Пластинчатый и роторный насосы
Пластинчатый насос (или шиберный), как и роторный относятся к классу объемных агрегатов.
В сравнении с шестеренчатыми пластинчатые насосы обеспечивают более равномерную подачу, а в сравнении с поршневыми – они проще по конструкции, дешевле, меньше по габаритам и менее требовательны к фильтрации рабочей жидкости.
Пластинчатый и роторный насосы характеризуются кроме того схожим принципом работы.
Типы пластинчатых насосов.
Пластинчатые насосы, как и гидромоторы, подразделяются на агрегаты однократного и двойного действия, в некоторых случаях применяются машины многократного действия.
В агрегатах однократного действия за один оборот вала происходит один полный цикл работы, включающий процесс всасывания и процесс нагнетания.
Пластинчато роторный насос двойного действия за один оборот вала выполняет два полных цикла работы, т.е. два процесса всасывания и два процесса нагнетания.
В агрегатах тройного действия – три цикла и так далее.
Пластинчатый вакуумный насос
Пластинчатые вакуумные насосы однократного действия выпускаются как регулируемые, так и нерегулируемые. На ротор такого агрегата в радиальном направлении действует давление рабочей жидкости, которое передается на опоры, монтируемые большей частью на подшипниках качения. Поэтому величина давления рабочей жидкости, циркулирующей в таких машинах, определяется имеющимися в распоряжении производителя подшипниками.
Пластинчато роторный вакуумный насос используется для откачивания воздуха или газа из закрытого резервуара, а также для обеспечения низкого или среднего вакуума. Такие агрегаты широко используются в промышленности на производственных линиях по формовке и упаковке, а также в медицинской и исследовательской области.
Роторно лопастной насос
Роторно лопастной насос конструктивно состоит из двух роторов, который вращаются синхронно в направлении навстречу друг другу. В таком агрегате количество перекачиваемой среды прямо зависит от скорости вращения роторов.
Кроме того, роторно лопастной насос способен менять направление вращения на противоположной, тем самым обеспечивая откачивание среды или самовсасывание.
Роторно поршневые насосы
Оборудование этого класса обладает свойством обратимости, т.е. эти агрегаты могут использоваться как насосы и как гидромоторы.
Роторно поршневые насосы подразделяется на:
Аксиально поршневые - поршни расположены параллельно оси ротора. Такие агрегаты имеют небольшие размеры и высокий КПД. Они применяются для обеспечения высоких частот вращения, например в военной технике. - Радиально поршневые – поршни расположены перпендикулярно оси ротора. Оборудование этого типа характеризуется большими размерами и массой. Оно используется в гидроприводах большой мощности, например в конструкции экскаваторов.
Шиберный насос
Шиберный насос двойного или многократного действия изготавливается только нерегулируемым, но в этом случае давление рабочей жидкости, действующее на ротор в радиальном направлении, уравновешивается, опоры машины разгружаются и вал её передает только крутящий момент.
Оборудование этого типа используется для перекачивания чистых сред со средним показателем вязкости, например различные типы топлива при небольшом давлении. Но и среды с низкой вязкостью, такие как сжиженные газы, спирты или растворители также подходят для перекачивания этим типом оборудования.
Принцип работы.
Пластинчатый насос однократного действия.
Работа пластинчатого насоса однократного действия выглядит следующим образом.
При вращении ротора 1, в пазах которого расположены пластины 2, в направлении, указанном стрелкой, происходит изменение площадей CDD1C1 и ABB1A1, так как пластины всегда контактируют с внутренней цилиндрической поверхностью статора 3, центр которой О смещен на определенную величину (называемую эксцентрицитетом) относительно центра ротора О1.
Происходящее при вращении ротора увеличение площади CDD1C1 вызывает увеличение объема камеры образованной цилиндрическими поверхностями статора и ротора, двумя пластинами и двумя торцевыми поверхностями, расположенными в плоскостях, параллельных плоскости чертежа, которые конструктивно можно представить в виде торцов двух крышек.
Уменьшение площади ABB1A1 вызывает уменьшение объема аналогичной камеры. Поэтому в первой камере образуется разрежение, и её объем заполняется всасываемой рабочей жидкостью. Уменьшение объема второй камеры вызывает нагнетание рабочей жидкости в напорную магистраль насоса.
Чтобы напорная магистраль всегда была изолирована от всасывающей на статоре или торцовых поверхностях предусмотрены уплотнительные перемычки.
В некоторых конструкциях пластины имеют принудительное ведение, для чего на их торцах выполняют оси 4, которые входят в ползушки 5, передвигающиеся при вращении ротора в кольцевых канавках 6, выполненных в крышках.
