ОБЪЕМНЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ

Большая надежность в работе;

Способность создавать высокие давления при достаточно высоких КПД;

Равномерность подачи, возможность ее регулирования и реверсирования;

3. обратимость, т. е. способность работать в качестве гидродвигателя;

5. малые масса и объем, приходящиеся на единицу мощности;

7. способность работать только на чистых, не агрессивных жидкостях (не содержащих абразивных и других частиц), обладающих смазывающими свойствами, что обусловлено малыми зазорами вращающихся трущихся деталей, обработанных с высокой точностью.

Если первые шесть свойств являются преимуществом роторных насосов, то последнее — их недостатком, так как ограничивает область применения насосов.

Подача роторных насосов определяется размерами рабочего пространства и частотой вращения ротора, а также прочностью элементов насоса. Если задвижка на напорной линии случайно оказывается закрытой, то давление может возрасти выше допустимого, что вызовет поломку или повреждение насоса. Поэтому необходима предохранительная аппаратура, защищающая насосы от перегрузки, а прочность элементов насоса должна иметь достаточный запас (с учетом сопротивления напорной линии).

Роторные насосы находят самое широкое применение в технике, особенно в тех случаях, когда при сравнительно небольшой подаче необходимо обеспечить высокое давление. Они успешно применяются в гидропередачах, в автоматических устройствах и системах регулирования, в топливных системах газотурбинных и ракетных двигателей, в гидравлических прессах, в смазочных системах двигателей для перекачивания вязких жидкостей, в нефтяном, коксохимическом и других производствах.

Поскольку роторные насосы имеют свойство обратимости, т.е. способны работать в качестве гидродвигателей (гидромоторов) при подводе к ним жидкости под давлением, то в технической литературе их иногда называют гидромашинами. В дальнейшем мы будем использовать этот термин.

Роторные насосы получили распространение, главным образом, для осуществления небольших подач жидкости.

Каждый из роторных насосов имеет свои особенности, но объединяющий их признак — общность принципа действия, в основном аналогичного действию поршневых насосов.

Роторные насосы отличаются отсутствием всасывающего и нагнетательного клапанов, что является их большим преимуществом и упрощает конструкцию.

В роторных насосах взаимодействие рабочего органа с жидкостью происходит в подвижных рабочих камерах, которые попеременно соединяются с полостями всасывания и нагнетания. В связи с этим в роторных насосах нет клапанов.

Отсутствие клапанов дает возможность иметь большую быстроходность, т.е. число рабочих циклов в единицу времени.

Принцип действия роторного насоса приведен на рис. 9.

Роторные насосы имеют цилиндрический ротор 2, эксцентрически расположенный в корпусе 7. В радиальных щелях расположены подвижные пластины 3, которые под действием центробежных сил прижимаются к внутренней поверхности цилиндра. Рабочая среда поступает через патрубок всасывания 5 и переталкивается лопастями в патрубок нагнетания 4.

Рис. 9. Роторный радиально-поршневой насос: 1 – поршень; 2 – ротор; 3 – статор; 4 – цапфенный распределитель; 5 – приводной вал

Наиболее распространенным типом роторных насосов являются пластинчато-роторные насосы. Они могут быть однократного, двукратного или многократного действия.

Пластинчатым называют шиберный насос, рабочие органы которого выполнены в виде пластин.

Рис. 10. Конструктивная схема пластинчатого насоса однократного действия: 1 – статор; 2 – ротор; 3 – пластина; 4 – вал

На рис. 10 приведена конструктивная схема пластинчатого насоса однократного действия.

В пазах вращающегося ротора 2, ось которого смещена относительно оси неподвижного статора 1 на величину эксцентриситета е, установлены несколько пластин 5 с пружинами. Вращаясь вместе с ротором, эти пластины одновременно совершают возвратно-поступательное движение в пазах ротора.

Рабочими камерами являются объемы, ограниченные соседними пластинами, а также поверхностями ротора 2 и статора 1. При вращении ротора рабочая камера, соединенная с полостью всасывания, увеличивается в объеме и происходит ее заполнение. Затем она переносится в зону нагнетания. При дальнейшем перемещении ее объем уменьшается и происходит вытеснение жидкости.

