Пластинчатые насосы однократного действия

 

На рис. 2.1, а приведена упрощенная конструктивная схема пластинчатого насоса однократного действия. В пазах 7 вращающегося ротора 4, ось которого смещена относительно 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 3, 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 пластинчатых насосов важным является обеспечение герметичности в месте контакта пластины и корпуса (точка 2). В насосах с высокими скоростями это может быть получено за счет центробежных сил. В конструкции рис. 2.1, а герметичность обеспечивают пружины 8. В некоторых конструкциях это достигается за счет давления жидкости, создаваемого под пластинами в пазах 7.

Основными частями простейшего пластинчатого насоса однократного действия (рис. 2.2) являются вращающийся ротор 3, помещенный с эксцентриситетом е в неподвижном кольце статора 4. В пазах ротора находятся пластины 5, способные при вращении перемещаться радиально. Их наружные концы скользят по окружности радиуса R_с. В статоре прорезаны окна 6 и 2, соединенные с подводящей и отводящей линиями соответственно. Дуги перемычек между окнами 2 и 6 соответствуют угловому шагу между пластинами 2π/z (где z – число пластин).

Рабочий объем пластинчатой ГМ определяется радиусом статора R_с и активным радиусом ротора r_{а ,} связанными соотношением R_с - r_а = е, где е – эксцентриситет. Радиус r_а больше радиуса r ротора на величину минимального зазора между ротором и статором напротив «мертвой» точки В.

Рис. 2.2. Схема пластинчатого насоса однократного действия:

1 – полость; 2 – окно высокого давления; 3 – ротор; 4 – статор; 5 – пластины; 6 – окно низкого давления; А, В – «мертвые» точки; ОО’C – треугольник, определяющий закон выдвижения пластин х = f (α); аbb’a’ – максимальная площадь между пластинами; cdd’c’ - минимальнаяплощадь между пластинами; fgg’f’- участок кольца средним радиусом R = r_а + е; е – эксцентриситет; r_а - активный радиус ротора; R_с - радиус статора; Q_н1, Q_н2 - соответственно подача на входе и выходе насоса; z – число пластин;∆ - толщина пластины.

 

Когда объем между двумя соседними пластинами находится напротив нижней «мертвой» точки В, он минимален, при нахождении напротив верхней «мертвой» точки А – максимален. За один оборот ротора из области с давлением р₁ в область с давлением р₂ переносится z объемов (по числу пластин), характеризуемых разностью максимальной abb’a’ и минимальной cdd’c’ площадей между пластинами. Приближенно разность этих площадей можно представить как участок кольца fgg’f’ со средним радиусом R = r_а + е, где r_а - активный радиус ротора, и шириной 2е за вычетом толщины пластины ∆. Тогда максимальный объем между пластинами

V_k = (2πR/z - ∆)2eb,

где b – ширина статора; z – число пластин.

Рабочий объем машины

q = V_а = z V_k = 2eb (2πR - z ∆).

Неравномерность подачи для пластинчатых машин такая же, как и для поршневых, число пластин в машинах однократного действия всегда выбирают нечетным.

При работе пластины должны быть прижаты к статорному кольцу. Начальный прижим пластин в насосе обычно осуществляется под действием центробежных сил и иногда пружин, а рабочий прижим производится под действием гидростатических сил давления жидкости на внутренние торцы пластин 5 из полостей 1 (см. рис. 2.2). В насосах, предназначенных для работы при более высоких давлениях (14-16 МПа), эти полости обычно сообщаются соответственно с окнами высокого и низкого давления. При этом конструкция насоса усложняется. В насосах среднего и низкого давления (≤ 7 МПа) во все полости 1 подводят жидкость под высоким давлением р_2, что упрощает конструкцию, но повышает объемные и механические потери в области низкого давления.

Необходимость использования центробежных сил для выдвижения пластин ограничивает минимальную частоту вращения пластинчатых насосов n_min › (0,4-0,6) n_{mах .} Это особенно важно в начальный период после пуска насоса, когда РЖ еще холодна и ее вязкость велика.

Под действием разности давлений р = р₂ - р₁ на рабочую поверхность вытесняющей пластины и силы трения на ее скользящей кромке пластина изгибается. При этом создается изгибающий момент, защемляющий ее в пазу ротора. Во избежание быстрого износа пластин и заклинивания их в пазах максимальный вылет пластин 2е должен быть меньше, чем часть пластины, погруженная в ротор, что ограничивает возможность увеличения рабочего объема при заданном радиусе статора R_с путем увеличения эксцентриситета е.

Трение пластин о статор и возможное снижение подачи вследствие кавитации лимитирует максимальную частоту вращения и, следовательно, максимальную подачу насоса.

Важнейшим параметром насоса является его рабочий объем. Он во многом определяет габариты и эксплуатационные показатели насоса: подачу жидкости, полезную и потребляемую жидкости. На практике часто применяют насосы с переменными рабочими объемами. Такие насосы принято называть регулируемыми, а изменение рабочего объема насоса в процессе его работы – регулированием насоса (рис. 2.3).

Рис.2.3. Схема регулирования прямой (а), нулевой (б)

и обратной (в) подач пластинчатого насоса

Изменение подачи осуществляется за счет изменения эксцентриситета е в процессе работы насоса, что приводит к изменению рабочего объема. При смещении ротора влево можно не только уменьшить величину е, а следовательно, подачу насоса. При дальнейшем смещении ротора (см. рис. 2.3, в) можно изменить направление потока жидкости, не изменяя направление вращения вала.

Пластинчатые насосы обычно используют при давлениях 10-12 МПа. Ограничение величины давления обусловлено контактными нагрузками между пластинами и статором, а также односторонней нагрузкой ротора силами давления жидкости со стороны полости, находящейся под давлением р₂. Силы давления нагружают подшипники и ограничивают срок их службы /4,8/.