Роторно-поршневые насосы аксиального типа

Роторный насос – это объемный насос, в котором вытеснение жидкости производится из перемещаемых рабочих камер в результате вращательного или вращательного и возвратно-поступательного движения рабочих органов – вытеснителей. Роторно-поступательный насос, в котором вытеснители имеют форму поршней (плунжеров, шаров), а рабочие камеры ограничиваютсявытеснителями в цилиндрических полостях ротора, называется роторно-поршневым.

Роторно-поршневой насос, у которого ось вращения ротора параллельна осям рабочих камер и вытеснителей или составляет с ними угол менее 45°, называется аксиальным. Аксиальные роторно-поршневые насосы бывают двух разновидностей: насосы с наклонным блоком и насосы с наклонным диском. У первых - ось вращения ведущего вала и ось ротора пересекаются, образуя угол, у второй разновидности насосов оси ведущего вала и ротора совпадают.

Большое распространение, особенно в гидроприводах, получили насосы с наклонным блоком и с двойным несиловым карданом (рис. 19). Упорный диск 1, жестко связанный с валом 6, шарнирно связан со сферическими головками шатунов 2. Другие сферические головки этих шатунов шарнирно заделаны в поршнях 3, которые совершают возвратно-поступательное движение в блоке цилиндров (роторе) 4. Последний приводится во вращение от вала 6 через двойной кардан 7. Подводящий и отводящий трубопроводы присоединяются к неподвижному распределителю 5. При изменении наклона распределителя на угол у относительно вала 6 изменяется ход каждого поршня, а следовательно, и рабочий объем насоса.

В последнее время широко используются также аксиальные роторно-поршневые насосы с наклонным блоком бескарданного типа, в которых передача крутящего момента на ротор осуществляется шатунами, входящими внутрь поршней (рис. 20).

Такая схема позволяет упростить конструкцию и уменьшить размеры ротора, а следовательно, и его момент инерции, что улучшает динамику процесса разгона и торможения машины Кинематика поршня при этом оказывается такой же. как и в приведенной выше схеме с несиловым карданом.

Наиболее перспективными, особенно при работе с небольшими мощностями, являются насосы с наклонным диском. В простейшем насосе такого типа (рис 21) отсутствует как карданная, так и шатунная связь наклонного диска с блоком цилиндров Плунжеры 2 прижаты к нагонному диску 3 при помощи пружин 1. При этом плунжеры своими сферическими концами опираются на диск либо непосредственно (рис 21, а), либо через промежуточный башмак 4 (рис 21, б); применение последнего снижает контактное давление в месте касания плунжером диска.

Модификацией аксиального роторно-поршневого насоса с наклонным диском является насос, схема которого дана на рис. 22. В этом насосе поршни шарнирно связаны с наклон­ным блоком, что исключает возможность отрыва поршней от диска

Для всех аксиальных роторно-поршневых насосов характерно торцевое распределение жидкости, т. е. наличие устройства, обеспечивающего попеременное сообщение рабочих камер с полостями всасывания и нагнетания насоса, а также замыкание рабочих камер в промежуточные моменты. Это устройство представляет собой два дугообразных окна 1, выполненных в неподвижном, упорно-распределительном диске 2, одно из которых является всасывающим, а другое - напорным (см. рис. 22). При вращении ротора рабочие камеры сообщаются с этими окнами через отверстия в роторе либо замыкаются, когда отверстия оказываются в перемычках между окнами.

Изменение рабочего объема в регулируемых аксиальных роторно-поршневых насосах осуществляется изменением угла наклона у блока цилиндров или диска, которое может выполняется вручную или автоматически в зависимости от давления насоса.

Рабочий объем насоса с наклонным блоком определяется приближенной формулой:

Рабочий объем насоса с наклонным диском:

где Vk - полезный объем рабочей камеры,D - диаметр окружности, на которой в роторе расположены оси поршней; D₁ -- диаметр окружности, на которой в упорном диске расположены центры шарниров шатунов; у - угол наклона блока цилиндров или диска к оси вращения ротора (обычно у = 15 - 20°); z - число поршней (обычно равное 5,7 или 9). Минутная подача насоса при частота вращения ротора в минуту, определяется по формуле

где - объемный КПД, значения которого принимаются равными 0,95 - 0,98.

 

Шестеренные насосы.

