Шестерённые насосы.

Шестерённые насосы выполняются с шестернями внешнего (рисунок 4) и внутреннего зацепления, двух, трёх шестерёнными, одно, двух и многоступенчатыми. Наиболее распространённым являются двух шестеренный насос с шестернями внешнего зацепления. Давление этих насосов достигает 30 мПа, производительность до 1000 л/мин. Насосы отличаются большим сроком службы, который составляет не менее 5000 часов.

Число оборотов составляет 2200¸4000 в минуту. Объёмный кпд 0,95¸0,96. Общий кпд 0,87¸0,9.

1-корпус; 2-шестерня; 3-плавающая втулка; 4-неподвижная втулка; 5-пружин; 6-уплотнение.

Рисунок 4 - Конструкция шестерённого насоса.

При вращении шестерен жидкость, заключённая во впадинах зубьев, переносится в камеру нагнетания. Зубья а₁ и а₂ при вращении шестерён вытесняют больше жидкости, чем может поместиться в пространстве, освобождаемом зубьями в₁ и в₂, находящимися в зацеплении. В результате жидкость в количестве, равном разности объёмов описываемых этими двумя парами зубьев, вытесняется в нагнетательную камеру.

Для того чтобы смягчить гидравлический удар необходимо обеспечить постепенное заполнение рабочих камер жидкостью и сжатие её до величины рабочего давления до соединения камер с нагнетательной магистралью. Для этого на цилиндрической поверхности колодцев под шестерни со стороны полости нагнетания прорезают узкие (0,5¸0,6мм) щели, до того, как последняя соединится с полостью нагнетания.

Наиболее нагруженными узлами шестерённого насоса являются его подшипники, на которые действуют радиальные силы от давления жидкости на шестерни и механические силы.

Разгрузку валов от действия одностороннего радиального давления жидкости выполняют путём непересекающихся между собой радиальных сверлений в шестернях, которые обеспечивают равенство давлений в диаметрально - противоположных межзубовых впадин шестерен.

При вращении шестерён часть жидкости может быть запёрта во впадинах между зацепляющимися зубьями, которая вызовет дополнительную нагрузку на подшипнике, приведёт к нагреванию жидкости и к повышению шума. Запёртый объём обычно разгружается с помощью глухих канализационных канавок небольшой глубины, выполненных на боковых крышках насоса, через одну из которых запертый объём, уменьшающийся при вращении шестерен, соединяется с полостью нагнетателя, а увеличивающийся – с полостью всасывания.

Рабочий объём насоса определяется

где - диаметр начальной окружности шестерен;

m –модуль зацепления;

b – ширина шестерни;

z – число зубъев.

Расчётная подача насоса

Коэффициент пульсации

Шестерни в большинстве случаев выполняют совместно с валиками, однако, в некоторых случаях, отдельно, с соединением шестерён с валиками с помощью шпонок, шлицов, шарниров. Уплотнение выходных валиков обычно выполняют в виде двух стандартных уплотнительных узлов, пространство между которыми соединено с атмосферой или полостью всасывания насоса дренажным отверстием.

Для повышения давления или подачи жидкости применяются многошестерённые насосы (до 6 пар шестерен) путём последовательного или параллельного соединения в одном корпусе пар шестерён. Однако при этом уменьшается общий кпд. Используются так же многошестерённые насосы с тремя и более шестернями (до семи), размещёнными вокруг центральной ведущей шестерни. Для увеличения плавности работы насоса и уменьшения пульсации применяют шестерни с косым и шевронным зубом. Однако для косозубых шестерён необходимо, чтобы валики опирались своими торцами на упорные подшипники.

3.4 Винтовые насосы.

Увеличив угол наклона зубьев насоса с косозубыми шестернями, получим винтовой насос, который отличается надёжностью, компактностью и бесшумностью в работе, равномерной подачей жидкости. Винтовые насосы можно рассматривать как машины с косозубыми шестернями, число зубьев которых уменьшается до числа заходов винтовой нарезки. Эти машины могут работать и в режиме гидромотора. Винтовой насос (рисунок 5) представляет одну или несколько пар зацепляющихся винтов, плотно насажанных в расточку корпуса.

Рисунок 5 – Конструктивная схема двухвинтового насоса.

Часть впадин между витками нарезки, открытых для данного положения зацепляются жидкостью и после поворота на определённый угол отсекаются от входной полости и вытесняются в выходную камеру.

В практике распространены преимущественно трёхвинтовые насосы. Такой насос состоит из трёхвинтовых роторов, средний из которых является ведущим, а два боковых – ведомыми. Ведомые винты вращаются за счёт действия гидростатических сил давления жидкости на витки винтов. При этом угол подъёма винтовой линии выбирается таким, чтобы обеспечить вращение ведомых винтов за счёт давления рабочей жидкости, благодаря чему не требуется специальной силовой шестерённой передачи, хотя в некоторых видах насосов они встречаются. Нарезка винтов обычно двухзаходная с углом подъёма винтовой линии 30-45 градусов.

