11.2. Роторные насосы

Роторный насос – это объемный насос с вращательным или вращательным и возвратно-поступательным движением рабочих органов независимо от характера движения ведущего звена насоса. Таким образом, обязательным движением является вращательное.

Основными представителями этой группы насосов согласно классификации являются шестеренные, пластинчатые, радиально-поршневые и аксиально-поршневые.

Шестеренные насосы. На примере шестеренного насоса рассмотрим особенности рабочего процесса всех роторных насосов.

Эти насосы (рис.11.9) чаще всего выполняются в виде пары одинаковых зубчатых колес с эвольвентным зацеплением, заключенных в корпус.

Рис.11.9

Все роторные насосы состоят из трех частей: статора (неподвижная часть насоса), ротора и вытеснителей.

Рабочий процесс роторного насоса состоит из трех этапов.

1. Заполнение рабочих камер жидкостью. В шестеренном насосе это происходит в момент выхода зубьев из зацепления. Камерой является впадина зуба.

2. Изоляция (замыкание) камер от зоны входа и их перенос из зоны входа в зону выхода.

3. Вытеснение жидкости из рабочих камер. В шестеренном насосе это происходит в момент входа зубьев в зацепление.

Перенос рабочих камер в роторном насосе делает ненужными всасывающий и напорный клапаны. Благодаря этому роторные насосы обладают принципом обратимости, т.е. способностью работать в качестве гидродвигателей (гидромоторов) в том случае, когда к ним подводится жидкость под давлением от другого насоса (рис.11.10).

Рис.11.10

В связи с отсутствием клапанов роторные насосы более быстроходны, чем поршневые. В настоящее время они эксплуатируются на частотах вращения до 3000…5000 об/мин, а в отдельных случаях и на более высоких. Благодаря этому они и более компактны.

По сравнению с поршневыми роторные насосы обладают значительно большей равномерностью подачи:

Q = W·n.

где W – рабочий объем насоса, т.е. объем вытесненной жидкости за один оборот, см³.

Если конструкция насоса не позволяет изменить рабочий объем, то такой насос считается нерегулируемым и на гидравлических схемах он обозначается так:

если конструкция изменить рабочий объем, то насос считается регулируемым и на схемах обозначается так:

Шестеренные насосы выпускаются только нерегулируемыми, и это является их основным недостатком.

Шестеренные насосы способны создавать давление до 160 атмосфер. Для получения более высоких давлений иногда применяют многоступенчатые насосы. такой насос составлен из нескольких шестеренных насосов, соединенных последовательно; он создает давление, равное сумме давлений, развиваемых всеми ступенями. При этом для обеспечения надежного заполнения подача каждой предыдущей ступени многоступенчатого насоса должна быть больше расхода через последующую ступень. Излишки подачи отводятся через специальные сливные клапаны, размещенные в каждой ступени и рассчитанные на соответствующее давление.

Шестеренные насосы и гидромоторы являются наиболее распространенными типами гидромашин, что объясняется простотой изготовления и эксплуатации, малыми габаритами и массой, легкостью реверсирования, достаточной надежностью и высоким КПД. Они допускают сравнительно большие кратковременные перегрузки по давлению. Шестеренные гидромашины классифицируются по характеру зацепления, форме зубьев шестерен, числу пар роторов, помещенных в общий корпус.

Роторные насосы, в том числе и шестеренные, применяют в объемных гидроприводах на самых разнообразных машинах, станках и установках.

Пластинчатые насосы. Пластинчатый насос – это роторный насос с рабочими органами в виде пластин.

Рис.11.11

Эти гидравлические машины (насосы и гидромоторы) являются наиболее простыми из существующих типов объемных гидромашин.

Основными частями насоса (рис.11.11) являются ротор 1, помещенный с эксцентриситетом е в статор 2. ротор представляет собой цилиндр с радиальными прорезями, в которых скользят пластины-вытеснители 3, совершающие возвратно-поступательные перемещения относительно ротора. Под действием центробежных сил пластины своими внешними торцами прижимаются к внутренней поверхности статора и скользят на ней.

Жидкость заполняет пространство между двумя соседними пластинами и поверхности ротора и статора. Это и есть рабочая камера. На дуге АВС объем этой камеры увеличивается и происходит ее заполнение жидкостью. На дуге СДА объем ее уменьшается и происходит вытеснение жидкости. В отличие от насоса шестеренного в этом насосе совмещены процессы переноса камеры с ее заполнением и вытеснением. Так как в пластинчатом насосе путь переноса рабочей камеры сведен до минимума, а разделение приемной и отдающей полостей осуществляется лишь контактом торца пластины и статора, то степень герметичности в насосе невелика. Вследствие этого и давление, создаваемое пластинчатым насосом, обычно несколько ниже, чем давление, создаваемое другими насосами.

