ВОПРОС 4. НАСОСЫ РОТОРНЫЕ

Роторный насос — это объемный насос, в котором вытеснение жидкости происходит из перемещаемых рабочих камер в результате вращательного или вращательно-поступательного движения вытеснителей.

Особый характер процесса вытеснения жидкости в роторных насосах и перенос рабочих камер с жидкостью из полости всасывания в полость нагне­тания делает излишними всасывающий и напорный клапаны. Отсутствие всасывающих и напорных клапанов в роторных насосах является основной их конструктивной особенностью, которая отличает этот класс насосов от класса поршневых насосов.

Роторные насосы являются обратимыми. Обычно состоят из следующих основных частей: статора (неподвижного корпуса), ротора, жестко связан­ного с валом насоса, и вытеснителя (одного или нескольких).

Рассмотрим классификационную схему роторных насосов (рис. 5). По характеру движения вытеснителей класс роторных насосов делится на два подкласса: роторно-вращательные и роторно-поступательные.

Рис.5.Классификационная схема роторных насосов

Как показывают названия, в первом подклассе вытеснители совершают лишь вращательное движение, а во втором — одновременно с вращатель­ным еще и возвратно-поступательное движение относительно ротора.

Роторно-вращательные насосы делятся на зубчатые и винтовые. В пер­вом ротор и вытеснитель имеют форму зубчатых колес, а жидкость в насосе перемещается в плоскости их вращения. В винтовых насосах ротор имеет форму винта, а жидкость в нем перемещается вдоль оси его вращения.

Основной разновидностью зубчатых насосов являются насосы шестеренные.

Роторно-поступательные насосы делятся на шиберные (в основном пластинчатые) и роторно-поршневые насосы. Различие между ними за­ключается не только в форме вытеснителя (пластин и поршней) и характе­ре движения жидкости в насосе, но и в способе ограничения (образования рабочих камер).

Роторно-поршневые насосы по расположению рабочих камер делятся на радиальные и аксиальные.

Шестеренный насос — это зубчатый насос с рабочими органами в виде шес­терен, обеспечивающих передачу момента с ведущего звена на ведомое. Раз­личают шестеренные насосы с внешним и внутренним зацеплением.

На рис. 6 изображен насос с внешним зацеплением. При вращении шестерен 3 на стороне всасывания создается разрежение и жидкость под атмосферным давлением заполняет впадины между зубьями шестерен, перемещаясь в сторону нагнетания, где зубья одной шестерни входят во впадины другой и вытесняют перекачиваемую жидкость в нагнетатель­ный патрубок.

Рис. 6. Шестеренный насос:

1-крышка; 2-корпус; 3-шестерни.

В зависимости от свойств перекачиваемой жидкости проточная часть корпуса 2и шестеренные роторы могут быть изготовлены из чугуна и стали или из бронзы и стали. С торцов насос закрывается крышками 1.

Насосы с малым модулем зубчатого зацепления могут хорошо работать на Маловязких жидкостях и плохо перекачивают густые и вязкопластичные среды. Существенным недостатком шестеренных насосов является неравномер­ность подачи, которая зависит от числа зубьев шестерен. К недостаткам шес­теренных насосов относятся также повышенные значения утечек, связанных с обратным перепуском перемещаемой среды из зоны нагнетания в зону всасывания через зазоры между шестернями и корпусом, шестернями и крышками.

Винтовые насосы в отличие от других объемных насосов обладают рядом преимуществ: создают высокое давление, имеют значительную высоту вса­сывания и малое перемешивание перемещаемой жидкости, конструктивно просты, компактны, не имеют клапанов и сложных проходов, что обуслав­ливает низкие потери энергии в местных сопротивлениях, они легче порш­невых в 5... 10 раз.

Одновинтовой насос (рис. 7) состоит из корпуса, снабженного всасыва­ющим 4и нагнетательным 1 патрубками, резинового статора — обоймы 2и винтового ротора 3.Вращение ротору передается от приводного вала с помо­щью карданного вала 6с шарнирами 7, закрепленных в кронштейне 5.На­сос работает по принципу замыкания и последующего вытеснения объемов среды из полостей, образованных винтом ротора и обоймой.