Шестеренный насос представляет собой зубчатый насос с рабочими органами в виде шестерен, обеспечивающих герметическое замыкание рабочих камер и передачу вращающего момента с ведущего вала на ведомый.

Наиболее простым по конструкции и самым распространенным является шестеренный насос с внешним зацеплением (рис. 11).

Рис. 11. Вид шестеренчатого насоса в разрезе

Шестеренчатый насос относится к объемным гидромашинам, работа которых основана на принципе вытеснения.

Насос состоит из шестерен 4 и 6 с наружным зацеплением, помещенных в корпусе 7 с малыми радиальными зазорами. Одна из шестерен закреплена на ведущем валу 3 и приводится во вращение двигателем; другая закреплена на ведомом валу 1. Валы опираются на подшипники 9, расположенные в крышках насоса 8 и 10. В корпусе насоса имеются два отверстия 5 и 2 для присоединения всасывающего и нагнетательного трубопроводов.

При работе насоса в зоне выхода зубьев из зацепления (зона всасывания) образуется пониженное давление, и жидкость через отверстие 5 поступает в полость насоса, где она захватывается зубьями шестерен и замкнутыми объемами во впадинах переносится в зону входа зубьев в зацепление (зона нагнетания). При входе зубьев в зацепление жидкость вытесняется из впадин и через отверстие 2 поступает в нагнетательный трубопровод. Оставшаяся часть жидкости во впадинах через разгрузочную канавку 11 возвращается в зону всасывания.

К достоинствам шестеренных насосов следует отнести компактность, простоту конструкции, отсутствие клапанов, возможность использования для привода высокоскоростных электродвигателей, независимость от противодавления сети, реверсивность, возможность получения высоких давлений (5 МПа для шестеренного насоса, 0,5 МПа для насоса «восьмерочного» типа).

Основные недостатки состоят в быстром износе рабочих органов, невысокой подаче и низком КПД (до 0,75%).

Основными техническими параметрами, характеризующими работу объемного насоса, являются: подача (производительность), рабочее давление, потребляемая мощность, коэффициент полезного действия, частота вращения вала насоса и допустимый вакуум.

Подачей Q называется объемное количество жидкости, подаваемое насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени. Расчетная подача Q шестеренчатого насоса определяется как

, (3)

где D_н — диаметр начальной окружности; m — модуль зацепления; b — ширина шестерни; n — число оборотов вала в единицу времени (частота вращения).

Действительная подача насоса отличается от расчетной на величину утечек (объемных потерь), которые оцениваются объемным коэффициентом полезного действия.

Рабочим давлением р называется манометрическое давление жидкости в зоне нагнетания, обусловленное сопротивлением нагнетательного трубопровода («противодавлением»).

Потребляемой мощностью насоса N_п называется мощность, которая отдается насосу ведущим двигателем.

Полезной мощностью N называется то количество энергии, которое сообщается насосом потоку жидкости в единицу времени

N = p·Q, (4)

где N — полезная мощность, Вт; p — давление, кг/м²; Q — подача, м³/с.

Коэффициентом полезного действия η — называется отношение полезной мощности N к потребляемой N_п.

Потери мощности в объемном насосе состоят из объемных потерь, характеризуемых объемным КПД η_об, и механических (потерь на трение), характеризуемых механическим КПД η_мех. Полный КПД насоса η определяется как произведение η_об∙η_мех. Шестеренчатые насосы имеют полный КПД η = 0,50 ... 0,75. Чем крупнее насос, тем выше его КПД.

Частота вращения вала насоса n есть постоянное число оборотов в минуту (при установившемся режиме работы).

Рабочая характеристикаотображает зависимость подачи Q, мощности N и коэффициента полезного действия η от рабочего давления р при постоянной частоте вращения n.

Рабочую характеристику объемного насоса получают путем энергетических испытаний.

Для правильной эксплуатации объемного насоса необходимо знать как изменяется напор, КПД и мощность при изменении подачи, т. е. знать характеристику насоса, под которой подразумевается зависимость напора, КПД и мощность от подачи насоса при постоянной частоте вращения.