Объёмные насосы.

Самым древним из известных в технике объёмных насосов является поршневой насос. Насосы такого типа использовались в самых разных областях техники и продолжают использоваться и в наше время, в том числе и для ДВС, несколько сократив свою область применения. На рис. 1 показана схема такого насоса с кривошипно-шатунным приводом. Если в подобных насосах поршень 5 имеет диаметр, равный диаметру штока 7, то такой поршень называют плунжером, а насос соответственно плунжерным (а иногда и поршневым). Принцип действия у всех таких насосов одинаков. Поршень (или плунжер) в них совершает возвратно-поступательное движение, обеспечивая всасывание жидкости в цилиндр и вытеснение её из цилиндра. Существует большое многообразие конструкций поршневых насосов, отличающихся числом и расположением цилиндров, конструкцией приводного механизма, конструкцией распределительных органов и рядом других параметров.

Насос на рис. 10 относится к самым простым конструкциям. Приводная часть насоса обеспечивает преобразование вращательного движения кривошипа в возвратно-поступательное движение поршня на основе использования кривошипно-шатунного механизма, в котором поршень выступает в роли ползуна. Привод здесь может применяться различного типа, от любого механического до ручного. Жидкость поступает в его цилиндр 6 по всасывающему патрубку 1 через самодействующий всасывающий клапан 2. При ходе поршня от верхней мёртвой точки к нижней мёртвой точке (на рис. 10 слева направо) свободный объём цилиндра увеличивается, давление в нём падает. Когда наружное давление становится выше, чем давление внутри цилиндра и противодействие статического давления вертикального столба жидкости от поверхности водоёма до клапана, жидкость открывает всасывающий клапан 2 и поступает в цилиндр 6. При обратном ходе поршня нагнетательный клапан 3 открывается, когда давление в цилиндре станет выше давления в нагнетательном патрубке насоса 4, после чего жидкость вытесняется в нагнетательный трубопровод. Давление, которое при этом будет сообщаться жидкости, будет зависеть от противодавления в нагнетательном трубопроводе. При высоком давлении в трубопроводе энергия, сообщаемая жидкости в процессе её вытеснения из цилиндра, будет передаваться в основном в потенциальной форме (будет расти давление). Сравнительно малая часть энергии будет передана в кинетической форме (скорость возрастёт до необходимой для перемещения по трубопроводу, обычно до 1,5...2,5 м/с). Если давление в трубопроводе отсутствует, жидкость будет вытесняться в нагнетательный трубопровод под незначительным давлением, достаточным только для преодоления сопротивления нагнетательного клапана. В этом случае жидкости передаётся минимальное количество энергии, в основном в кинетической форме. Современные поршневые насосы могут использоваться как грузовые для перекачки нефтепродуктов с температурой до 100 ^оС, для перекачки пресной и забортной воды. Приводом таких насосов может быть паровая машина, электродвигатель или ДВС. Максимальные подачи таких насосов могут достигать 500 м³/час и более. Конечное давление в одной ступени – 2, 5 МПа. На ДВС поршневые насосы применяются как топливоподкачивающие и маслопрокачивающие. Чаще с ручным, реже – с механическим приводом. В установках с ДВС это могут быть основные (для малых судов) и вспомогательные насосы для перекачки топлива, масла и подсланевых вод, в основном с ручным приводом. Пример конструкции насоса такого типа дан на рис. 2. Плунжерные насосы в ДВС обычно используются как топливные насосы высокого давления и как насосы для точечной смазки (лубрикаторы). Возможно и более широкое использование плунжерных насосов специальных конструкций, о чём сказано далее.

Рис.1. Поршневой насос с кривошипно-шатунным приводом

Рис. 2. Ручной поршневой насос с вильчатым приводом и оппозитным расположением цилиндров:
1 – нагнетательный клапан; 2 – всасывающий клапан; 3 – поршень; 4 – всасывающий патрубок; 5 – ручка привода;
6 – нагнетательный патрубок

Роторно-поршневым насосом называют роторно-поступательный насос с рабочими органами в виде поршней или плунжеров. Такие насосы получили наиболее широкое применение в гидравлических передачах мощности механизмам судовых энергетических установок. Различают насосы радиально-поршневые, у которых ось вращения перпендику­лярна осям поршней, и аксиально-поршневые, у которых ось ротора параллельна осям поршней.

