РОТОРНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫЕ НАСОСЫ

В эту группу входят роторно-поршневые с рабочими органами в виде поршней или плунжеров и шиберные насосы с рабочими органами в виде пластин (пластинчатый насос) или шиберов фигурного профиля (фигурно-шиберный насос).

Роторно-поршневые насосы бывают двух видов — аксиально-поршневые и радиально-поршневые.

В аксиально-поршневом насосе ось вращения ротора параллельна осям рабочих органов или составляет с ними угол, не превышающий 45°. Различают насосы с наклонным блоком (рис. 10.5, а) и с наклонным диском (рис. 10.5, б).Насос первого вида состоит из многоцилиндрового блока (барабана) 1, поршни 2 которого связаны при помощи шатунов 3 с наклонным диском 4, выполняющим роль кривошипа возвратно-поступательного насоса. По углу g наклона диска определяется длина хода поршней в цилиндрах, а следовательно, и рабочий объем насоса:

q = zFО_лsin g,

где z — число поршней; F — площадь поршня; D_д — диаметр окружности заделки шатунов в диске.

Силовая и кинематическая связь цилиндрового блока с приводным валом осуществляется различными средствами. Наиболее распространена связь с помощью двойного карданного сочленения, обеспечивающего приближенное равенство угловых скоростей блока и вала.

В насосах второго типа ведущее звено и ротор расположены на одной оси. Поршни (плунжеры) опираются непосредственно на наклонный диск через сферические головки (рис. 10.5, б) или гидростатические башмаки, скользящие по диску.

В обеих схемах применяется торцовое распределение жидкости через серпообразные окна а и b в золотнике 5 (рис. 10.5, а, в) и отверстия 6 в донышках цилиндров блока, При работе насоса торец цилиндрового блока скользит по поверхности золотника, цилиндры попеременно соединяются с окнами а и b золотника и через них — с подводящей и отводящей магистралями. Существуют также сферические золотники, допускающие некоторую несоосность скользящих поверхностей. В нейтральных положениях цилиндров отверстия 6 в донышках цилиндров перекрываются перемычками, ширина s которых несколько превышает размер отверстий t.

Наиболее распространенное число цилиндров равно 7—9, диаметры цилиндров — 10—50 мм, а рабочие объемы — 5— 1000 см³. Обычная частота вращения вала насосов средней мощности составляет 1—2 тыс. об/мин, а в отдельных машинах — до 30 тыс. об/мин. ГОСТ 17699—72 определены основные параметры нерегулируемых аксиально-поршневых насосов, рассчитанных на давление до 16 МПа. Существуют насосы, предназначенные для более высоких давлений — до 55 МПа. Мощность некоторых насосов достигает 3,5 МВт при подаче свыше 500 м³/ч. Коэффициент подачи у большинства насосов достигает 0,97—0,98, а общий к. п. д. —0,95 [2].

Схема радиально-поршневого насоса представлена на рис. 10.5, г. Цилиндровый блок (ротор) 1 имеет несколько (до девяти) радиальных цилиндров 2. Поршни 3, входящие в эти цилиндры, наружными концами упираются во внутреннюю поверхность статора 4 или вставленного в него кольца, увлекаемого во вращение силами трения. Ротор установлен в корпусе эксцентрично. На оси ротора имеются полости 6 и 7, разделенные перегородкой 5. При вращении ротора поршни, скользящие по дуге ab, отодвигаются от центра ротора и всасывают жидкость из полости 6. При движении поршней по дуге bа жидкость выталкивается в полость 7 и далее к нагнетательному патрубку насоса.

Для увеличения подачи насоса цилиндры располагают в несколько (до шести) рядов. Эксцентриситет регулируют смещением барабана вручную или при помощи электромагнитной или гидравлической системы. Эти насосы более громоздки, чем аксиально-поршневые, имеют более высокие моменты инерции вращающихся частей, поэтому они более тихоходны, вследствие чего их применение предпочтительно при значительных крутящих моментах и малых частотах вращения вала (до 5 об/мин и ниже). Насосы с описанным цапфовым распределением обычно рассчитаны на давления до 25 МПа.

Существуют также аксиально-поршневые и радиально-поршневые насосы с неподвижными цилиндрами и клапанным и клапанно-щелевым[1]распределением, приводимые в движение наклонным диском или эксцентриком и рассчитанные на давления до 100 МПа. Эти насосы необратимого действия.

Шиберный насос состоит из цилиндрического статора с подводящим и отводящим патрубками и эксцентрично, как в радиально-поршневом насосе, расположенного ротора, в котором имеются радиальные пазы с находящимися в них шиберами — пластинами, роликами или фигурными шиберами (рис. 10.6, а, б, в, г). Эти элементы легко перемещаются в пазах, прижимаясь к статору силой инерции, пружинами или давлением жидкости, подводимой изнутри. При вращении ротора шиберы поочередно отсекают порцию жидкости в рабочих камерах между ними и вытесняют ее в выходную камеру.

Подвод и отвод жидкости осуществлен так, чтобы в замкнутой камере не происходило сжатия жидкости (см. рис. 10.6, б). Цилиндрические ролики ставят вместо пластин для уменьшения трения.

Для перекачивания вязких жидкостей служит насос, замыкателем которого является шибер, прижимаемый к овальному ротору под действием перепада давления жидкости Ар (рис. 10.6, д).

В шиберном насосе двукратного действия (рис. 10.6, е)ротор и статор расположены соосно, но контур полости в статоре профилирован и имеются две пары окон — входных А и выходных Б. Поскольку рабочие камеры расположены диаметрально, то радиальные силы, действующие на ротор, уравновешены, а подшипники ротора разгружены.

Рабочий объем шиберного насоса определим, рассматривая площадь поперечного сечения M–M,через которое со скоростью w(R+r)/2 проходят жидкость и пластины. Суммарный объем жидкости и пластин за один оборот насоса

,

где b — длина пластины; w — угловая скорость вала. Из этого объема вычтем объем пластин

q_пл=(R-r)bsz,

где s и z — толщина и число пластин.

Тогда рабочий объем

Q=q_сум-q_пл=b(R-r) [p(R+r)-sz].

В насосе двукратного действия рабочий объем в два раза больше найденного.

Основные параметры всех шиберных насосов определены ГОСТ 14058—68, а пластинчатых насосов — ГОСТ 13167—73 (на давление 6,2 МПа) и ГОСТ 21111—75 (на 16 МПа). Частота вращения вала этих насосов равна 500—3000 об/мин, к. п. д. пластинчатого насоса средней мощности 0,85 [2 ].

[1] Со всасыванием жидкости через бесклапанные окна (щели) в стенках цилиндра. Подробнее см. [2, с. 168, 265]