Шестеренный насос является представителем роторных насосов вращательного типа. Роторный насос – это объемный насос, в котором вытеснение жидкости производится из перемещаемых рабочих камер в результате вращательного или вращательного и возвратно-поступательного движения рабочих органов – вытеснителей. В роторно-вращательных насосах вытеснители совершают только вращательное движение. Шестеренные насосы выполняются с шестернями внешнего и внутреннего зацепления. Наибольшее распространение имеют насосы с шестернями внешнего зацепления На рис. 15 приведена схема такого насоса. Он состоит из двух одинаковых шестерен - ведущей 2 и ведомой 3, помещенных в плотно охватывающем их корпусе - статоре 1. При вращении шестерен в направлении, указанном стрелками, жидкость, заполняющая впадины между зубьями, переносится из полости всасывания в полость нагнетания.

Вследствие разности давлений (p₂>p₁) шестерни подвержены воздействию радиальных сил, которые могут привести к заклиниванию роторов. Для уравновешивания последних в корпусе насосов иногда устраивают разгрузочные каналы 4. Такие же каналы могут быть выполнены и в самих вторах.

2 1

Рис. 15. Шестеренный насос Рис. 16. Шестеренный насос с гидростатическим прижимом.

В шестеренных насосах высокого давления (свыше 10 МПа) предусматривается гидравлическая компенсация торцевых зазоров, осуществляемая специальными 'плавающими втулками", которые давлением жидкости прижимаются к шестерням. Подвод давления нагнетания по каналу 4 и дренаж через каналы 3 в корпусе о позволяют обеспечить компенсацию торцевого зазора между шестернями 1 и боковыми щеками 2 и 5.

Чаше всего применяются насосы, состоящие из пары прямозубых шестерен с внешним зацеплением и с одинаковым числом зубьев эвольвентного профиля. Для увеличения подачи иногда употребляются насосы с тремя и более шестернями, размещенными вокруг центральной ведущей шестерни.

Для повышения давления жидкости применяются многоступенчатые шестеренные насосы. Подача каждой последующей ступени этих насосов меньше подачи предыдущей ступени. Для отвода излишка жидкости каждая ступень имеет перепускной (предохранительный) клапан, отрегулированный на соответствующее максимально допустимое давление.

Кроме прямозубых шестерен, выполняются насосы с косозубыми и шевронными шестернями. Угол наклона зубьев в шевронных шестернях обычно составляет 20*—25*. Современные шестеренные насосы могут развивать давления до 10-20 МПа. Для приближенных расчетов минутной подачи насосов с двумя одинаковыми шестернями можно пользоваться формулой:

где - объемный КПД насоса, зависящий от конструкции, технологии изготовления и давления насоса и принимаемый равным 0,7 - 0,95; А - расстояние между центрами шестерен, равное при одинаковых шестернях диаметру начальной окружности D; - диаметр окружности головок зубьев; b - ширина шестерен; n - частота вращения ротора, об/мин, или где - внутренний диаметр шестерни.

Для шестерен с нормальным эвольвентным некорригированым зацеплением A= = mz, высота головки зуба h=m и где m - модуль зацепления и z - число зубьев шестерни. Для таких шестерен формула принимает вид:

При z < 16 в шестеренных насосах обычно применяется корригированное эвольвентное зацепление, при котором h = m₁, a = (z +1) m. Для этого случая имеем: , а рабочий объем насоса . Таким образом, рабочий объем шестеренного насоса пропорционален произведению диаметра D и модуля m. Поэтому для уменьшения габаритов насоса выгоднее при его проектировании выбирать большее значение mи меньшее число z, а следовательно, и D. Однако уменьшение z требует увеличения степени корригирования и увеличивает неравномерность подачи.

Насосы типов НШ и НМШ предназначены для нагнетания рабочей жидкости в гидравлические системы тракторов, подъемных землеройных, дорожно-строительных, транспортных и других сельскохозяйственных машин. В их числе насосы НШ 10-10-2, НШ32-10-2 и НШ32-32-2 двухсекционные; насосы НМШ 50 и НМШ125 - двухкамерные.

Насосы типа (Ш предназначены для подачи масла, нефти, мазута, дизельного топлива; насосы ШГ-для подачи парафина, нефти, мазута с температурой не менее 100 °С и и до 6-10⁴ м²/с; насосы ШФ предназначены для подачи масла, нефти, дизельного топлива с температурой до 90 °С. Насосы П1-2 и БП1-2 используются в системе станочных гидроприводов.