Радиально-поршневой насос состоит из вращающегося по стрелке блока цилиндров 1 (рис. 3), посаженного на неподвижную цапфу 5, и вращающего­ся статорного кольца 3, ось которого смещена на эксцентриситет е относительно оси цилиндрового блока.

Рис. 3. Схема радиально-поршневого насоса

Поршни 2 находятся в блоке, и под действием центробежных сил, а также пружин (на рисунке не показаны) прижимаются к статорному кольцу. Поршни при своем движении увлекают кольцо 3, поэтому вместо трения скольжения головок возни­кает трение качения роликов 4. Жидкость распределяется через вы­полненные в цапфе 5 окна 7 и 8, с которыми сообщаются поочередно при вращении цилиндры. Эти окна через осевые каналы цапфы соединяются со всасывающим и нагнетательным трубопроводами. По­дача жидкости насосом регулируется изменением эксцентриситета е. В схеме, представленной на рис. 3, это достигается смещением направляющей корпуса 6 со статорным кольцом относительно блока цилиндров с помощью различных устройств. Очевидно, что при е = 0 подача также будет равна нулю. При смещении оси статора вниз по отношению к оси ротора всасывающая полость становится нагнетатель­ной, а нагнетательная — всасывающей. Для увеличения подачи применяют насосы с многорядным расположением цилиндров. Подача радиально-поршневого насоса за один оборот ротора соответствует объему, описываемому поршнями. Подача жидкости роторно-поршневым насосом имеет пульсирую­щий характер Амплитуда пульсаций меньше у насосов с нечетным числом цилиндров. Пульсация давления нежелательна, так как это может привести к разрушению труб и к вибрации аппаратуры. Для уменьшения пульсации цилиндры многорядных насосов располагают со смещением фаз, что равносильно увеличению числа цилиндров в однорядном насосе.

Радиально-поршневые насосы имеют высокий к. п. д. (объемный 0,96…0,98 и механический 0,80…0,95) и ресурс работы до 40 000 ч, в связи с чем их широко применяют в различных отраслях промышлен­ности а также на судах. Мощность отдельных радиально-поршневых насосов достигает 3000 кВт, а подача — 500 м³/ч. Они рассчитываются на номинальное давление 10…20 МПа, а давление отдельных насосов небольшой производительности достигает 100МПа. К недостаткам ра­диально-поршневых насосов относятся большие масса и габариты.

Более компактной конструкцией обладает аксиально-поршневой насос. На рис. 4 показана схема одной из наиболее распространённых конструкций насоса этого типа. Насос состоит из блока цилиндров 2 с поршнями 3, связанными шатунами 4 с наклонным диском-шайбой 5. Ход поршней зависит от угла наклона шайбы к оси блока цилиндров. Распределение жидкости обычно про­изводится через серпообразные окна 9 и 10 в опорно-распределитель­ном диске 1 и отверстия 8 в блоке цилиндров 2. В мертвых точках порш­ней отверстия каждого цилиндра перекрываются нижней и верхней разделительными перемычками, находящимися между окнами 9 и 10 (на рис.20 опорно-распределительный диск 1 смещен для возможно­сти показа окон). Приводной вал 7 и диск 5 соединены с блоком ци­линдров 2 универсальным шарни­ром (карданом) 6.

Применяются так­же насосы с бескарданной связью блока с наклонным диском, что позволяет уменьшить диаметр бло­ка цилиндров и улучшить вибра­ционные характеристики. Связь ведущего наклонного диска с бло­ком цилиндров в насосе осуществляется лишь с помощью поршне­вых шатунов. На рис. 5 показана конструктивная схема насоса, в котором от­сутствует карданная и шатунная связь наклонного диска с поршневым блоком. Поршни насоса выполнены в виде плунжеров 2, связанных с нак­лонной шайбой 3 с помощью пружин 1, которые опираются на шайбу своими сферическими концами. Подача насоса регулируется изменением угла у наклона диска 5 (см. рис. 5). Число цилиндров насоса обычно принимается равным 7…9. Максималь­ный угол наклона шайбы составляет 20°.

