Пластинчасті насоси й гідромотори

Гідронасос, в якому робоча рідина переміщається в результаті обертання й одночасного переміщення в пазах ротора пластинок, називається пластинчастим насосом.

Пластинчасті насоси й гідромотори так само, як і шестеренні, прості за конструкцією, компактні, надійні в експлуатації й порівняно довговічні. У таких машинах робочі камери утворені поверхнями статора, ротора, торцевих розподільних дисків і двома сусідніми пластинами. Ці пластини також називають лопатками, шиберами.

Пластинчасті насоси можуть бути одно-, дво- і багатократної дії. У насосах однократної дії одному оберту вала відповідає одне всмоктування й одне нагнітання, у насосах двократної дії – два всмоктування та два нагнітання.

Схема насоса однократної дії наведена на рисунку 3.6. Насос складається з ротора 1, установленого на привідному валу 2, опори якого розміщені в корпусі насоса. У роторі є радіальні або розташовані під кутом до радіуса пази, у котрі вставлені пластини 3. Статор 4 відносно ротора розташований з ексцентриситетом е. До торців статора й ротора з малим зазором (0,02–0,03 мм) прилягають торцеві розподільні диски 5 із серпоподібними вікнами. Вікно 6 каналами в корпусі насоса з’єднано з гідролінією всмоктування 7, а вікно 8 – з напірною гідролінією 9. Між вікнами є ущільнювальні перемички 10, що забезпечують герметизацію зон усмоктування й нагнітання. Центральний кут, утворений цими перемичками, більший від кута між двома сусідніми пластинами.

Рисунок 3.6 – Схема пластинчастого насоса однократної дії:

1 – ротор; 2 – привідний вал; 3 – пластини; 4 – статор;5 – розподільний диск;

6, 8 – вікна; 7 – гідролінія всмоктування; 9 – гідролінія нагнітання

При обертанні ротора пластини під дією відцентрової сили, пружин або під тиском рідини, яка підводиться під їхні торці, висуваються з пазів і притискаються до внутрішньої поверхні статора. Завдяки ексцентриситету об’єм робочих камер спочатку збільшується – відбувається всмоктування, а потім зменшується – відбувається нагнітання. Рідина з лінії всмоктування через вікна розподільних дисків спочатку надходить у робочі камери, а потім через інші вікна витісняється з них у напірну лінію.

При зміні ексцентриситету е змінюється подача насоса. Якщо е = 0 (ротор і статор розташовані співвісно), пластини не будуть робити зворотно-поступальних рухів, об’єм робочих камер не змінюватиметься і, отже, подача насоса буде дорівнювати нулю. При зміні ексцентриситету з +е на -е змінюється напрямок потоку робочої рідини (лінія 7 стає нагнітальною, а лінія 9 – всмоктувальною). Таким чином, пластинчасті насоси однократної дії в принципі регульовані й реверсовані.

Подачу пластинчастого насоса однократної дії визначають за формулою

, (3.11)

де b – ширина пластин;

е – ексцентриситет;

D – діаметр статора;

z – кількість платин;

S – товщина платин;

n – частота обертання ротора.

Кількість пластин z може бути від 2 до 12. Зі збільшенням кількості пластин подача насоса зменшується, але при цьому збільшується її рівномірність.

Рисунок 3.7 – Схема пластинчастого насоса двократної дії

У насосах подвійної дії (рисунок 3.7) ротор 1 і статор 2 співвісні. Ці насоси мають по дві симетрично розташовані порожнини всмоктування й порожнини нагнітання. Таке розміщення зон урівноважує сили, які діють із боку робочої рідини, і розвантажує привідний вал 2, що буде навантажений тільки крутним моментом. Для більшої врівноваженості кількість пластин 3 у насосах подвійної дії приймається парною. Торцеві розподільні диски 5 мають чотири вікна. Два вікна 6 каналами в корпусі насоса з’єднуються з гідролінією всмоктування 7, інші два 8 – з напірною гідролінією 9. Так само, як і в насосах однократної дії, між вікнами є ущільнювальні перемички 10. Для герметизації зон усмоктування й нагнітання повинна бути дотримана умова, за якої ε < β.

Профіль внутрішньої поверхні статора виконаний із дуг радіусами R₁ і R₂ із центром у точці О. Пази для пластин у роторі можуть мати радіальне розташування під кутом 7–15˚ до радіуса, що зменшує тертя й виключає заклинювання пластин. Насоси з радіальним розташуванням пластин можуть бути реверсивними.

