Общие свойства и классификация роторных насосов 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Общие свойства и классификация роторных насосов



В роторных насосах взаимодействие рабочего органа с жидкостью происходит в подвижных рабочих камерах, которые попеременно соединяются с полостями всасывания и нагнетания. Это дает возможность исключить из конструкций насосов клапаны.

Отсутствие клапанов позволяет иметь у роторных насосов значительно большую быстроходность, т.е. число рабочих циклов в единицу времени. Кроме того, это обеспечивает роторным насосам и второе отличие от поршневых насосов – обратимость, т.е. практически любой роторный насос может быть использован в качестве гидродвигателя.

Важной конструктивной особенностью роторных насосов является многокамерность. Это обеспечивает им большую равномерность подачи по сравнению с возвратно-поступательными насосами. Однако их подача не может быть абсолютно равномерной, и ее пульсация всегда имеет место. Эта пульсация всегда меньше для насосов с нечетным числом рабочих камер.

Роторные насосы обладают и существенным недостатком, который вытекает из их конструктивных особенностей. дело в том, что жидкость, которую перекачивает роторный насос, должна одновременно обеспечивать смазывание его поверхностей. Поэтому она должна быть чистой и неагрессивной по отношению к материалу насоса, а также обладать смазывающими способностями.

Отсутствие клапанов в роторных насосах повлекло за собой значительное уменьшение гидравлических потерь, что позволяет пренебрегать ими и принимать гидравлический КПД равным единице (ηr = 1). Таким образом, в соответствии с (11.9) полный КПД ηн роторного насоса равен произведению объемного ηо и механического ηм, КПД (ηн = ηоηм).

Роторные насосы имеют чрезвычайно большое разнообразие конструкций. Классификацию этих насосов определяет ГОСТ 17398 – 72, который включает всевозможные конструктивные исполнения. В данном учебнике приводится упрощенный вариант классификации роторных насосов, в которую включены наиболее используемые в машиностроении насосы (рис. 12.3).

Как следует из анализа схемы (см. рис. 12.3), все роторные насосы делятся на две большие группы. В первую группу входят насосы, использующие только вращательное движение. Во вторую группу включены насосы с вращательным и возвратно-поступательным движением.

Из роторно-вращательных насосов наибольшее распространение получили шестеренные насосы, которые применяются практически во всех отраслях машиностроения. Из роторно-поступательных достаточно широко используются пластинчатые и роторно-поршневые насосы.

Шестеренные насосы

Шестеренный насос – это зубчатый насос с рабочими органами в виде шестерен, обеспечивающих герметическое замыкание рабочих камер и передачу вращающего момента с ведущего вала на ведомый. Шестеренные насосы могут быть с внешним и внутренним зацеплением.

Наиболее простым по конструкции и самым распространенным является шестеренный насос с внешним зацеплением (рис. 12.4). Он состоит из корпуса 4 и двух эвольвентных зубчатых колес (шестерен) 1 и З, находящихся в зацеплении. В представленной конструкции ведущей является шестерня 1, а ведомой – 3.

Жидкость во всасывающей полости заполняет впадины между зубьями (в том числе затемненную впадину 2). Затем впадины с жидкостью перемещаются по дугам окружности от полости всасывания в полость нагнетания (показано штрихпунктирной линией). В полости нагнетания каждый зуб входит в соответствующую впадину и вытесняет из нее жидкость (в частности зуб 6 входит в затемненную впадину 5). Таким образом, жидкость вытесняется из впадин в полость нагнетания. Следует иметь в виду, что впадина несколько больше зуба, поэтому часть жидкости возвращается обратно в полость всасывания.

Следовательно, рабочей камерой шестеренного насоса является впадина между зубьями, точнее, та часть ее объема, которую занимает зуб при вытеснении жидкости. Для приближенного определения рабочего объема насоса Wo принимают объемы зубьев и впадин равными. Тогда можно считать, что рабочий объем насоса равен суммарному объему всех впадин и зубьев одной шестерни и может быть определен по формуле

где D – диаметр начальной окружности шестерни; b – ширина шестерни; h – высота зубьев (глубина впадин).

