Объемные гидронасосы

В объемных гидромашинах рабочий процесс происходит в замкнутых объемах - рабочих камерах. Под рабочей камерой понимается пространство, попеременно сообщающееся с всасы- вающим и напорным трубопроводами.В насосах непосредственную работу нагнетания жидкости совершает рабочий орган, который называют вытеснителем (поршень, плунжер, пластина, зуб шестерни и т. д.). По характеру вытеснения рабочей жидкости объемные насосы делятся на поршневые и роторные. В поршневых насосах вытеснение жидкости происходит из неподвижных рабочих камер в результате возвратно-поступательного движения вытеснителей. В роторных насосах вытеснение жидкости происходит из перемещаемых ра- бочих камер в результате вращательного или вращательно-поступательного дви- жения вытеснителей. Поршневые насосы. Насосы этого типа в зависимости от конструкции вытеснителя могут быть поршневыми, плунжерными или диафрагменными(мембранными). Насосы с поршнем в качестве вытеснителя нашли наибольшее применение, так как они относительно просты в изготовлении (следовательно дешевы), надеж- ны в работе и имеют высокие эксплуатационные параметры (рmax = 10-30 МПа). Плунжерные насосы значительно сложнее в производстве, зачастую требу- ют подгонки пар трения и поэтому существенно дороже. Но они могут создавать очень высокие давления (рmax = 100-150 МПа). Диафрагменные насосы имеют в качестве вытеснителя гибкий (резиновый или синтетический) элемент - диафрагму. Максимальные давления создаваемые этими насосами невелики и ограничиваются прочностью диафрагмы. Однако они наиболее просты в изготовлении. Характерной особенностью всех насосов данного типа является клапанное распределение жидкости, т.е. для впуска жидкости в рабочую камеру и для выпус- ка её служат впускной и напорные клапаны. На рис. 1 приведена упрощенная конструктивная схема поршневого насоса. При движении поршня 1 (вытеснитель) слева направо напорный клапан 2 закрыт, а впускной клапан 3, открыт, и жидкость заполняет рабочую камеру 4. При обрат- ном движении поршня клапан 3 закрыт, а жидкость через напорный клапан 2 на- гнетается в трубопровод. Клапаны открываются благодаря разности давлений, а закрываются под действием пружин (на рисунке не показаны). Очень существенным недостатком такого насоса является крайняя неравно- мерность его подачи Q по времени t из-за чередования тактов всасывания и нагне- тания (линия 1 на рис.2а). Для уменьшения этого насосы делают многокамерными (много- поршневыми), когда в одном корпусе заключают несколько рабочих камер. На рис. 2б представлена зависимость подачи Q по времени t для трехпоршневого насоса. Рис1,2

Роторные насосы В отличие от поршневых, роторные насосы имеют перемещаемые рабочие камеры, которые попеременно сообщаются с полостями всасывания и нагнетания. Это делает излишними всасывающий и напорный клапаны, что в свою очередь оп- ределяет характерные свойства роторных насосов по сравнению с поршневыми. 1. Обратимость - способность работать в режиме гидродвигателей. 2. Быстроходность - более высокие скорости вращения ведущего вала. 3. Большая равномерность подачи, так как роторные насосы выполняются многокамерными. 4. Повышенные требования к рабочей жидкости, так как она одновременно выполняет функции смазки. Наиболее распространенным из роторных насосов является шестеренный насос с внешним зацеплением, схема которого приведена на рис.3. Ротором счи- тается ведущая шестерня 1, а вытеснителем - ведомая 2. Во всасывающей полости насоса жидкость заполняет собой впадины между зубьями обеих шестерен, кото- рые являются рабочими камерами. Затем происходит замыкание (изоляция) этих объемов и перемещение их по дугам окружностей в напорную полость насоса. В дальнейшем в процессе зацепления каждый зуб шестерен входит в со- ответствующую ему впадину и вытесняет из нее жидкость. Рис3.

Большое распространение шестеренных насосов с внешним зацеплением объясняется простотой их изготовления и надежностью в эксплуатации. Эти насо- сы создают давления до 15-20 МПа(импортные 27МПа), работают при частоте вращения 1000-3000 об/мин и имеют полный к.п.д. 0,75-0,85. Шестеренные насосы с внутренним зацеплением получили меньшее распро- странение. Они сложнее в производстве, создают меньшие давления (рmax= 5-7 МПа), но отличаются компактностью. Разновидностью шестеренного насоса с внутренним зацеплением является героторный насос, который имеет специальное зубчатое зацепление. Широкое распространение получили также пластинчатые насосы. На рис. 3 приведена схема такого насоса. В пазах ротора 1, который смещен относительно статора 2 на величину эксцентриситета е, установлены пластины-вытеснители 3. Вращаясь вместе с ротором эти пластины, одновременно совершают возвратно- 42 поступательное движение. Рабочими камерами насоса являются объемы, огра- ниченные поверхностями ротора 1 статора 2 и соседними пластинами. При вра- щении ротора рабочие камеры сначала увеличиваются (происходит их заполне- ние), а затем уменьшаются (вытеснение жидкости). Пластинчатые насосы отличаются от других роторных насосов компактно- стью, они просты в изготовлении, но не могут создавать высокие давления (рmax = 7-14 МПа). Пластинчатые насосы, в отличии от шестеренных, могут выполняться регу- лируемыми. Для этого в конструкции насоса должна быть предусмотрена воз- можность перемещения ротора относительно статора, т.е. изменение величины эксцентриситета е (рис.27). При уменьшении e (за счет смещения ротора) будут уменьшаться объемы рабочих камер и подача насоса, а при e = 0 она станет равной нулю. В случае дальнейшего смещения ротора подача начнет увеличиваться, а на- правление потока жидкости измениться на противоположное. Таким образом, ре- гулируемый насос позволяет менять подачу (по величине и направлению) при постоянной скорости вращения его вала. Аксиально-поршневые насосы выполняются с наклонной шайбой или на- клонным блоком. На рис. 4 изображен аксиально-поршневой насос с наклонной шайбой 1, на которую опираются основания плунжеров (поршней) 2. Плунжеры вращаются вместе с блоком 3 и одновременно совершают возвратно- поступательные движения относительно него. При этом рабочие камеры 4 и 5 меняют свой объем от минимальной величи- ны (поз.4 на рис.4) до максимальной (поз.5) и обратно. Для соединения рабочих камер с трубопроводами служит неподвижный распределитель 6 с дугообразными окнами 7 и 8. Он устроен таким образом, что при увеличении объема рабочей ка- меры она соединяется с всасывающим трубопроводом через окно 7, а при умень- шении - с напорным через окно 8. Аксиально-поршневой насос с наклонным бло- ком имеет аналогичную конструкцию, но у него относительно оси вращения нак- лонен блок, а не шайба. Рис 4.

Аксиально-поршневой насос может быть регулируемым. При регулирова- нии его рабочий объем изменяется за счет изменения угла γ наклона шайбы 1 (или блока). Радиально-поршневые насосы получили значительно меньшее распростра- нение. Они отличаются от рассмотренных ранее радиальным расположением поршней в блоке и конструкцией распределителя. Аксиально-поршневые насосы являются наиболее технически со- вершенными из роторных. Они могут создавать высокие давления (до 30-45 МПа), работать в широком диапазоне изменения частоты вращения (500-5000 об/мин) и имеют высокие к.п.д. (до 0,90-0,92). Однако, сложны в производстве (особенно ре- гулируемые) и поэтому являются дорогими. Радиально-поршневые насосы по большинству своих характеристик близки к предыдущим, но работают при значи- тельно более низких частотах вращения.