Рис. 7. Одновинтовой насос:

1-нагнетенный патрубок; 2-обойма; 3-винтовой ротор; 4-всасывающий патрубок; 5-кронштейн; 6-карданный вал; 7-шарниры.

Профилированная внутренняя поверхность обоймы выполнена в виде двухзаходного винта с шагом, в два раза превышающим шаг однозаходного винта — ротора. При наличии эксцентриситета между неподвижной обой­мой и винтом — ротором, когда первая на стороне всасывания, полость уве­личивается в объеме, давление в ней понижается до величины, меньшей давления в приемной части насоса. За счет разности давлений полость за­полняется перемещаемой средой. Дальнейшее вращение винта обеспечивает замыкание полости, и среда перемещается к нагнетательной части обоймы в результате вытеснения ее винтом (за один оборот винта перемещение равно одному шагу обоймы). При постоянной частоте вращения винта подача насо­са строго постоянна.

Для перекачки вязкопластичных технологи­ческих сред широко применяют пластинчатый (эксцентриковолопастный) насос (рис. 8). Ос­новными частями простейшего пластинчатого на­соса однократного действия являются: вращаю­щийся ротор 2, помещенный с эксцентриситетом в неподвижном кольце статора 5. Кольцо статора за­прессовано в корпус 1 и имеет загрузочную горло­вину 3. В пазах ротора находятся пластины 4, спо­собные при вращении перемещаться радиально. Их наружные концы скользят по окружности ста­тора. Пазы для пластины имеют наклон в сторону вращения ротора для предотвращения заклинива­ния пластин. Насосы такого типа используются при давлениях 10...12МПа.

Ограниченность давления обусловлена кон­тактными нагрузками между пластинами и статором, а также односторонней нагрузкой ротора силами давления со стороны полости, находящейся под давлением. Полной уравновешенности ротора уда­ется достигнуть в пластинчатых насосах двойного действия (рис. 9).

Статорное кольцо и ротор прикрыты с обеих сторон крышками, в которых профрезерованы ду­гообразные окна А, В, С,D. По мере поворота ро­тора в зонах окон Ви Впространство между дву­мя соседними пластинами увеличивается, образуется вакуум и происходит процесс всасыва­ния. В зонах окон А и С объем между пластинами уменьшается и происходит процесс нагнетания. В результате перекрестного размещения областей Ви Внизкого давления и областей А и С высокого давления ротор и, следовательно, подшипники разгружены от действия радиальных сил.

В радиально-поршневом насосе (рис. 10) поршни 1, вращаясь вместе с блоком цилиндров 2,участвуют одновременно в возвратно-поступательном движении в ради­альном направлении, т. к. они опираются на кольцевую направляющую по­верхность статора 3,размещенную с эксцентриситетом еотносительно оси вращающейся части насоса (ротора). Оси поршней перпендикулярны оси вращения ротора или составляют с ней углы более 45°.

Поршни выдвигаются из цилиндров центробежными силами и действием давления жидкости, подаваемой из напорной линии насоса в тыльную часть поршней. Для уменьшения напряжений в месте контакта поршней со стато­ром площадь поверхности поршней стремятся сделать меньше, а их число больше. Одновременно это содействует выравниванию подачи и уменьше­нию радиальных габаритных размеров.

Роторные аксиально-поршневые насосы — насо­сы, у которых рабочие камеры вращаются относи­тельно оси ротора, а оси поршней или плунжеров па­раллельны оси вращения или составляют с ней угол меньше 45°. Насосы и гидродвигатели с аксиальным или близким к аксиальному расположением цилиндров являются наиболее распространенными в гидравли­ческих системах. По числу разновидностей конструк­тивного исполнения они во много раз превосходят прочие типы гидромашин. Они обладают наилучши­ми габаритными и весовыми характеристиками, от­личаются компактностью, высоким КПД, пригодны для работы при высоких частотах вращения и давле­ниях, обладают сравнительно малой инерционнос­тью, а так же просты по конструкции.