Для анализа влияния параметров зацепления на рабочий объем насоса целесообразно связать его с модулем зацепления. Так как высота зуба равна двум модулям (h = 2 m), а диаметр начальной окружности шестерни – произведению модуля и числа зубьев (D = mz), то (12.2) преобразуется в формулу

Формула позволяет сделать вывод, что рабочий объем Wo увеличивается пропорционально числу зубьев z в первой степени и квадрату модуля m. Таким образом, для увеличения подачи насоса целесообразнее увеличивать модуль зацепления m за счет снижения числа зубьев z. На практике обычно применяют насосы с числом зубьев = 8…18.

Шестеренные насосы с внешним зацеплением получили широкое распространение в машиностроении, так как они просты в изготовлении и надежны в эксплуатации. Эти насосы выпускаются для гидросистем как с высокими давлениями (до 15…20 МПа), таки с более низкими (1..10 МПа). Первые находят применение в гидросистемах тракторов, дорожно-строительных и сельскохозяйственных машин, а вторые используются в станочных гидроприводах и гидросистемах поршневых двигателей. Частоты вращения большинства шестеренных насосов с внешним зацеплением находятся в диапазоне 1000…2500 об/мин. Полные КПД этих насосов обычно составляют 0,75…0,85, а объемные КПД – 0,85…0,95.

Кроме шестеренных насосов с внешним зацеплением, бывают также шестеренные насосы с внутренним зацеплением, когда шестерня меньших размеров располагается внутри более крупного зубчатого колеса. Такие насосы компактнее, но из-за более сложной конструкции по сравнению с насосами с внешним зацеплением они не нашли широкого применения.

Пластинчатые насосы

Пластинчатый насос – это роторно-поступательный насос с рабочими органами (вытеснителями) в виде плоских пластин. Пластинчатые насосы могут быть однократного, двукратного или многократного действия.

На рис. 12.5, а приведена конструктивная схема пластинчатого насоса однократного действия. В пазах вращающегося ротора 4, ось

которого смещена относительно оси неподвижного статора 6 на величину эксцентриситета е, установлены несколько пластин 5 с пружинами 8. Вращаясь вместе с ротором, эти пластины одновременно совершают возвратно-поступательное движение в пазах 7 ротора. Рабочими камерами являются объемы 1 и З, ограниченные соседними пластинами, а также поверхностями ротора 4 и статора 6. При вращении ротора рабочая камера 1, соединенная с полостью всасывания, увеличивается в объеме и происходит ее заполнение. Затем она переносится в зону нагнетания. При дальнейшем перемещении ее объем уменьшается и происходит вытеснение жидкости (из рабочей камеры 3).

Для расчета рабочего объема пластинчатого насоса Wo, может быть использована формула (12.1), при этом объем рабочей камеры Wk следует определять в ее крайнем левом положении, т.е. когда она изолирована от полостей всасывания и нагнетания. В этом случае

где h – высота рабочей камеры (h = 2 е); l – средняя длина части окружности, ограниченной двумя пластинами; b – ширина пластины.

Длина l может быть приближенно определена по диаметру ротора D с учетом толщины пластины и числа пластин z, т.е. l = (πD – δz)/z. Тогда с учетом формул (12.1) и (12.3) получим приближенную зависимость для вычисления рабочего объема пластинчатого насоса:

Из анализа последней формулы следует, что для увеличения рабочего объема пластинчатого насоса Wo при сохранении его габаритов, т.е. размеров D и b, необходимо увеличивать эксцентриситет е.

Кроме того, рабочий объем пластинчатого насоса может быть увеличен за счет кратности его работы k, что достаточно широко применяется на практике. На рис. 12.5, 6 приведена конструктивная схема пластинчатого насоса двукратного действия. Внутренняя поверхность такого насоса имеет специальный профиль, что позволяет каждой пластине за один оборот вала дважды производить подачу жидкости, У пластинчатого насоса двукратного действия имеются две области всасывания 9, которые объединены одним трубопроводом, и две области нагнетания 10, также объединенные общим трубопроводом. На практике применяются насосы и с большей кратностью, но их конструкции сложнее, поэтому использование таких насосов ограничено.

