5.7.2. Роторные насосы

Разновидностью насосов объемного принципа действия являются роторные насосы. К ним относятся шестеренные, винтовые и пластинчатые насосы. В насосах этих конструкций перекачивание жидкости осуществляется за счет изменения объема рабочей полости при вращательном движении рабочего органа.

Насосы, осуществляющие подачу перекачиваемой жидкости за счет вращения шестерен находящихся в зацеплении, называются шестеренными. Они применяются для перекачивания вязких жидкостей и используются в системах смазки и топливных системах. Шестеренные насосы обеспечивают подачу от 0,5 до 250 м³/ч при давлении нагнетания от 0,2 до 4,0 мПа и частоте вращения 400 — 500 об/мин. Насосы могут иметь внешнее и внутреннее зацепление шестерен. На рис. 60 показано принципиальное устройство двухшестеренного насоса с внешним зацеплением шестерен.

Рис. 60. Шестеренный насос:

1, 3 – шестерни, 2 – полость нагнетания, 4– корпус, 5 -полость всасывания

Шестерни 1 и 3 вращаются в корпусе 4. Одна из шестерен является ведущей, другая ведомой.

В полости всасывания 5 зубья шестерен выходят из зацепления, освобождается объем впадин, который заполняется жидкостью. В полости нагнетания 2 зубья входят в зацепление вытесняя жидкость из впадин. Жидкость переносится во впадинах зубьев при вращении шестерен из полости всасывания вдоль стенок корпуса в полость нагнетания.

Шестеренные насосы нашли распространение благодаря ряду положительных свойств: простота устройства; малые массы и габариты; достаточно высокая равномерность подачи; надежность и отсутствие зависимости между напором и подачей.

Винтовыми насосами называются насосы, подающие жидкость вращающимися винтами.

Винтовые насосы используются для перекачивания любых жидкостей и применяются в гидроприводе, в циркуляционных водяных и масляных системах главных и вспомогательных двигателей, используются как топливные и даже как грузовые насосы танкеров.

Винтовые насосы выпускаются с подачей от 0,5 до 1200 м³/ч при напоре от 0,3 до 20,0 мПа и частоте вращения винтов 480 — 3000 об/мин.

Винтовые насосы могут быть герметичными и негерметичными. Насос называется герметичным, если его винтами обеспечивается полное разобщение напорной и всасывающей камер. Винтовые насосы могут иметь от одного до пяти винтов, один из которых является ведущим, а остальные ведомыми. Конструкция пятивинтового насоса вертикального исполнения показана на рис. 61.

Рис. 61. Пятивинтовой вертикальный насос:

1– гребни, 2– клапан, 3– уплотнение, 4, 14 – крышки, 5, 10– втулки, 6, 11 – подшипники, 7– ведущий винт, 8 – ведомые винты, 9 – цилиндрическая обойма, 12 – упорная пята, 13 – подпятник.

Рабочий орган включает в себя пять двухзаходных винтов одинакового диаметра. Винт 7 является ведущим, винты 8 – ведомыми уплотняющими. Ведомые уплотняющие винты примыкают к цилиндрической поверхности обоймы 9. Имея одинаковые профили, винты различаются шириной впадин и направлением нарезки. Гребни 1 фиксируют положение винтов в осевом направлении. Винты вместе с обоймой образуют рабочую часть насоса, которая через камеры “А” и “В” соединяется с патрубками “С” и “Д”. В корпус запрессованы втулки 5 и 10, в которых находятся подшипники 6 и 11. Корпус имеет крышки 4 и 14. Полость “Е” используется для подачи перекачиваемой жидкости на смазку подшипников при работе насоса. Подшипник, состоящий из упорной пяты 12, подпятника 13, воспринимает осевое усилие возникающее на винтах под воздействием разности между давлениями всасывания и нагнетания. В верхней крышке насоса установлено уплотнение 3 и клапан 2.

При работе насоса жидкость поступает во впадины винтов, при повороте винтов жидкость заполняет рабочую часть насоса и оказывается отсеченной от полости всасывания. При вращении винтов жидкость переносится в полость нагнетания.

К достоинствам винтовых насосов следует отнести: возможность создавать высокие давления нагнетания, большую высоту всасывания, равномерность подачи, простоту устройства, малые массу и габариты, высокую надежность и большой моторесурс, отсутствие зависимости между напором и подачей.

Пластинчатыми насосами называются роторные насосы, осуществляющие подачу жидкости ее переносом в полостях между выдвижными пластинами ротора. Пластинчатые насосы применяются в топливных и масляных системах главных и вспомогательных двигателей, а так же в гидроприводе, обеспечивают подачу от 0.5 до 50 м³/ч и напор 0.2— 7.0 мПа при частоте вращения 300 — 3000об/мин.

На рис. 62 показана конструкция пластинчатого насоса двойного действия.

Рис. 62. Лопастной насос двойного действия:

1, 13 – распределительные диски, 2 – всасывающие окна, 3 – уплотнительное кольцо, 4 – крышки, 5 – статорное кольцо, 6 – корпус, 7 – ротор, 8 – нагнетательное отверстие, 9– фланец, 10 – вал, 11 – манжета, 12 – пружины, 14 – пластины-лопасти, 15 – рабочее пространство.

Насос состоит из чугунного корпуса 6, крышки 4 и статорного кольца 5.

Стальной ротор 7 имеет двенадцать пазов, в которых помещены лопасти-пластины 14, изготовленные из легированной стали. Шлицевым соединением ротор связан с валом 10. При вращении ротора в направлении стрелки пластины выдвигаются, перемещаясь в пазах, и скользят по профилированной поверхности статорного кольца. К торцевым поверхностям статорного кольца и ротора прижаты распределительные диски 13 и 1, в которых имеется по два окна для всасывания 2 и нагнетания 8. Плотность прилегания пластин к поверхности статорного кольца обеспечивается центробежной силой и давлением масла внутри паза, которое подводится из полости нагнетания через отверстие 8. При вращении ротора пластины, в соответствии с профилем статорного кольца, выдвигаются против всасывающего окна, при этом происходит всасывание. Против нагнетательного окна они уходят внутрь ротора, рабочий объем 15 уменьшается и происходит нагнетание. За один оборот насоса цикл повторяется дважды. Уплотнение между крышкой, корпусом и статорным кольцом обеспечивает резиновое кольцо 3. Для устранения утечек фланец 9 снабжен манжетой 11 из маслостойкой резины. Диск 13 выполнен плавающим и прижимается пружинами 12, что обеспечивает безопасный пуск насоса. В процессе работы диск прижимается полным давлением нагнетания, уменьшая до минимума перетекание жидкости.

Достоинствами пластинчатых насосов являются: простота устройства; незначительные масса и габариты; сравнительно низкая стоимость; надежность; отсутствие взаимосвязи между напором и подачей. Серьезным недостатком насосов такого типа являются значительные потери мощности на трение при высоких давлениях и , как следствие, низкие значения КПД

Пуск роторных насосов производится так же, как и поршневых. В конструкции насосной установки предусмотрена байпасная линия между нагнетательной и всасывающей полостями с предохранительным клапаном. При пуске насоса всасывающий и нагнетательный клапаны должны быть открытыми. Все клапаны на нагнетательном трубопроводе обязательно должны быть открыты, иначе при пуске насоса сработает предохранительный клапан либо могут возникнуть повреждения в насосе.