Роторно – вращательные насосы

К этой группе относятся зубчатые насосы, в которых жидкость перемещается в плоскости, перпендикулярной к оси вращения рабочих органов, и винтовые насосы –

жидкость перемещается вдоль оси вращения.

В свою очередь, зубчатые насосы подразделяются на шесте­ренныё, коловратные и шланговые. В первом из названных и наи­более распространенном из зубчатых насосов рабочими органами служат шестерни, которые обеспечивают геометрическое замыка­ние рабочих камер и передают крутящий момент (рис. 2.1, а, б).

Под коловратным насосом, согласно ГОСТ 17398 -72, пони­мается зубчатый насос с рабочими органами в виде роторов, обеспечивающих только геометрическое замыкание рабочей камеры, а вращающий момент с ведущего ротора на ведомый передает шестеренная пара, расположенная вне корпуса насоса. Профили роторов показаны на рис. 8.1, г, д. В шланговом насосе рабочим органом является упругий шланг, пережимаемый вращающимися роликами (рис. 2.1, е).

Рис.2.1. Зубчатые насосы:

б в, - шестеренныё; г, д - коловратные; е – шланговый

В шестеренном насосе (см. рис. 2.1, а)одна из шестерен является собственно ротором, будучи соединенной с ведущим валом, а другая - замы­кателем. Вращением колес жидкость, заключенная во впадинах зубьев, пере­косится из камеры всасывания В в камеру нагнетания Н. Поверхности зубьев а₁ и а₂ вытесняют при вращении шестерен больше жидкости, чем помещается в про­странстве, освобождаемом зацепляющимися зубьями b₁ и b₂. Разность объемов, описываемых рабочими поверхностями этих двух пар зубьев, вытесняется в нагнетательную линию [2].

На рис. 2.1, в видно, что вытесняющая поверхность зубьев правой ше­стерни имеет радиальную высоту R₁ - x, а расстояние от оси вращения до се­редины этой высоты составляет

(R₁ + x)/2.

Для левой шестерни соответственно:

R₂ – y и (R₂ + y)/2

Объем жидкости, вытесняемой этими поверхностями за время dt:

,

откуда мгновенная идеальная подача

,

где b – ширина шестерён.

Как видно, мгновенная подача зависит от положения точки зацепления О, которая перемещается по профилю зуба.

Рассмотрим распространенный случай, когда шестерни имеют равное число зубьев z. Подача максимальна, если точка О находится на делительной окруж­ности диаметром D = тz (т - модуль зацепления):

.

и минимальна в начале и конце зацепления, когда R – x = 0, R – y = 2m:

.

Среднее значение идеальной подачи можно вычислить по приближённой формуле

.

Шестеренные насосы просты и компактны, отличаются боль­шим сроком службы (до 5000 ч). Максимальное давление, на ко­торое они рассчитаны, обычно равно 10 МПа и реже 15 - 20 МПа, а подача доходит до 1 м³/мин. Коэффициент подачи в номинальном режиме доведен до 0,95 - 0,96, а в насосах с автоматическим регулированием торцовых зазоров (гидравлическим поджатием) - до 0,98. К. п. д. насоса достигает 0,9. Насосы пригодны для ра­боты на жидкостях с широким диапазоном вязкости, превыша­ющей 800 мм²/с. Насосы выпускают как автономными, так и моно­блочными с электродвигателем. Выпуск шестеренных насосов регламентирован ГОСТ 19027 - 73.

Шестеренный насос с внутренним за­цеплением (см. рис. 2.1, б) более компактен, но более сло­жен в изготовлении. Внутренняя ведомая шестерня переносит в своих впадинах жидкость вдоль неподвижного серповидного элемента с. Насосы применяют для работы при частоте вращения до 5 тыс. об/мин и давлении до 7 МПа.

Для повышения подачи жидкости используют многошестеренные насосы с тремя и более шестернями, размещенными вокруг центральной ведущей шестерни. Так же, как в зубчатых пере­дачах, в шестеренных насосах наряду с прямозубыми используют косозубые и шевронные шестерни. Они более сложны в изготовле­нии, но имеют преимущества в эксплуатации: плавность зацепле­ния и поэтому более длительный срок службы, снижение пульса­ции подачи и вращающего момента.

Винтовой насос можно рассматривать как шестеренный насос с косозубыми шестернями, число зубьев которых умень­шено до числа заходов винтовой нарезки. Во внешнем или внутрен­нем зацеплении участвуют одна или несколько пар винтов, между нарезкой которых образованы полости, перемещающиеся вдоль винтов от входной камеры к выходной. Винтовые насосы (и гидро­двигатели) отличаются равномерной подачей, бесшумностью, ком­пактностью и надежностью.

Наиболее распространены одно- и трехвинтовые насосы.

Одновинтовой насос имеет в качестве рабочих органов две основные детали: неподвижную обойму (статор, он же замыкатель) и винт, совершающий планетарное движение вокруг оси обоймы.

В поперечном сечении одновинтовой насос представляет собой так называемый героторный механизм.

Трехвинтовой насос, наиболее распространенный из винтовых, состоит из центрального ведущего винта, являюще­гося ротором, и двух ведомых винтов - замыкателей, заключенных в обойму (рис. 2.2). Винты двухзаходные, в поперечном сечении имеющие вид двузубых шестерен, профиль зубьев которых очерчен по циклоидам. При вращении винтов жидкость, заполняющая со стороны всасывания полости, образованные между нарезками винтов и обоймой, оказывается отсеченной от входной камеры А и перемещенной вдоль оси к выходной камере Б.

Длина винтов зависит от перепада давления в насосе. На один шаг t приходится перепад в 2 - 3 МПа, так что для давления 15 - 20 МПа длина винтов равна .

Рабочий объём насоса q равен объёму каналов, по которым жидкость движется вдоль винтов в пределах одного шага:

,

где a – коэффициент, зависящий от геометрии зацепления винтов (для стандартного насоса ); - диаметр ведомого винта. Коэффициент подачи равен [2].

В этом насосе возникает значительное осевое усилие, прижимающее винты к подпятникам. Для его восприятия под пяты винтов подводится жидкость под рабочим давлением. Насосы больших размеров выполняют с двусторонним подводом жидкости и выходной камерой, расположенной посредине. Винты имеют по две нарезки противоположного направления, благодаря чему ведущие винты полностью разгружены от осевых усилий, а на ведущий винт действует лишь небольшое усилие.

Рис. 2.2 Трёхвинтовой насос

ГОСТ 20883 – 75 распространяется на трёхвинтовые насосы, предназначенные для перекачивания жидкостей без абразивных примесей. Пример условного обозначения насоса с односторонним подводом жидкости, с подачей 25 м³/ч и давлением до 4 МПа: «Насос 3В 16/40 ГОСТ 20883 – 75».

Д в у х в и н т о в о й н а с о с выполняется обычно с прямоугольной резьбой, что упрощает изготовление, но не обеспечивает герметичность и гидравлическую передачу крутящего момента. Винты такого насоса связаны посредством зубчатой пары. Двухвинтовые насосы согласно ГОСТ 20572 – 75 выпускаются на небольшие подачи. Они применяются для перекачивания нефтепродуктов, эмульсий, смол, битумов, сырых нефтей с содержанием газа, морской воды и песка [20].