Для пластинчатых насосов важным является обеспечение герметичности в месте контакта пластины и корпуса (точка 2 на

 

рис. 12.5, а). В насосах с высокими скоростями это может быть получено за счет центробежных сил. В конструкции, показанной на рис. 12.5, а, герметичность обеспечивают пружины 8. В некоторых насосах это достигается за счет давления, создаваемого в пазах 7.

В подразд. 12.1 отмечалось, что насосы могут быть регулируемыми, т.е. иметь переменный рабочий объем. Конструкция пластинчатого насоса однократного действия позволяет изменять его рабочий объем в процессе работы. для этого достаточно сделать вал ротора подвижным относительно корпуса. Тогда при смещении ротора 4 влево можно не только уменьшить величину е, а следовательно, подачу насоса, но и изменить направление потока жидкости (при е < 0), не меняя направления вращения вала. для иллюстрации этого на рис. 12.6 показаны три характерных положения ротора регулируемого пластинчатого насоса. Следует отметить, что пластинчатые насосы двукратного и многократного действия не могут быть регулируемыми.

Пластинчатые насосы компактны, просты в производстве и надежны в эксплуатации. Поэтому они нашли применение в технике, в первую очередь в станкостроении. Максимальные давления, создаваемые ими, составляют 7…14 МПа. Частоты вращения пластинчатых насосов обычно находятся в диапазоне 1000…1500 об/мин. Полные КПД для большинства составляют 0,60…0,85, а объемные КПД – 0,70…0,92. Выпускаются также регулируемые пластинчатые насосы.

Роторно-поршневые насосы

Роторно-поршневой насос – это роторный насос с вытеснителями в виде поршней или плунжеров. Роторно-поршневые насосы подразделяются на аксиально-поршневые, у которых возвратно-поступательное движение поршней параллельно оси вращения насоса, и радиально-поршневые, у которых возвратно-поступательное движение поршней происходит в радиальном направлении.

Аксиально-поршневые насосы выполняются с наклонным диском (шайбой) и с наклонным блоком относительно оси вращения насоса.

На рис. 12.7, а представлена конструктивная схема аксиально-поршневого насоса с наклонным диском и плунжерами в качестве вытеснителей. Основным элементом насоса является блок 4 с плунжерами 5, который приводится в движение валом 8 и вращается относительно корпуса (корпус на рис. 12.7, а не показан). Плунжеры опираются на упорный подшипник 6 диска 7, наклоненный под углом у. Важным элементом насоса является неподвижный торцевой распределитель 1 с окнами 9 и 10. Рабочие камеры 2 и З насоса представляют собой замкнутые объемы внутри блока 4.

При работе насоса плунжеры 5 вращаются вместе с блоком 4 и одновременно скользят вместе с подшипником 6 по наклонному диску 7. За счет диска 7 и пружин внутри рабочих камер обеспечивается возвратно-поступательное движение плунжеров 5 относительно блока 4. При этом рабочие камеры меняют свой объем от минимального (позиция 3) до максимального (позиция 2) и обратно. Для подвода и отвода жидкости служит

неподвижный распределитель 1 с дугообразными окнами 9 и 10. Он устроен таким образом, что при увеличении объема рабочей камеры она соединяется со всасывающим трубопроводом через окно 9, а при уменьшении – с напорным трубопроводом через окно 10.

Аксиально-поршневой насос с наклонным блоком 4 (рис. 12.7, 6) несколько отличается по конструкции от предыдущего насоса. Главное отличие заключается в том, что у него относительно оси вращения (вала 8) наклонен не диск 7, а блок 4. Из-за наклона блока 4 относительно ведущего вала 8 у большинства насосов такой конструкции имеется дополнительный вал 12 с шарнирами для передачи вращающего момента от диска 7 на блок 4. В приведенной конструкции вытеснителями являются поршни 11, которые нагнетают жидкость из рабочих камер 2 и 3 через торцевой распределитель 1.