Аксиально-поршневые нерегулируемые насосы с постоянным на­правлением потока, наклонным блоком и двойным карданом выпускались отечественной промышленностью. Насосы имели следующие параметры: номинальное давление насосов 16 МПа, максимальное 32 МПа, давление при всасывании 0,08—0,5 МПа, номинальная частота вращения 1000 об/мин, полный к.п.д. 0,90, объемный к.п.д. 0,97. Частота вращения некоторых аксиально-поршневых насосов достигала 30 000 об/мин.

Рис. 4. Аксиально-поршневой насос с карданно-шатунным механизмом

Рис.5. Бесшатунный аксиально-поршневой насос

Насосы выпускались трёх типоразмеров: Н71Н, Н140Н и Н250Н с расходами 106, 210 и 375 л/мин. Привод насоса преду­смотрен через упругую муфту. Корпус должен быть ниже уровня рабо­чей жидкости в системе.

Роторно-поршневые гидравлические машины широко используют в качестве гидродвигателей. Отечественной промышленностью обеспечивался выпуск аксиально-поршневых нерегулируемых гидродвигате­лей на номинальное давление 16 МПа, с наклонным блоком и двойным карданом таких же типоразмеров, как и насосы. Гидродвигатели исполь­зуются в гидроприводах палубных механизмов. В отличие от насосов гидродвигатели имеют повышенную номинальную частоту вращения (1500 об/мин). Расходы жидкости соответствуют расходу насосов Н71Н, Н140Н и Н250Н. Эффективная мощность двигателей 25, 51 и 92 кВт, а крутящий мо­мент 150, 310 и 560 кН∙м.

Шестерённый насосявляется одним из наиболее распространённых для использования на ДВС и в установках с ДВС. Среди шестеренных насосов наибольшее распространение получили насосы, состоящие из пары шестерен с внешним зацеплением и одинаковым числом зубьев эвольвентного профиля. Принцип работы шестеренного насоса ясен из кон­структивной схемы, приведенной на рис.6. При вращении шестерен область всасывания 1 создается там, где зубья выходят из зацепления, а область нагнетания 2 там, где они входят в зацепление. При этом выход зуба одной шестерни из впадины другой в области всасывания можно сравнить с вытаскиванием поршня из цилиндра поршневого насоса на ходе всасывания, в ходе которого свободный объём рабочего пространства увеличивается. Увеличение объёма будет сопровождаться падением давления в объёме между зубьями. Разность давлений в этом объёме и во всасывающей камере насоса обеспечит поступление (всасывание) жидкости в межзубый объём. Последовательное повторение таких процессов во всех межзубых объёмах обеспечит расчётное падение давления в приёмной камере и поступление (всасывание) расчётного количества жидкости во всасывающий трубопровод. При дальнейшем вращении шестерен в направлении, указанном на рис. 15, межзубые объёмы, заполненные жидкостью, будут перенесены по периферийной стороне пары шестерен в полость нагнетания. На стороне нагнетания зубья одной шестерни будут входить в межзубые объёмы другой и вытеснять при этом жидкость в полость нагнетания. Нагнетательная и всасывающие полости насоса связываются между собой каналом с установленным в нём предохранительно-перепускным клапаном (на схеме не показан). В процессе вытеснения перекачиваемой жидкости из межзубых объёмов ей сообщается основная часть энергии, передаваемой насосом. Обычно в шестерённых насосах энергия передаётся жидкости главным образом в потенциальной форме (создаётся расчётное статическое давление и обеспечивается сравнительно малая скорость движения жидкости в нагнетательном патрубке). Такие параметры обеспечиваются, если на выходе из напорного патрубка насоса во время его работы имеет место характерное для таких насосов гидравлическое сопротивление. Если сопротивление на выходе шестерённого насоса будет незначительным, (что не характерно для таких насосов) то, как и для любого объёмного насоса, давление в нагнетательном патрубке при его работе почти не будет расти, а жидкость получит энергию преимущественно в кинетической форме. Этой энергии будет достаточно для перемещения расчётного расхода жидкости через сечение нагнетательного патрубка со сравни тельно малой скоростью (не более 5 м/с). На рис. 7 показана конструкция шестерённого насоса, в котором жидкость, заключенная в объемах, образованных впадинами зубьев и плотно охватывающими их расточками корпуса 6, перено­сится из полости всасывания 10 в полость нагнетания 11. Ведущая шестерня 1 насоса приводится во вращение рессорой 3, связанной с ведущей шестерней и с приводом при помощи шлицевых соединений. Цапфы ведущей шестерни опираются на ролики 7 с сепаратором, расположенные в обоймах 8, 9. Ведомая шестерня 2 свободно вращается в роликоподшипниках. Расположенные с одной стороны шестерен подвижные (плавающие) подпятники 4 поджимаются к торцам шестерен силой давления жидкости, подводимой с линии нагнетания, и небольшой силой пружин. Эти силы прижимают другой торец шестерни к не­подвижной обойме 5. Шестеренные насосы де­лят:

