Радиально-поршневые насосы

Радиально-поршневые насосы представляют собой объемные машины, у которых поршни движутся в плоскости, перпендикулярной к оси ротора. Жидкость из цилиндров радиально-поршневых насосов вытесняется в результате вращательно-поступательного движения поршней.

В основу кинематики радиально-поршневого насоса положена схема вращающейся кулисы (рис. 3.1), которая включает неподвижный кривошип 2, вращающийся цилиндр 3, поршень 4 и шатун 1. При вращении цилиндра 3 поршень 4 совершает в нем вращательно-поступательные перемещения с ходом . Движение поршня в сторону уменьшения камеры используется для вытеснения жидкости из цилиндра, а в сторону увеличения – для ее всасывания.

Рис. 3.1. Схема вращения кулисы

На базе механизма вращающейся кулисы можно создать насос, конструкция которого показана на рис. 3.2.

Основными элементами радиально-поршневого насоса являются статор 2, ротор 3, поршни 4 и цапфовый распределитель 1. Статор 2 расположен эксцентрично относительно ротора 3. В цилиндрах, расположенных радиально в роторе, находятся поршни 4. Поршни к статору прижимаются центробежными силами, давлением жидкости (при наличии подпитки) и иногда пружинами.

Распределение потоков жидкости в радиально-поршневом насосе обеспечивается цапфенным распределителем 1, в котором А – всасывающая и В – нагнетающая полости. Когда поршни движутся от распределителя, рабочие камеры соединены со всасывающей полостью. Жидкость всасывается в цилиндры. При обратном движении поршней жидкость из цилиндров вытесняется в полость нагнетания.

Рис. 3.2. Схема радиально-поршневого насоса

Идеальная подача такого насоса за один оборот составляет

,

где и – диаметр и ход поршня; – количество поршней.

В соответствии с этим средняя идеальная подача в единицу времени

.

Регулирование и реверсирование подачи жидкости насосом осуществляется изменением величины и знака эксцентриситета.

Со стороны поршня на статор насоса действует сила (рис. 3.3)

,

направленная по его оси.

Эту силу можно заменить двумя силами, одна из которых направлена по радиусу статора:

,

другая – перпендикулярна к оси поршня:

.

Сила нагружает статор и опоры ротора, а сила создает момент сопротивления вращению ротора насоса. В гидродвигателе сила создает момент, вращающий ротор. Кроме сил гидростатического давления при вращении ротора возникают инерционные силы. В тихоходных конструкциях силами инерции ввиду их малости пренебрегают. Результирующую нормальных сил находят графическим построением многоугольника сил.

Рис. 3.3. Схема сил, действующих в радиально-поршневом насосе

Момент, необходимый для вращения ротора, равен сумме произведений сил на соответствующие плечи:

Осредненное значение крутящего момента находят по мощности, развиваемой насосом:

.

Последняя зависимость пригодна для расчета как мгновенных, так и осредненных значений крутящего момента.

Пульсация результирующего крутящего момента аналогична пульсации подачи насоса при условии, что пульсация давления невелика.