Принципы работы насосов с наклонным блоком и наклонным диском не отличаются друг от друга, но в показанной на рис. 12.7, 6 конструкции поршни 11 совершают возвратно-поступательное движение за счет кинематической связи между ними и диском 7. Это отличие не является принципиальным. Такие конструкции вытеснителей используются и в насосах с наклонными дисками.

Объем рабочей камеры Wk, для обеих разновидностей этих насосов равен произведению площади поршня (плунжера) Sn, и его рабочего хода l (Wk = Snl). Однако рабочий ход l для этих насосов будет вычисляться по разным зависимостям. для их определения на рис. 12.7 построены треугольники, показывающие связь рабочего хода l с диаметром D. Из геометрических соотношений следует, что для насоса с наклонным диском l = D tgγ, а для насоса с наклонным блоком l = D sinγ. Тогда с учетом (12.1) получим формулы для вычисления рабочих объемов аксиально-поршневого насоса с наклонным диском Wо д и наклонным блоком Wоб

:

Аксиально-поршневые насосы могут быть регулируемыми. Регулирование обеспечивается за счет изменения угла γ наклона диска 7 (у насоса с наклонным диском, см. рис. 12.7, а) или угла наклона блока 4 (у насоса с наклонным блоком, см. рис. 12.7, 6). В обоих случаях это приводит к изменению хода вытеснителя и рабочего объема насоса [см. формулы (12.5) и (12.6)].

Аксиально-поршневые насосы отличаются от ранее рассмотренных насосов сложностью изготовления и, как следствие, большей стоимостью, но имеют существенно лучшие эксплуатационные характеристики. Они создают давления до 30…40 МПа, могут работать в широком диапазоне частот вращения (500…4000 об/мин и более). Полные КПД этих насосов достигают 0,90…0,92, а объемные КПД – 0,95…0,98. Аксиально-поршневые насосы применяются в авиации, машинах для строительных и дорожных работ, а также в сельскохозяйственном машиностроении и станкостроении. В радиально-поршневых насосах вытеснителями также являются поршни или плунжеры, но расположенные радиально. На рис. 12.8 представлена конструктивная схема радиально-поршневого насоса однократного действия. Основным элементом насоса является ротор 4 с плунжерами 5, который вращается относительно корпуса 6 насоса. Ротор 4 установлен в корпусе 6 со смещением оси (с эксцентриситетом е). Полости всасывания и нагнетания располагаются в центре насоса и разделены перемычкой 2.

При работе насоса плунжеры 5 вращаются вместе с ротором 4 и одновременно скользят по корпусу б. За счет этого и пружин внутри рабочих камер обеспечивается возвратно-поступательное движение плунжеров 5 относительно ротора 4. Когда рабочая

 

камера перемещается из верхнего положения З в нижнее l, ее объем увеличивается. При этом перемещении она через отверстие в роторе 4 соединена с полостью всасывания, поэтому обеспечивается ее заполнение рабочей жидкостью – всасывание. При обратном перемещении – из нижнего положения 1 в верхнее 3 – камера уменьшается и происходит вытеснение жидкости в полость нагнетания.

Объем рабочей камеры Wk найдем как произведение площади плунжера Sn и его рабочего хода l (Wk = Sn). Из анализа рис. 12.7 следует, что l = 2 е. Тогда с учетом (12.1) получим формулу для рабочего объема насоса:

В формулу (12.7) включена кратность работы k, так как радиально-поршневые насосы могут быть двух и многократного действия. Это обеспечивается за счет создания на внутренней поверхности корпуса специального профиля (как у пластинчатого насоса двукратного действия, см. рис. 12.5, 6), благодаря которому каждый плунжер совершает два или более рабочих ходов за один оборот ротора

Следует также отметить, что эти насосы однократного действия могут быть регулируемыми. В регулируемом насосе изменение рабочего объема обеспечивается за счет смещения ротора 4 относительно корпуса 6, т.е. за счет изменения величины е.

Радиально-поршневые насосы применяются существенно реже, чем аксиально-поршневые. Их главное отличие от других роторных насосов заключается в том, что они выпускаются с большими рабочими объемами.



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-01-19; просмотров: 708; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 44.197.195.36 (0.02 с.)