Роторные насосы

Роторными насосами называются гидравлические машины, работающие, как и поршневые насосы, по принципу вытеснения жидкости.

В роторных насосах отделение напорной линии от всасывающей происходит путем одновременного замыкания трех основных частей насоса: статора (неподвижной части), ротора и замыкателей или вытеснителей. При этом вытеснителями могут быть шестерни, винты, поршеньки, пластинки, которые, вращаясь вместе с валом или ротором, вытесняют жидкость, поступающую в насос, в нагнетательную линию. Роторные насосы не нуждаются в клапанах.

Благодаря поочередному и непрерывному следованию одного вытеснителя за другим подача роторного насоса отличается большой равномерностью. К основным преимуществам роторных насосов, кроме того, относятся: сравнительно небольшие габариты и вес, простота конструкции и изготовления, способность работать при больших числах оборотов, благодаря чему возможно непосредственное соединение с электродвигателем, малая зависимость давления от подачи. Эти насосы находят применение, в основном, для перекачки вязких жидкостей и используются в качестве масляных, топливных, перекачивающих насосов и насосов для различных систем управления и автоматики. По виду вытеснителей роторные насосы могут быть шестеренными, винтовыми или пластинчатыми.

Шестеренные насосы. Шестеренный насос состоит из двух находящихся в зацеплении шестерен, помещенных в плотно охва­тывающий их корпус (рис. 1.16.). Корпус имеет приемный А и на­гнетательный В патрубки; приемный патрубок расположен со сто­роны выхода зубьев шестерен из зацепления, а нагнетательный на стороне входа их в зацепление.

Принцип действия насоса за­ключается в засасывании жидкости в межзубовые впадины, освобождае­мые зубьями, выходящими из зацеп­ления, и в вытеснении этой жидкости зубьями, входящими в зацепление. Жидкость, попавшая во впадину со стороны всасывающей полости, пере­носится в камеру нагнетания. Про­цессы всасывания и нагнетания происходят непрерывно в течение полного оборота шестерен. Нахо­дящиеся в зацеплении зубья шестерен представляют собой под­вижное уплотнение, разделяющее полости всасывания и нагнета­ния. В шестеренных насосах применяют, главным образом, зубья с эвольвентным профилем, который нечувствителен к изменению расстояния между осями шестерен и прост в изготовлении.

Рисунок 1.16. Схема шестеренного насоса

С достаточной для практики точностью подачу насоса мож­но определить по формуле, м³/с:

(1.17)

где - диаметр начальной окружности шестерен, м; т - модуль зацепления, м; b — ширина шестерен, м; п - число оборотов шестерен в минуту; - объемный КПД, учитывающий утечки. Величина находится в пределах 0,7...0,9, численное зна­чение механического КПД находится в пределах 0,8...0,95. Шес­терни насоса обычно исполняют одинакового диаметра с числом зубьев 8... 12. Шестерни выполняют прямозубыми, косозубыми и шевронными. Насосы применяют для подач в пределах 0,25...40 м³/час и напоров до 2...3 МПа. Шестеренные насосы при­меняют в гидросистемах агрегатов для подземного ремонта и как топливные в депарафинизационных агрегатах.

Винтовые насосы. Винтовые насосы обычно выполняют с одним, двумя, тремя или пятью винтами, при этом один винт ведущий, а остальные - ведомые. Винты многовинтовых насосов помещают в плотно охватывающий их кожух. Всасывающую и нагнетательную камеры помещают со стороны торцов винтов (рис. 1.17.).

Рис. 1.17. Устройство винтового насоса:

1 - крышка корпуса; 2 - обойма роторов; 3 - ведомый ротор; 4 - нагнетательный патрубок; 5 - ведущий ротор; 6 - нажимная втулка уплотнительного сальника; 7 - корпус; 8 - опорная втулка ведущего ротора; 9 - ведомый ротор; 10- всасывающий патрубок; 11 и 13 - разгрузочные поршни ведомого ротора; 12 - разгрузочный поршень ведущего ротора.

При вращении винтов в раскрывающуюся впадину винтового канала, находящуюся во всасывающей полости, поступает жидкость. При дальнейшем вращении винтов эта впадина замыкается и жидкость, находящаяся в ней, переносится к нагнетательной полости, где впадина размыкается, и жидкость, находящаяся между входящими в зацепление винтами, проталкивается в нагнетательный трубопровод.

Винтовые насосы имеют ряд преимуществ перед шестерен­ными: меньше габариты и вес, бесшумность работы, отсутствие перебалтывания перекачиваемой жидкости, способность к перека­чиванию жидкостей с самой различной вязкостью, большое допус­тимое число оборотов. Наибольшее распространение имеют насо­сы трехвинтовые. Поверхность корпуса, в котором работают вин­ты, заливают баббитом.

Винты выполняют двухзаходными, а направление винтовой нарезки ведущего винта - противоположно ведомым. Передаточ­ное отношение между винтами равно единице. Развиваемый напор пропорционален длине винтов. Особенность винтовых насосов -возможность превращения их в гидравлические двигатели (турби­ны) путем подведения к ним жидкости под давлением. КПД винто­вых насосов достигает 80...90 %. Они применяются для подач в пределах 1,5...500 м7ч при напорах до 17,5 МПа и скоростях вра­щения до 10000 об/мин. Подачу двухвинтового насоса с достаточ­ной точностью можно подсчитать по приближенной формуле:

(1.18)

где D - внешний диаметр винта, м;

d - внутренний диаметр винта, м;

t - шаг винта, м;

п - скорость вращения винта, об/мин.

Одновинтовые насосы отличаются простотой конструкции и могут перекачивать загрязненные и вязкие жидкости.

Подача трехвинтового насоса приблизительно в 1,5 раза больше подачи двухвинтового.

Рабочим органом одновинтового насоса служат однозаход-ный винт и резиновая обойма, внутренняя полость которой пред­ставляет двухзаходную винтовую поверхность с шагом в 2 раза большим шага винта. При вращении винта между ним и обоймой образуются свободные полости, куда засасывается перекачиваемая жидкость, которая перемещается вдоль оси насоса к полости на­гнетания. При этом на всасывающей стороне создается вакуум, под действием которого жидкость всасывается в цилиндр.

Погружные одновинтовые насосы применяются в нефтяной промьппленности для откачки из скважин высоковязкой нефти.

Пластинчатые (ротационные) насосы. Эти насосы широко применяют для подачи масел в гидравлических системах машин.

Ротор этого насоса (рис. 1.18.) имеет радиальные прорези, в кото­рых расположены легко перемещающиеся рабочие лопатки в виде прямоугольных пластин.

Рис. 1.18. Схема пластинчатого насоса с эксцентрично расположенным ротором

При вращении ротора пластины прижимаются на­ружными торцами к внутрен­ней поверхности корпуса, по­очередно отсекая часть жидко­сти в пространстве между ло­патками и вытесняя ее в на­порный трубопровод.

Пластинки прижимаются к корпусу центробежной силой, пружинами или давлением жидкости, подводимой со сто­роны оси. Подача насоса опре­деляется формулой:

где R - радиус корпуса; е - эксцентриситет ротора; b - ширина лопатки вдоль оси; п - скорость вращения, об/мин; - объемный КПД насоса. Пластинчатые насосы выполняют для подач в пределах 0,3... 12 м³/ч, давлений до 7 МПа при скорости вращения до 1500 об/мин. Снабжая крышки корпуса продолговатыми отвер­стиями и ползунами, в процессе работы насоса можно изменять величину эксцентриситета. Тем самым можно изменять подачу насоса.