Камеры под торцами пластин 7 при помощи канавок 8 соединяются в зависимости от положения пластин или с полостью всасывания или с полостью нагнетания, и поэтому пластины, осуществляя всасывание и нагнетание увеличивают производительность насоса.
Принцип действия роторного насоса
Работа роторного насоса похожа на пластинчатый, только вместо пластин в таком оборудовании установлены вращающиеся элементы – роторы. Они вращаются синхронно навстречу друг другу.
Вначале цикла перекачиваемая жидкость поступает в область всасывания. Затем жидкость подхватывается вращающимися роторами и перемещается в замкнутую область, образованную поверхностями корпуса оборудования и ротором, объем такой области постепенно уменьшается, а давление увеличивается.
Принцип работы, по которому функционирует, роторный насос основан на изменении объема рабочей камеры.
Когда ротор совершает оборот и перемещает жидкость в область нагнетания объем увеличивается и перекачиваемую среду выталкивает в напорную магистраль.
Пластинчатый насос двойного действия.
Особенностью работы насосов двойного действия является то, что пластины 2, свободно перемещаются в пазах ротора 1, при пуске насоса выбрасываются центробежной силой и в дальнейшем при работе контакт пластин и статора 3 осуществляется под действием центробежной силы и давления нагнетаемой жидкости, которая для этой цели подводится в кольцевую канавку 4.
Процессы всасывания и нагнетания осуществляют камеры насоса, каждая из которых образуется двумя соседними пластинами, внутренней поверхностью статора, наружной цилиндрической поверхностью ротора и двумя торцовыми поверхностями распределительных дисков.
При вращении ротора в направлении стрелки площадь CDD1C1 камеры всасывания увеличивается, а следовательно, увеличивается и объем камеры, в которой образуется разрежение, в результате чего камера заполняется всасываемой рабочей жидкостью.
В то же время площадь ABB1A1 камеры нагнетания уменьшается, что соответствует уменьшению объема всей камеры и рабочая жидкость вытесняется в напорную магистраль. За один оборот ротора каждая камера 2 раза производит всасывание и нагнетание рабочей жидкости.
Устройство роторного насоса
На сегодняшний день пластинчато роторный насос претерпел множество изменений и конструкции. Но понять общий принцип действия такого оборудования, можно рассмотрев устройство роторного насоса регулируемого типа однократного действия с постоянным направлением потока.
Изменение производительности насоса осуществляется перемещением статора 1, опирающегося для уменьшения трения на игольчатый подшипник 2.
Массивный вал 3, на шлицах которого насажен ротор 4 с наклонными пластинами 7, опирается на подшипники 5 и 6 и воспринимает нагрузку от давления рабочей жидкости на ротор.
Вал, ротор, статор и пластины изготовлены из термически обработанных легированных сталей.
При пуске насоса пластины выбрасываются центробежной силой, а во время работы пластины гидравлически уравновешены.
В насосах используются бронзовые распределительные диски 8, осуществляющие распределение рабочей жидкости и имеющие окна для уравновешивания пластин.
Такой шиберный насос предусматривает встроенные органы управления, позволяющие автоматически, в зависимости от нагрузки, изменять величину эксцентрицитета.
Для этого имеется пружина 9, которая стремиться установить статор 1 с минимальным эксцентрицитетом, т.е. в положение, соответствующее нулевой производительности.
В то же время три сильные пружины 10 действуют через дифференциальный поршень 11 на статор 1, смещая его в сторону наибольшего значения эксцентрицитета.
Давление рабочей жидкости, нагнетаемой насосом и подводимой через отверстие 12, действует на дифференциальный поршень 11 и воспринимается пружинами 10.
Когда при возрастании нагрузки увеличивающееся давление рабочей жидкости в напорной магистрали преодолевает усилие пружин 10, поршень 11 поднимается, и статор 1 под действием пружины 9 передвигается в сторону уменьшения эксцентрицитета, в результате чего уменьшается производительность насоса.
Область применения.
В станкостроении пластинчатые насосы применяются главным образом в гидроприводах подачи агрегатных, сверлильно-расточных, токарных и фрезерных станков, а также в гидроприводах стола и других механизмов шлифовальных станков.
Шиберный насос широко применяется так же в гидропрессах, автопогрузчиках, экскаваторах, бульдозерах и других строительных машинах. Такие агрегаты широко используются в автомобилях как усилители приводов руля или в механизмах опрокидывания самосвалов.
В химической промышленности пластинчатый насос применяется как привод для вращения различных мешалок, в корабельных механизмах как приводы лебедок для подъема грузов, устройства для изменения шага винта.
Кроме того пластинчатый насос используется в лесозаготовительных машинах, для литья под давлением в пищевом машиностроении и т.д.