– по типу зацепления на насосы с внешним и внутренним зацеплением шестерен;

– по типу зуба шестерен на насосы с шестернями прямозубыми, косозубыми и с шевронным зубом;

– по числу ступеней дав­ления на одноступенчатые и многоступенчатые;

– по числу параллель­ных потоков жидкости в насосе на однопоточные и многопоточные.

Шестеренные насосы обычно выполняют для подач от 0,6∙10^-4 до 400∙10^-4 м³/с при перепаде давления 2,5 МПа и выше в одной ступени и до 15…20 МПа в многоступенчатых насосах. Угловая скорость шестерен обычно лежит в пределах от 78 до 152 рад/с и к. п. д. насоса η = 0,55…0,75.

Рис.7. Конструкция шестерённого насоса

Шестеренные насосы рекомендуется использовать для перекачивания жидкостей без механических примесей с вязкостью от 0,2∙ 10^-4 до 20∙ 10^-4 м³/с при температуре, не превышающей 100 °С (для особых конструкций насосов – не более 250 °С). Это, как правило, масла и различные виды топлив. Соответственно такие насосы используют в качестве масляных циркуляционных насосов ДВС, в качестве маслопрокачивающих насосов, как топливоподкачивающие насосы, топливо и маслоперекачивающие насосы ЭУ. Возможно также их использование и как циркуляционных насосов систем охлаждения для двигателей малой мощности. В этих случаях одна из шестерен выполняется из упругого материала (резина, пластик) для снижения влияния возможных в этом случае абразивных частиц в жидкости на износ шестерённой пары. Шум шестеренных насосов зависит от скорости вра­щения шестерен. При ω= 145 рад/с общий уровень шума дости­гает 82–85 дБ.

Шестеренные насосы имеют небольшие габариты и массу, сравнительно простое устройство, надежно работают, допускают непосредственное соединение с быстроходными двигателями, обла­дают самовсасыванием и могут работать со значительной высотой всасывания. Основные недостатки шестеренных насосов заклю­чаются в чувствительности к механическим примесям в перекачи­ваемой жидкости, посте­пенном росте зазоров в процессе эксплуатации насоса из-за износа деталей и соответствующем увеличении внутренних протечек жидкости. Кроме того, этим насосам свойственна неравномерность подачи жидкости и в них не уравновешены радиальные силы давления жидкости на шестерни.

Винтовой насос можно считать вторым по распространённости после шестерённого насоса на рассматриваемых объектах. Такие насосы могут иметь различную конструкцию. На рис 8 и 9 представлены схемы распространённой конструкции винтового насоса, у которого рабочие органы выполнены в виде трёх винтов: ведущего 3 и двух ведомых 4, уста­новленных с небольшим радиальным зазором во втулке 5 кор­пуса 2. Корпус насоса имеет приемную камеру 1 с при­емным патрубком и напорную камеру 6 с напорным патрубком. Приемная и напорная камеры насоса соединены каналом с встроенным предохрани­тельно-перепускным клапаном 7. Поверхности винтов, находящихся во взаимном зацеплении, совместно с цилиндрическими поверхностями обоймы насоса образуют ряд изолированных друг от друга полостей (см. поз. 8 рис 8, 9), которые при вращении винтов перемещаются поступательно от приемной камеры к напорной. Одни крайние полости соединены с приемной камерой насоса, а другие – с на­порной. Каждая такая полость представляет собой как бы часть пространственного витка спирали с поперечным сечением, равным торцевому сечению впадины между выступами винта. Объем крайних полостей в процессе работы насоса не­прерывно изменяется. Объем полостей, соединенных с приемной камерой насоса, увеличивается при вращении винтов. При этом давление в полостях падает, что обеспечивает движение жидкости по приемному трубопроводу от приемного резервуара до насоса.