Эти насосы находят применение в металлорежущих станках и различного рода погрузчиках. Развиваемое давление 10…12 МПа.

насосы изготавливают с постоянной и регулируемой подачей. регулирование ее осуществляется путем изменения эксцентриситета е.

Пластинчатые насосы выпускают однократного и двукратного действия.

В качестве гидромоторов они могут развивать крутящий момент 3,5…16,8 кН·м.

В радиально-поршневых насосах (рис. 11.12) ротор 1 расположен эксцентрично относительно статора 2. в роторе просверлены радиальные цилиндры. Поршни 3 при вращении ротора совершают в цилиндрах возвратно-поступательное движение, скользя своими сферическими головками по внутренней поверхности статора 2. Ротор вращается на распределительном неподвижном валу 4, в теле которого просверлены всасывающий 5 и нагнетательный 6 каналы.

Рис.11.12

При вращении ротора по часовой стрелке поршни на дуге АВС, двигаясь от центра к периферии, заполняют свои рабочие камеры жидкостью. На дуге СДА поршни перемещаются к центру, вытесняя жидкость. Таким образом, процессы заполнения и вытеснения совмещены с переносом.

Для увеличения подачи радиально-поршневые насосы выполняют многорядными, оси поршней в этом случае располагают в параллельных плоскостях. Число поршней принимают нечетным: 5, 7, 9. конструктивно эти насосы выполняют как нерегулируемые, так и регулируемые. Подача регулируется изменением эксцентриситета е.

Радиально-поршневые насосы развивают давление до 50 МПа, КПД их 0,7…0,9.

В настоящее время выпускают высокомоментные радиально-поршневые гидромоторы, которые создают номинальный крутящий момент от 1,5 до 30 кН·м при давлении 10 МПа и частоте вращения 3…196 об/мин и .

Аксиально-поршневые насосы. Аксиально-поршневые насосы и гидромоторы отличаются наибольшей компактностью и наименьшей массой. Они способны быстро изменять частоту вращения. Все это обусловило их широкое применение в качестве регулируемых и нерегулируемых насосов и гидромоторов для гидроприводов, обслуживающих подвижные комплексы машин и следящие гидроприводы большой точности.

По кинематическим схемам, положенным в основу конструкций, аксиально-поршневые гидромашины разделяют на гидромашины с наклонным диском и с наклонным блоком.

Наиболее простым является аксиально-поршневой насос с наклонным диском (рис.11.13а). При вращении ведущего вала 6 приводится во вращение блок цилиндров 3. В цилиндрах совершают возвратно-поступательное движение поршни, прижимаемые пружинами (в режиме насоса) или давлением жидкости к поверхности наклонного диска 5 (при работе в режиме гидродвигателя).

а

б

Рис. 11.13

Наклонный диск 5 не вращается и устанавливается под углом к вертикали. Торцевая часть вращающего блока цилиндров прижимается к неподвижному распределительному устройству 1. Торцевой распределитель имеет два серповидных окна: А и Б (рис.11.13б), одно из которых соединяется с всасывающей, другое - с нагнетательной линиями. Рабочие камеры цилиндров сообщаются с серповидными окнами через отверстия 7.

У этих насосов значительны контактные силы в месте соприкосновения головки поршня с диском, поэтому снижается КПД. Рост контактных нагрузок можно ограничить назначением угла наклона диска не более =15…18^о.

Регулирование подачи насоса с наклонным диском и его реверсирование осуществляются изменением угла влево или вправо от вертикали. При реверсировании всасывающая и нагнетательная линии, естественно, поменяются местами.

Схема аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком показана на рис. 11.13б. Ведущий вал 5 через валик с двойным несиловым карданным шарниром передает вращение блоку цилиндров 2. основное усилие от сил давления жидкости на поршни переходит на блок цилиндров от фланца 4, установленного на ведущем валу, через шатуны 6, шарнирнозакрепленные на фланце и поршнях.

Поршни при вращении ведущего вала совершают сложное движение, вращаются вместе с блоком цилиндров и совершают возвратно-поступательное движение в цилиндрах. При этом происходят процессы всасывания и нагнетания рабочей жидкости. Кинематической основой аксиально-поршневых гидромашин является кривошипно-шатунный механизм.

Угол наклона блока ограничивается только конструктивными соображениями;= 25…30° для насосов,= 40° для гидромоторов.

Иногда насос и гидромотор объединяют в одном агрегате.

Промышленность выпускает аксиально-поршневые насосы с давлением 5…25 МПа; гидромоторы с крутящим моментом 6…1170 Н·м при давлении 5…25 МПа.