2.2. Объемные насосы

Объемные насосы – насосы, в которых перемещение жидкости (или газа) осуществляется в результате периодического изменения объема рабочей камеры. К ним относятся поршневые насосы, пластинчатые, шестеренчатые, водокольцевые.

Поршневые насосы (рис.2.3.). В поршневых насосах рабочий орган (поршень) совершает в цилиндре возвратно-поступательное движение, сообщая перекачиваемой жидкости энергию.

Подача Q м³/с насоса определяется

Q = м³/с (2.10)

где: d – диаметр поршня, м; S – ход поршня, м; n – частота перемещения поршня, с^-1.

Поршневые насосы обладают рядом достоинств. Они могут перекачивать различные жидкости, создавая большие напоры (до 15 МПа), обладают хорошей всасывающей способностью (до 7 м) и высоким КПД – η = 0,75…0,85.

Их недостатками являются: тихоходность, неравномерность подачи жидкости и невозможность ее регулировать.

Поршневые насосы применяют для заполнения огнетушителей, газовых баллонов, их испытания и т.д.

Аксиально-поршневые насосы (рис.2.4). Несколько поршневых насосов 2, размещены в одном барабане 3, вращающемся на оси распределительного диска 1. Штоки поршней скалками 4 шарнирно закреплены на диске, вращающемся на оси 4. При вращении вала 6 поршни перемещаются в осевом направлении и одновременно вращаются с барабаном.

Эти насосы применяются в гидравлических системах и перекачивают масла.

В распределительном диске выполнены два серповидные окна 7. Одно из них соединено с масляным баком, а второе с магистралью, в которую подается масло.

За один оборот вала барабана каждый поршень совершает ход вперед и назад (всасывание и нагнетание).

Подача насоса определяется по формуле:

(2.11)

где: D_б - диаметр барабана, м; d - диаметр поршня, м; i - число поршней; n - скорость вращения вала, об/мин.

Достоинством насосов является равномерность подачи жидкости, высокое развиваемое давление (40…50 МПа) и КПД η = 0,85…0,9.

В системах управления автолестниц и подъемников они используются как гидромоторы, так и гидронасосы.

Поршневые насосы двойного действия. Насосы этого типа применяются в качестве вакуумных насосов на ряде пожарных насосов, выпускаемых иностранными фирмами. Принципиальная схема такого насоса представлена на рис.2.5. Поршни насоса 5 объединены болтовым соединением 3 в единое целое. Они перемещаются смонтированным на оси 2 эксцентриком 1 посредством ползуна 4.

Частота вращения валика эксцентрика одинакова с частотой вращения вала насоса. Вал эксцентрика приводится во вращение клиновым ремнем от коробки отбора мощности. При вращении эксцентрика 1 ползуны 4 воздействуют на поршни 5. Они совершают возвратно-поступательное движение. В положении, указанном на рисунке, левый поршень будет сжимать воздух, ранее поступивший в камеру. Сжатый воздух преодолеет сопротивление манжеты 7 и будет удаляться через патрубок 6 в атмосферу. Синхронно с этим в правой камере будет создаваться разряжение. При этом будет преодолено сопротивление первой малой манжеты 8. В пожарном насосе будет создаваться вакуум, он начнет заполняться водой. Когда вода начнет поступать в вакуумный насос, он отключается.

За каждую половину оборота эксцентрика поршни совершают ход, равный 2е. Тогда подача насоса может быть вычислена по формуле:

℮ ∙℮ ∙n, м³/мин (2.12)

где: d - диаметр цилиндра, м; ℮ - эксцентриситет, м; n - частота вращения валика, об/мин.

При частоте вращения, равной 4200 об/мин, насос обеспечивает заполнение пожарного насоса с глубины всасывания 7,5 м за время меньше 20 с.

Шестеренчатый насос (рис.2.6) состоит их корпуса 9 и зубчатых колес 2. Одно из них приводится в движение, второе в зацеплении с первым свободно вращается на оси. При вращении шестерен жидкость перемещается впадинами 3 зубьев по окружности корпуса.

Они характеризуются постоянной подачей жидкости и работают в диапазоне 500…2500 об/мин. Их КПД в зависимости от частоты вращения и давления составляет 0,65…0,85. Они обеспечивают глубину всасывания до 8 м и могут развивать напор более 10 МПа. Используемый в пожарной технике насос НШН-600 обеспечивает подачу Q = 600 л/мин и развивает напор Н до 80 м при n = 1500 об/мин.

Подача насоса определяется

(2.13)

где: R и r – радиусы шестерен по высоте и впадинам зубьев, см; b – ширина шестерен, см; n – частота вращения вала, об/мин; η - КПД.

В этих насосах предусматривается перепускной клапан. При избыточном давлении через него перетекает жидкость из полости нагнетания во всасывающую полость.

В пазы ротора 2 вставлены пластины 3, изготовленные из нержавеющей стали. На валу ротора закреплен шкив для привода.

Пластинчатый насос (шиберный) насос (рис.2.7) состоит из корпуса с запрессованной с него гильзой 1. В роторе 2 размещены лопатки 3, выполненные из водостойкого материала. Приводной шкив закреплен на роторе 2.

Ротор 2 размещен в гильзе 1 эксцентрично. При его вращении лопатки 3 под действием центробежной силы прижимаются к внутренней поверхности гильзы, образуя замкнутые полости. Всасывание происходит за счет изменения объема каждой полости при ее перемещении от всасывающего отверстия к выпускному.

Подача (см³/мин) пластинчатых насосов равна

(2.14)

где: n - частота вращения ротора, об/мин; r² _c и r² _p - радиусы статора и ротора, см; b - ширина пластины.

Пластинчатые насосы могут создавать напоры 16…18 МПа, обеспечивают забор воды с глубины до 8,5 м при КПД равном 0,8…0,85.

Смазка вакуумного насоса осуществляется маслом, которое подается в его всасывающую полость из масляного бака за счет разряжения, создаваемого самим насосом.

Водокольцевой насос может использоваться как вакуумный насос. Принцип его работы легко уяснить из рис.2.8. При вращении ротора 1 с лопатками жидкость под влиянием центробежной силы прижимается к внутренней стенке корпуса насоса 4. При повороте ротора от 0⁰ до 180⁰ рабочее пространство 2 будет увеличиваться, а затем уменьшаться. При увеличении рабочего объема образуется вакуум и через отверстие 3 будет всасываться воздух. При уменьшении объема он будет выталкиваться через окно 5 в атмосферу.

Водокольцевым насосом может создаваться вакуум до 9 м вод.ст. этот насос имеет очень низкий КПД, равный 0,2…0,27. Перед началом работы в него необходимо заливать воду, это его существенный недостаток.