Жидкость, поступающая в насос, заполняет приемную камеру и впадины винтов (полости), соединенные в данный мо­мент с ней. При вращении винтов происходит периодическое отделение впадин винтов (полостей) от приемной камеры и при дальнейшем вращении винтов жидкость, находящаяся в этих впадинах (полостях), будет перемещаться вдоль оси винтов в сторону напорной камеры без изменения объёмов полостей. Когда рассматриваемые впадины соединятся с напорной камерой, их объем начнёт уменьшаться, и жидкость будет вытесняться в на­порную камеру насоса.

Жидкость в насосе перемещается только вдоль оси винтов. Общий вид конструкции винтового насоса показан на рис.10.

Винтовые насосы можно разделить:

– по зазору между нарезкой винтов на герметичные и негер­метичные;

– по числу винтов на одновинтовые и многовинтовые;

– по форме профиля винта в торцевом сечении на насосы с циклоидальным, эвольвентно-циклоидальным и специальным профилями;

– по числу параллельных потоков жидкости в насосе на однопоточные и двухпоточные.

Винтовые насосы выполняют для подач от 0,001 до 0,3 м³/с при перепаде давления до 25 МПа. Угловая скорость вращения роторов до 314 рад/с и выше. КПД насосов η = 0,6…0,8. Герметичные винто­вые насосы применяют для перекачивания чистых жидкостей без механических примесей с коэффициентом кинематической вяз­кости ν = (10…6000)∙10^-6 м²/с. Негерметичные винтовые на­сосы используют для перекачивания различных чистых и за­грязненных жидкостей: воды, нефтепродуктов, агрессивных сред и др. Винтовые насосы допускают непосредственное соединение с быстроходными двигателями и соответственно имеют сравнительно небольшие размеры и массу. Они отличаются равномерной пода­чей жидкости, малой зависимостью подачи от давления, простой и надежной конструкцией, малошумностью при работе (примерно 80 дБ), довольно высоким к. п. д. Кроме того, они допускают непрерывную работу в течение продолжительного времени, обладают самовсасыванием и хорошей всасывающей способ­ностью.

Рис 10. Общий вид трёхвинтового насоса с односторонним подводом жидкости: 1 – ведущий винт;
2 – разгрузочный поршень; 3 – разгрузочные стаканы; 4 – ведомые винты; 5 – обойма

Основным недостатком герметичных винтовых насосов яв­ляется сложный профиль нарезки винтов и малая величина за­зоров между винтами (0,05—0,15 мм) и винтами и корпусом (0,1— 0,15 мм), что усложняет их изготовление. Негерметичные винтовые насосы имеют более простой профиль нарезки и значи­тельно большую величину зазора между нарезкой винтов в нор­мальном сечении (около 0,5 мм). Это упрощает технологию их изготовления, но снижает объемный к. п. д. насоса.

Винтовые герметичные насосы находят широкое применение на судах для перекачивания масла и жидкого топлива в системах смазки, топлива и в силовых гидравлических системах. Винтовые негерметичные насосы имеют ограниченное применение.

Пластинчатые (шиберные) насосы также являются объёмными, а по характеру движения рабочих органов относятся к роторно-поступательным. По числу циклов работы за один оборот различают насосы однократного и многократного дей­ствия. Насосы однократного дейст­вия выполняют регулируемыми и нерегулируемыми, а насосы много­кратного действия только нерегу­лируемыми.

Нерегулируемый роторно-пластинчатый насос однократ­ного действия показан на рис. 11. Его ротор 2 представляет собой цилиндр с пазами, в которые вхо­дят пластины 3, эксцентрично уста­навливаемый в корпусе 1. При вращении ротора пластины прижимаются своими наружными торцами к внутренней поверхности корпуса насоса пружинами 6 и центробежной силой. Объем полости, заключенной между соседними пластинами, поверхностью ротора и стенкой корпуса, при движении в районе камеры всасывания 4 увеличивается, вследствие чего проис­ходит всасывание жидкости. Наоборот, при движении в районе каме­ры нагнетания 5 объем этой полости уменьшается и происходит вытес­нение жидкости в напорный трубопровод. Пластинчатые насосы однократного действия применяют в гидро­системах с небольшим давлением (до 4…5 МПа). Их недостаток заключается в большой радиальной нагрузке на вал ротора. Регулирование подачи и реверсирование насоса производятся изменением значения и знака эксцентриситета е. Для этой цели в регулируемых насосах предусматривается механизм перемещения статорного кольца относительно ротора и неподвижного корпуса. Статорное кольцо охватывает ротор с пластинами и выполняется от­дельно от корпуса. Максимальный эксцентриситет в пла­стинчатых насосах однократного действия принимается равным (0,05…0,08) D, ширина ротора b = (0,8…1,7) D. Число пластин в таком насосе составляет 6…12. С увеличением числа пластин уменьшаются нагрузка на пластину и пульсация подачи, однако при этом уменьшается и подача насоса.