Трёхвинтовые насосы допускают высокие числа оборотов (до 18000 об/мин) и выпускаются на подачу до 15000 л/мин с приводом мощностью до 2700 кВт при давлении до 200 мПа. Объёмный кпд. насоса 0,75¸0,98.

Рабочий объём трехвинтовых насосов

где - диаметр расточки под ведомые винты

3.5 Пластинчатые насосы.

Пластинчатыми насосами называют роторные насосы с рабочими камерами, образованными поверхностями ротора, статора, двух смежных пластин и боковых крышек. Эти насосы, получившие так же название лопастных, являются наиболее простыми из существующих типов и обладают при прочих равных условиях большим объёмом рабочих камер. В зависимости от количества подач за один оборот ротора бывают:

а) однократного действия;

б) двукратного действия;

в) четырёхкратного действия.

пластинчатым насосом является насос с двумя пластинами (рисунок 6) подвижно монтируемыми Насосы однократного действия применяют для гидросетей, не требующих высоких давлений (4¸5 мПа) и применяют в качестве вспомогательных насосов (подкачки). Наиболее простым в общем сквозном радиальном пазу ротора. Эти пластины образуют с поверхностями ротора и смещённого относительно его статора на величину эксцентриситета е две серпообразные камеры: всасывающую полость (а) и нагнетательную полость (б).

Поскольку ротор в нижней части статора имеет плотный контакт, одна из пластин в любом положении ротора отделяет всасывающую полость от нагнетательной. Для возможности радиального перемещения пластин и обеспечения плотного контакта со статором, пластины распираются пружиной. Рабочий объём двухпластинчатого насоса и расчётная подача определяется:

где В – ширина ротора;

R и r – соответственно радиусы статора и ротора.

Рисунок 6 - Принципиальная схема двухпластинчатого насоса.

Недостатком двухпластинчатого насоса является:

· переменная подача по углу поворота (пульсация);

· односторонняя нагрузка на пластины от сил давления жидкости.

Для снижения пульсации подачи применяют насосы с несколькими пластинами (рисунки 7, 8).

Питание насоса (рисунок 7) осуществляется через всасывающее окно, а нагнетание – через нагнетательное, расположенное в боковых проточках. Объёмы между двумя соседними пластинами (шиберами) и поверхностями ротора и статора при вращении изменяются. Объёмы, находящиеся по правую сторону от вертикальной оси – уменьшаются (нагнетание), а по левую сторону увеличиваются (всасывание).

Рисунок 7 – Схема многопластинчатого Рисунок 8 – Схема многпластинча-

насоса с боковым распределением. того насоса с цапфовым распределением.

Важным фактором работы насоса является герметичность при проходе пластины перевальной перемычки. Необходимо, чтобы в любом положении ротора между окнами находилось не менее одной пластины. Плотность контакта пластин со статором обеспечивается при помощи пружин или давления жидкости. Применяются так же другие схемы распределения жидкости, например с цапфовым распределением (рисунок 8).

Рисунок 9 - Пластинчатый насос двукратного действия.

Напорное и всасывающие окна "а" и "в" размещены в неподвижной цапфе. С рабочими камерами эти окна соединены радиальными отверстиями. Ротор в этой схеме соединяет их с валом при помощи торцевого соединения. Недостатком пластинчатых машин является трудность герметизации вытеснителей, особенно со стороны торцов, а так же большая нагрузка на ось ротора и пластины от сил давления жидкости. Поэтому на практике распространены нерегулируемые пластинчатые насосы двукратного и четырёхкратного действия. В этих насосах уравновешиваются радиальные нагрузки и они могут работать под более высоким давлением (до 14 мПа и выше). Насос практически состоит из двух насосов, размещённых в одном корпусе (рисунок 9).

В чугунном корпусе установлен статор фасонного профиля. Ротор установлен на валу с помощью шлицов. Вал вращается на подшипниках качения. С обоих сторон к ротору давлением жидкости прижимаются торцевые пластины (диски) с прорезанными в них окнами. Эти окна соединены каналами корпуса с полостью всасывания и нагнетания. Пластины ротора могут располагаться под углом 7-15 градусов для уменьшения изгибающих моментов на неё со стороны сил трения в пазу.

Объёмный кпд составляет , механический - , при частоте вращения 500-3000 об/мин. Срок службы насосов составляет около 3000 часов. Высота всасывания до 5 м.

Рабочий объем многопластинчатого насоса определяется по формуле:

где к – число пластин;

b – длина лопасти;

с – толщина лопасти;

l – ход пластины.

Ротор и статор пластинчатых насосов изготавливают из легированных сталей с цементированием, боковые диски из кремнистой или марганцовистой бронзы. Пластины изготавливают из вольфрамовых (быстрорежущих) сталей и закаливают до HRC 63-65.