На рис. 11 изображена схема аксиально-поршневого насоса с наклон­ной шайбой. Оси цилиндров 1 расположены в нем параллельно оси враще­ния блока 2. Цилиндры с помощью пружин прижимаются к наклонной шайбе (диску) 3.

Поскольку цилиндровый блок 2 у рассматриваемого насоса вращается, упрощается распределение жидкости, которое обычно выполняется через серпообразные окна а и в в распределительном золотнике 4. При работе на­соса торец цилиндрового блока скользит по поверхности распределительно­го золотника. При этом цилиндры попеременно соединяются с окнами а и в золотника и через них — с зонами всасывания и нагнетания.

К объемным насосам специального назначения могут быть отнесены шланговые насосы и водокольцевой вакуум-насос.

Рабочим органом шлангового насоса (рис. 12) является установленный на специальном профилированном корпусе 1 шланг из эластичного материа­ла (например, резины или пластмассы) 2. Шланг периодически сжимается обкатываемым роликом 4, и перекачиваемая среда, которой заполнен внут­ренний его объем, выжимается.

Рис. 11. Схема аксиально-поршневого насоса:

1 — цилиндр; 2 — цилиндровый блок; 3 — шайба (диск); 4 — распределительный золотник; а и б — серпообразные окна

Для надежной и непрерывной подачи среды по шлангу и предупреждения воз­врата вытесняемой среды установлено три ролика, закрепленных в держателе 3. При вращении обоймы с роликами происходит последовательное сжатие шланга и вытеснение среды роликами. За один оборот вала держателя вытесня­ется три дозы жидкости. Концы шланга закрепляются в корпусе или в специаль­ных зажимах, к которым присоединя­ются трубопроводы. Во избежание быст­рого износа шланг и профильную поверхность корпуса смазывают сили­коновым составом или непрерывно сма­чивают водой.

Шланговый насос обеспечивает импульсную объемную подачу, которая зависит от частоты вращения вала с держателями роликов и диаметра шлан­га, а также количества шлангов, расположенных параллельно друг другу в корпусе насоса.

Вакуумные насосы (вакуум-насосы) предназначены для откачки воздуха из всасывающих линий центробежных насосов при заливе их водой перед пуском, а также тогда, когда требуется удалить воздух из системы и создать вакуум. На­ибольшее распространение получили водокольцевые вакуум-насосы, (рис. 13). На валу насоса закреплено колесо с радиальными лопатками 6, расположенное эксцентрично по отношению к цилиндрической камере корпуса 5. Возле ступицы колеса имеются два серповидных выреза а и в, соединенных со­ответственно с напорным 3 и всасывающим 4 патрубками насоса.

Если перед пуском насоса в его корпус 5 залить воду, то при вращении ра­бочего колеса 6 образуется водяное кольцо 1, расположенное концентрично по отношению к камере насоса и эксцентрично по отношению к колесу 6.

Между ступицей колеса, лопатками и внутренней гранью водяного кольца образуются полости, объем которых за первую половину оборота колеса, т. е. до вертикального диаметра, увеличивается. При увеличении объема полостей в них водокольцевого возникает разрежение и через серповидное отверстие (подводящее секторное отверстие 7) начинает поступать воздух.

При дальнейшем вращении колеса объем полости уменьшается, воздух сжи­мается и при достижении очередной полостью выходного серповидного отверс­тия а (нагнетательного отверстия 2) под действием избыточного давления вы­талкивается через напорный патрубок в атмосферу (или в трубопровод). Если всасывающий патрубок вакуум-насоса соединить с герметичной полостью, то в ней вследствие постоянного отсоса воздуха возникает вакуум.

В целях предотвращения перегрева воды в водяном кольце к вакуум-на­сосу подводят свежую воду, которая, непрерывно поступая в насос, замеща­ет нагревшуюся.

Величина создаваемого насосом разряжения (вакуума) не может быть больше давления насыщенных паров поступающей в насос воды, поэтому понижение температуры воды ведет к повышению величины разрежения.