Для высоких давлений применяют нерегулируемые пластинчатые насосы двукратного действия. Ротор 1 такого насоса (рис. 12) имеет пазы с лопатками 7.

Рис. 11. Схема роторно-пластинчатого насоса

При вращении ротора пластины под действием центробежной силы своими наружными кромками упираются во внутреннюю поверхность статора 2. Насосы основного исполнения выпускают трех габаритов: с рабочим объемом 8…40; 63…123; 160…224 см³. Частота вращения этих насосов 1500, 960 и 600 об/мин, подача до 200 л/мин, мощность до 24,5 кВт, масса до 40 кг. Насосы облегченного исполнения выпускаются с подачей 3…12 л/мин, мощностью до 2,4 кВт, частотой вращения 1500 и 600 об/мин. Масса насосов облегченного исполнения 3,7 кг. Все перечисленные насосы предназначены для работы на минеральном масле вязкостью (0,17…0,23)∙10^-4 Па/с при температуре до 50° С. При этих условиях объемный КПД в зависимости от размеров насоса составляет 0,70…0,95, а КПД насоса равен 0,40…0,87. Пластинчатые насосы применяют на судах в гидравлических рулевых машинах и гидравлических приводах палубных механизмов. Насос работает следующим образом. Объем, заключенный между ротором, статором и двумя лопатками I и II, при вращении ротора против часовой стрелки увеличивается и заполняется жидкостью через окно 3, сообщающееся со всасывающим трубопроводом 4. После по­ворота ротора на угол α + ε этот объем начнет уменьшаться. Заполняющая его жидкость вытесняется в окно 11, которое сообщаетcя с напорным трубопроводом 8. В нижней части насоса процессы всасывания и нагнетания повторяются. Следуя за очертаниями этой поверхности, они совершают возвратно-поступательные перемещения. Для обеспечения гарантированного прижатия наружных концов пластин к внутренней расточке корпуса в роторе предусмотрена кольцевая выточка 10, которая каналом 9 сообщается с нагнетательной полостью. Через эту выточку, а затем через каналы пазов ротора жидкость воздействует на торцевые поверхности пластин, прижимая их к расточке корпуса. Внутренняя полость статора на различных участках очер­чена по-разному. В пределах угла ε_о радиус очертания внутренней по­верхности постоянный и равен r. В пределах угла α радиус поверхно­сти статора увеличивается от минимального значения r до максималь­ного R.

Рис. 12. Схема пластинчатого насоса двукратного действия

Здесь жидкость поступает в рассматриваемый объем через окно 6, а вытесняется через окно 5. В результате за один оборот каждое межлопастное пространство дважды всасывает и нагнетает жидкость. Пластинчатые насосы двукратного действия выпускаются на номинальное давление до 16 МПа в двух исполнениях: облегченном и основном. Насосы облегченного исполнения выпускают одного габарита с рабочим объемом 3,2…12,5 см³.

Современные вентиляторы выполняют центробежными, диагональными или осевыми. На рис. 13 представлена схема и общий вид центробежного вентилятора. Принципиально этот агрегат не отличается от центробежного насоса. Аналогично насосу он имеет рабочее колесо с изогнутыми лопатками и спиральный отводной канал, собирающий воздух на выходе из колеса и направляющий его к потребителю. Работа центробежного вентилятора также происходит аналогично работе центробежного насоса. Отличия связаны с плотностью воздуха, которая почти в 1000 раз меньше плотности воды. Это позволяет при близких объёмных подачах выполнять конструкцию вентилятора сильно облегчённой, выполненной из тонких листов. Такая конструкция достаточна, чтобы выдерживать нагрузки от работы агрегата, перекачивающего среду с низкой плотностью. Вентиляторы для низких значений расходов и удельных работ обычно выполняют с упрощённо выполненными профилями рабочих органов и проточных каналов. При увеличенных значениях этих параметров к профилированию проточных частей вентиляторов подходят более обстоятельно, и их контуры становятся похожими на соответствующие контуры современных насосов и компрессорных машин. Современные центробежные вентиляторы обеспечивают расходы воздуха в диапазоне 1…50 м³/с при удельной работе 1…12Дж/кг. Указанные пределы удельной работы примерно соответствуют максимальному давлению на выходе из вентилятора 100…12000Па (10…1200мм.в.ст). Центробежные вентиляторы используются в системах кондиционирования воздуха, а также в качестве котельных нагнетателей (вентиляторов). В ДВС они могут использоваться для подачи воздуха через теплообменники системы охлаждения двигателей малой мощности, а также для обдува цилиндров двигателей с воздушным охлаждением.