Розглянемо ще раз будову та принцип роботи пластинчастого насоса подвійної дії на прикладі насоса Г12-2М. Основними деталями насоса є корпус із кришкою, привідний вал із підшипниками й робочий комплект (рисунок 3.8, а), що складається з розподільних дисків 1 і 7, статора 3, ротора 4 та пластин 5. Диски й статор, зафіксовані в кутовому положенні щодо корпусу штифтом 9, притискаються один до одного пружинами (не показані), а також тиском рідини в напірній лінії. При обертанні ротора 4, зв’язаного через шліцьове з’єднання із приводним валом, у напрямку, зазначеному стрілкою, пластини 5 відцентровою силою й тиском рідини, підведеної в отвори 11, притискаються до внутрішньої поверхні 10 статора 3, що має форму овалу, і, отже, роблять зворотно-поступальний рух у пазах ротора.

Під час руху пластин від точки А до точки В та від точки С до точки D об’єми камер, утворених двома сусідніми пластинами, внутрішньою поверхнею статора, зовнішньою поверхнею ротора й торцевих поверхонь дисків 1 і 7, збільшуються, й масло заповнює робочі камери через вікна 2 і 12 диска 1, зв’язані з усмоктувальною лінією. При русі в межах ділянок ВС та DА об’єми камер зменшуються, і масло витісняється в напірну лінію гідросистеми через вікна 6 та 8 диска 7. Оскільки зони нагнітання (ВС і DА) й усмоктування (АВ і CD) розташовані діаметрально щодо ротора, на нього не діють радіальні зусилля, що позитивно позначається на довговічності підшипників привідного вала.

a) 1, 7 – розподільні диски; 3 – статор; 4 – ротор; 5 – пластини; 6, 8 – вікна напірної порожнини; 2, 12 – вікна всмоктувальної порожнини; 9 – штифт; 10 – внутрішня поверхня статора; 11 – отвір

б) 1 – кришка; 2, 8 – підшипники; 3, 7 – диски; 4 – вікно; 5 – статор; 6 – ротор; 9 – фланець; 10 – манжети; 11 – привідний вал; 12 – пружина; 13 – камера під тиском; 14 – вікно всмоктування; 15 – корпус; 16 – пластини; 17 – отвір; 18 – штифт; 19 – вікно

Рисунок 3.8 – Робочий комплект (а) і конструкція (б) пластинчастого насоса подвійної дії Г12-2М

Конструкція насоса показана на рисунку 3.8, б. У розточеннях корпусу 15 і кришки 1 установлений робочий комплект (диски 3 та 7, статор 5, ротор 6, пластини 16). Ротор через шліцьове з’єднання пов’язаний із привідним валом 11, що опирається на шарикопідшипники 2 і 8. Зовнішні витоки або підсмоктування повітря по валу усуваються манжетами 10, установленими в розточенні фланця 9. Комплект стискується трьома пружинами 12 і тиском масла в камері 13. Вікна 4 диска 3 через отвори 17 статора з’єднані з глухими вікнами всмоктування 14 диска 7, завдяки чому масло з усмоктувальної лінії надходить у ротор із двох сторін, що полегшує умови всмоктування. У напірну лінію масло витісняється через вікна 19 диска 7. Повороту комплекта запобігає штифт 18 (або гвинти), що проходять через отвори в деталях 1, 3, 5, 7 і 15.

Подачу пластинчастого насоса подвійної дії визначають за формулою

, (3.12)

де b – ширина ротора;

R₁ і R₂ – радіуси дуг, що утворюють профіль внутрішньої поверхні статора;

t – товщина пластин;

z – кількість пластин;

α – кут нахилу пластин до радіуса.

Пластинчасті гідромотори можуть бути також одно, дво- і багатократної дії. Пластинчасті гідромотори від пластинчастих насосів відрізняються тим, що в їхню конструкцію включені пристрої, які забезпечують постійне притискання пластин до статорного кільця.

При підведенні до машини рідини на робочу поверхню пластин діє сила, що створює крутний момент на валу гідромотора, що для гідромоторів однократної дії обчислюється за формулою

, (3.13)

а для гідромоторів подвійної дії

. (3.14)

Гідромотори подвійної дії так само, як і насоси подвійної дії, нерегульовані.

Надійність та термін служби пластинчастих гідромашин залежать від матеріалу пластин і статорного кільця. Щоб уникнути відпуску матеріалу пластин через нагрівання від тертя по статорному кільцю, пластини виготовляють зі сталі з високою температурою відпуску. Статорне кільце цементується й гартується. Ротор виготовляють із загартованої хромистої сталі, а торцеві розподільні диски – із бронзи.