- 3 1 -
Рис. 1.15 Схема шестеренного насоса |
Принцип действия насоса заключается в засасывании жид кости в межзубовые впадины, ос вобождаемые зубьями, выходя щими из зацепления, и в вытес нении этой жидкости зубьями, входящими в зацепление. Жид кость, попавшая во впадину со стороны всасывающей полости, переносится в камеру нагнета ния. Процессы всасывания и на гнетания происходят непрерыв но в течение полного оборота шестерен. Находящиеся в зацеп лении зубья шестерен представ
ляют собой подвижное уплотнение, разделяющие полости всасы вания и нагнетания.
В шестеренных насосах применяют главным образом зубья
с эвольвентным профилем, который нечувствителен к изменению рас стояния между осями шестерен и прост в изготовлении.
С достаточной для практики точностью подачу насоса (в м3/с) можно определить по формуле:
(1.17)
где DH - диаметр начальной окружности шестерен в м; т - модуль зацепления в м;
b - ширина шестерен в м;
п - число оборотов шестерен в минуту;
- объемный КПД, учитывающий утечки.
Величина находится в пределах 0,7...0,9, численное значение механического КПД находится в пределах 0,8...0,95. Шестерни на соса обычно исполняют одинакового диаметра с числом зубьев 8... 12. Шестерни выполняют прямозубыми, косозубыми и шеврон ными. Насосы применяют для подач 0,25...40 м3/час и напоров до 2...3 МПа. Шестеренные насосы применяют в гидросистемах агре гатов для подземного ремонта и как топливные в депарафиниза-ционных агрегатах.
Винтовые насосы.Винтовые насосы обычно выполняют с одним,двумя, тремя или пятью винтами при этом один винт ведущий, а ос тальные ведомые. Винты многовинтовых насосов помещают в плот но охватывающий их кожух. Всасывающую и нагнетательную каме ры помещают со стороны торцов винтов (рис. 1.16).
- 3 2 -
Рис. 1.16. Устройство винтового насоса:
1 - крышка корпуса; 2 - обойма роторов; 3 - ведомый ротор; 4 - нагнетательныйпатрубок; 5 - ведущий ротор; 6 - нажимная втулка уплотнительного сальника;
7 - корпус; 8 - опорная втулка ведущего ротора; 9 - ведомый ротор; 10 - всасывающий патрубок; 11 и 13 - разгрузочные поршни ведомого ротора;
12 - разгрузочный поршень ведущего ротора.
При вращении винтов в раскрывающуюся впадину винтового ка нала, находящуюся во всасывающей полости, поступает жидкость. При дальнейшем вращении винтов эта впадина замыкается и жидкость, находящаяся в ней, переносится к нагнетательной полости, где впади на размыкается, и жидкость, находящаяся между входящими в зацепление винтами, проталкивается в нагнетательный трубопровод.
Винтовые насосы имеют ряд преимуществ перед шестеренчаты ми: меньше габариты и вес, бесшумность работы, отсутствие перебал тывания перекачиваемой жидкости, способность к перекачиванию жидкостей с самой различной вязкостью, большое допустимое число оборотов. Наибольшее распространение имеют насосы трехвинтовые.
- 3 3 -
Поверхность корпуса, в котором работают винты, заливают баб битом.
Винты выполняют двухзаходными, а направление винтовой на резки ведущего винта противоположно ведомым. Передаточное от ношение между винтами равно единице. Развиваемый напор пропор ционален длине винтов. Особенность винтовых насосов - возмож ность превращения их в гидравлические двигатели (турбины) путем подведения к ним жидкости под давлением. КПД винтовых насосов достигает 80...90 %, и применяются они для подач 1,5...500 м3/ч при напорах до 17,5 МПа и скоростях вращения до 10000 об/мин. Подачу двухвинтового насоса с достаточной точностью можно подсчитать по приближенной формуле:
м3/с
где D - внешний диаметр винта в м;
d - внутренний диаметр винта в м; t - шаг винта в м;
п - скорость вращения винта в об/мин.
Подача трехвинтового насоса приблизительно в 1,5 раза больше подачи двухвинтового.
Одновинтовые насосы отличаются простотой конструкции и мо гут перекачивать загрязненные и вязкие жидкости.
Рабочим органом одновинтового насоса служат однозаходный винт и резиновая обойма, внутренняя полость которой представляет двухзаходную винтовую поверхность с шагом в 2 раза большим шага винта. При вращении винта между ним и обоймой образуются сво бодные полости, куда засасывается перекачиваемая жидкость, кото рая перемещается вдоль оси насоса к полости нагнетания. При этом на всасывающей стороне создается вакуум, под действием которого жидкость всасывается в цилиндр.
Погружные одновинтовые насосы применяются в нефтяной про мышленности для откачки из скважин высоковязкой нефти.
Пластинчатые (ротационные) насосы.Эти насосы широко применяют для подачи масел в гидравлических системах машин. Ротор этого насоса (рис. 1.17) имеет радиальные прорези, в которых поме щаются легко перемещающиеся рабочие лопатки в виде прямоуголь ных пластин.
При вращении ротора пластины прижимаются наружными тор цами к внутренней поверхности корпуса, поочередно отсекая объем жидкости в пространстве между лопатками, и вытесняют ее в напор ный трубопровод.
- 3 4 -
Пластинки прижимаются к | ||
корпусу центробежной силой, | ||
пружинами или давлением жид | ||
кости, подводимой со стороны | ||
оси. Подача насоса определяется | ||
формулой: | ||
где R - радиус корпуса; | ||
е - эксцентриситет ротора; | ||
b - ширина лопатки вдоль | Рис. 1.17. Схема пластинчатого | |
оси; | насоса с эксцентрично | |
п - скорость вращения в | расположенным ротором | |
об/мин; | ||
" - объемный КПД насоса. |
Пластинчатые насосы выполняют для подач 0,3... 12 м3/ч, давле ний до 7 МПа при скорости вращения до 1500 об/мин. Снабжая крыш ки корпуса продолговатыми отверстиями и ползунами, в процессе ра боты насоса можно изменять величину эксцентриситета е. Тем самым можно изменять подачу насоса.