Струйные аппараты – эжекторы и инжекторы занимают особое место среди насосов и вентиляторов. Они не имеют рабочих органов, но обеспечивают те же функции, что и обычные насосы и вентиляторы. При этом эжекторами обычно называют струйные аппараты для удаления жидкостей из рассматриваемых объёмов, а инжекторами называют аппараты, предназначенные для подачи жидкостей в соответствующие объёмы. Эти два типа струйных аппаратов не имеют различий в принципиальных схемах, но могут различаться характерными размерами и их соотношениями.

Струйными аппаратами называются устройства, в ко­торых передача энергии от одного потока к другому происходит в процессе их смешения. Струйный аппарат (рис 15) состоит из приемной камеры 1, рабочего сопла 2, входного 3 и цилиндрического 4 участков камеры смешения, диффузора 5 (рис. 15). Принцип действия струйного аппарата заключается в непосредственной передаче энергии от одной среды, обладающей большим запасом энергии и называемой рабочей средой, к другой среде, обладающей меньшим запасом энергии и называемой перемещаемой средой, в процессе их сме­шения в камере специальной формы. В качестве рабочей среды в струйных аппаратах применяют жидкость, пар и газ. Перемещаемой средой являются жидкость, газ, сыпучее твердое тело (зола, песок и др.), смесь жидкости и твердого тела.

В струйном аппарате рабочая среда подаётся через сопло 1 в камеру смешения (поз. 3,4) с большой скоростью. Перекачиваемая среда поступает в камеру смешения через приёмный патрубок. В камере смешения рабочая среда смешивается с на­ходящейся там перемещаемой средой и увлекает ее в диффузор 5. В диффузоре скорость потока уменьшается, и кинетическая энергия потока преобразуется в потенциальную энергию давления. Из диффузора выходит смесь рабочей и перекачиваемой сред, которая и подаётся в приёмный резервуар. Рабочая среда из сопла 2 поступает в камеру смешения, запол­ненную перемещаемой средой, и в объёме рабочей среды возникает интенсивная турбулентность. Частицы рабо­чей среды из струи проникают в окружающую перемещаемую среду, увлекают ее и сообщают ей энергию. Количество среды в струе увеличивается по мере удаления от сопла из-за непрерыв­ного вовлечения перемещаемой среды. Диаметр струи возрастает и на некотором расстоянии от сопла в сечении 3 – 3 пограничный слой касается стенки камеры смешения. Вовлечение новых ча­стиц перемещаемой среды в пограничный слой прекращается, и за сечением 3 – 3 происходит только выравнивание скоростей.

В начале камеры смешения, в районе среза сопла, создается область пониженного давления (разрежение). Разрежение на срезе сопла связано с высокой скоростью струи в месте сужения сопла. Падение давления обеспечивается в соответствии с законом сохранения энергии, согласно которому с увеличением скорости струи давление в ней падает и наоборот. Благодаря возникновению области пониженного давления перемещаемый поток непрерывно поступает в аппарат из приемного трубопровода. Из аппарата смешанный поток двух сред подается с по­стоянной скоростью в напорный трубопровод.

Струйные аппараты можно разделить:

– по состоянию взаимодействующих сред на равнофазные (газо-газовые и др.), разнофазные (газожидкостные и др.) и с изменяющейся фазностью одной из сред (пароводяные инжек­торы);

– по свойствам взаимодействующих сред на аппараты со сжимаемыми средами (газо-газовые, парогазовые и др.), несжимаемыми (жидкостно-жидкостные) и сжимаемо-несжимаемыми сре­дами (газожидкостные и т. д.);

– по направлению перемещаемой среды на эжекторы, откачивающие среду, и инжекторы, подающие среду в какой-нибудь резервуар.

