Основы конструкции и принцип действия многопластинчатых насосов двукратного действия

Односторонняя нагрузку ротора многопластинчатых насосов однократного действия силами давления жидкости ограничивает значение этого давления в гидромашине док 4÷6,3 МПа, что, в свою очередь, определяет подавляющее применение насосов однократного действия в качестве вспомогательных (насосов подпиток, бустерных и др.).

В многопластинчатых насосах двукратного действия радиальные силы давления рабочей жидкости на ротор уравновешиваются, как встречно направленные, потому эти гидромашины используются при давлениях преимущественно до 14÷20 МПа.

Распространенные в гидросистемах многопластинчатые насосы двукратного действия (и реже - четырехкратного) в силу конструктивных особенностей не могут быть регулируемыми, но по сравнению с насосами однократного действия, при прочих равных условиях, имеют больший рабочий объем.

В большинстве конструкций многопластинчатых насосов двукратного действия надежный контакт пластин 2 с внутренней поверхностью статора 3 обеспечивается центробежными силами и силами давления рабочей жидкости, которая для этого подводится в кольцевую канавку 4 из полости нагнетания насоса (рис. 7.8). Рабочие камеры насоса, как и в выше рассмотренных конструкциях, образуются двумя смежными пластинами 2, внутренней поверхностью статора 3 и внешней поверхностью ротора 1, а также внутренними поверхностями двух торцевых распределительных дисков. Распределение жидкости обеспечивается окнами питания , , и с центральными углами охвата , причем в соответствии со схемой (рис. 7.8) окна и соединенные с полостью всасывания, а окна и - с полостью нагнетания. Пространство с центральным углом охвата на торцевых распределительных дисках между окнами питания используется в качестве герметизирующих перевальных перемычек. Внутренний профиль статора 3 в пределах перевальных перемычек (угла ) является дугами кругов, описанных из центра ротора 1, радиусом - между окнами питания и та и , радиусом - между окнами питания и та и . Участки профиля статора 3, которые приходятся на окна питания , , и (в пределах углов ), выполнены кривыми, которые плавно сообщаются с дугами кругов.

Рис. 7.8. Принципиальная схема многопластинчатого насоса двукратного действия

Такое конструктивное выполнение элементов многопластинчатого насоса двукратного действия обеспечивает при вращении ротора 1 увеличение объема одних рабочих камер, который используется для всасывания рабочей жидкости, и уменьшения объема других рабочих камер, который используется для вытеснения рабочей жидкости в полость нагнетания. Так, например, при вращении ротора 1 в указанном направлении (против часовой стрелки - рис. 7.8) площадь поперечного сечения рабочей камеры увеличивается, а площадь поперечного сечения рабочей камеры уменьшается, что при постоянной ширине ротора приводит к таким же изменениям объемов этих рабочих камер.

За один оборот ротора 1 в каждой рабочей камере насоса происходит два циклы всасывания и два циклы нагнетания рабочей жидкости, что и относит данный многопластинчатый насос к гидромашинам двукратного действия.

Наличие двух, диаметрально противоположно расположенных, полостей всасывания и нагнетания разгружает ротор и подшипники насоса двукратного действия от действия сил давления рабочей жидкости, которые взаимно уравновешиваются. Для полной разгрузки ротора от действия указанных сил число рабочих камер в насосе, которое равняется числу пластин, должно быть четным (распространены насосы с 12 и 16 пластинами).

В насосах двукратного действия устраняется возможность компрессии жидкости при проходе рабочими камерами перевальных перемычек и уменьшается колебание подачи насоса за счет выполнения соответствующих перевальным перемычкам участков внутреннего профиля статора дугами кругов с центром, который является центром ротора. Также благодаря концентричности межоконных участков профиля статора и образующей ротора не происходит перемещение на этих отрезках односторонне нагруженных пластин в пазах ротора, что уменьшает их трение и продолжает срок службы.

Пазы (прорезы) в роторах многопластинчатых насосов двукратного действия обычно выполняют, а пластины - соответственно располагают, наклонно, под углом к радиальным осям ротора (рис. 7.8, 7.9, а, 7.10), и реже – радиально (рис. 7.9, б). Величину наклона пазов ротора рассчитывают, исходя из максимального приближения направления действий результирующей силы реакции статора к продольной оси пластины (уменьшение значения угла давления), что делает невозможным заклинивание пластин в прорезах и уменьшает силы трения, то есть улучшает условия их возвратно-поступательного движения [21]. Однако наклонное расположение пластин в пазах ротора исключает возможность реверса насоса, что и объясняет строго радиальное выполнение прорезов в роторах реверсивных пластинчатых гидромашин (насосов и гидромоторов).

а) б)

Рис. 7.9. Схемы многопластинчатых насосов двукратного действия с наклонным (а) и радиальным (б) расположением пластин: 1- ротор; 2 – пластины; 3 статор; 4 – кольцевая канавка

Значения угла наклона пластин определяют по уравнению [21]

,

однако его завышение может приводить к вибрации пластин и повышенного шума при работе гидромашины.

Наиболее распространенной является конструкция двенадцатипластинчатого насоса двукратного действия, в крышке 1 и корпусе 4 которого устанавливается рабочий комплект, который состоит из статора 2, ротора 3 с пластинами 10, диска с шейкой 5 и плоского диска 15 (рис. 7.10). Рабочий комплект скрепляется двумя винтами 11. Ротор 3, который монтируется на шлицы вала 12, имеет двенадцать пазов, в каждом из которых установлена пластина 10.

Плоский диск 15 имеет два открытых окна е для всасывания рабочей жидкости, диск с шейкой 5 – два открытых окна в для нагнетания жидкости и два окна б для ее всасывания.

Рис. 7.10. Двенадцатипластинчатый насос двукратного действия

Насос выполнен с двусторонним подводом рабочей жидкости, для чего в статоре 2 выполнены отверстия г, через которые рабочая жидкость попадает в окна б диска с шейкой 5. В крышке 1 выполнено всасывающее отверстие и, в корпусе 4 – нагнетательное отверстие а.

Кольца уплотнителей 6, 7, 14 и манжеты 9 изготовленные из маслостойкой резины.

Насос работает следующим образом. Шлицевый вал 12 приводит во вращение ротор 3. Пластины 10, которые размещенны в пазах ротора 3, в момент пуска под действием центробежных сил и сил давления рабочей жидкости прижимаются к внутренней поверхности статора 2. Каждая пластина 10 перемещается в пазу ротора 3 в соответствии с профилем внутренней поверхности статора 2. Каждая из камер д между пластинами 10, ротором 3 и статором 2 во время соединения с окнами всасывания е и б соответственно дисков 5 и 15 увеличивает свой объем и заполняется рабочей жидкостью, а во время соединения с окнами нагнетания у диска с шейкой 5 уменьшает свой объем и вытесняет жидкость. За одно вращение ротора 3 каждая камера д два разы проводит всасывание и нагнетание рабочей жидкости.

Насос имеет диаметрально противоположное подведение и отведение рабочей жидкости, поэтому нагрузка на ротор 3 от давления со стороны полостей нагнетания уравновешенно и вал 12 передает только крутящий момент.

Перед пуском насоса рабочий комплект прижимается к крышке 1 пружиной 13, а в процессе работы – дополнительно силой давления рабочей жидкости.