Струйные аппараты, в которых рабочей и перемещаемой сре­дой является жидкость, называются также струйными насосами. Конструкция водоструйного эжектора приведена на рис. 16.

Струй­ные аппараты не имеют движущихся частей и поэтому отличаются простотой конструкции, надежностью действия, малыми массой и габаритами. Основным их недостатком является низкий КПД (0,2…0,36). На судах с паровыми двигателями струйные аппараты применяют для удаления воз­духа из конденсаторов (паровоздушные эжекторы), а также для подачи питательной воды в паро­генератор (пароводяные инжекторы). Эжекторы применяют на различных судах для удаления воды из затоп­ленных трюмов (струйные насосы или водо-водяные эжекторы). Эжекторы также применяются для перемещения (для выгрузки из боксов, трюмов и др.) всякого рода смешанных сред. Смесь образуется из рабочей среды и перекачиваемого вещества. Например, это могут быть смеси с воздухом зерна, стружки, золы, шлака, т.п.

Рис. 15. Схема струйного аппарата.

Рис. 16. Водоструйный эжектор: 1 – приёмный патрубок; 2 – сопло; 3 – камера смешения; 4 – диффузор.

Гидравлические передачи состоят из насоса, гидравлического двигателя и охладителя гидравлической жидкости. Насосы и двигатели здесь могут быть как объёмного, так и динамического (лопаточного типа) В последнем случае гидропередача называется гидродинамической.

Гидропередачи с объёмными агрегатами используются для передачи сравнительно небольших мощностей в системах управления, манипуляторах, технологических цепях и т.п. На судах это могут быть рулевые машины, механизмы люковых закрытий, механизмы управления двигателями и др. В качестве насосов и двигателей таких передач могут быть использованы роторно-поршневые агрегаты, которые рассматривались выше. Кроме них в этом качестве могут быть использованы практически любые объёмные агрегаты, но при этом у них будут разные КПД, ресурсы, а некоторые из них при трансформации в двигатели потребуют определённых доработок. В частности, поршневые насосы могут работать с самодействующими клапанами, а поршневые гидравлические двигатели должны иметь только управляемые клапаны.

Гидродинамические передачи создаются на основе центробежных насосов и центростремительных гидравлических турбин. Гидравлические передачи подразделяются на гидравлические муф­ты (гидромуфты) и гидравлические трансформаторы (гидротрансфор­маторы). Первые выполняют только функцию механизма сцепления, а вторые — редуктора.

Гидравлическая муфта (рис. 17) представляет собой конструкцию, в которой центробежный насос и турбина установлены на наименьшем расстоянии друг от друга. Проточная часть турбины является продолжением проточной части насоса. При работе двигателя энергия от ведущего вала 1 передается на закрепленное на нем рабочее колесо насоса 3 с лопатками. Насосное колесо закручивает жидкость, преобразуя энергию двигателя в кинетическую энергию потока жидкости. Эту энергию жидкость передает на лопатки турбинного колеса 6, заставляя его вращаться. Вместе турбинным колесом вращается ведомый вал 9, который связан с гребным валом. Направление движения жидкости в гидромуфте показано стрелками.

Для предотвращения протекания жидкости через зазор между насосным и турбинным колесами предусмотрена чаша 5, которая соединена с насосным колесом и охватывает турбинное колесо. Оба колеса центрируются в подшипниках 11. Рабочая жидкость подается питательным насосом через отверстие 8 и сливается через отверстие 7. Для отвода тепла, образующегося от трения жидкости о стенки муфты, а также от трения частиц самой жидкости, в чаше предусмотрено отверстие 4, через которое определенная часть жидкости постоянно вытекает и сливается в кожух 12. Отсюда жидкость направляется в хо­лодильник и затем после фильтрации подается питательным насосом обратно в муфту.

Возникающие при работе муфты осевые усилия передаются упорным подшипникам через гребни 2 и 10. Частоты вращения насосного и турбинного колес не равны. Часто­та вращения турбинного колеса за счет скольжения на 2—3% меньше чем частота вращения насосного колеса. Коэффициент полезного дей­ствия гидромуфты 97—98%.