Характеристика объемных насосов

Характеристикой объемных насосов назы­вают зависимость подачи

насоса Q от его давления на выходе р_Н при постоянной частоте вращения вала насоса. Теоретическая характеристика объемного насоса есть прямая линия. Действительная подача на­соса отличается от идеальной на величину как внутренних, так и внешних утечек, поэтому действительной характеристикой насоса является наклонная линия (рис. 6.3). Чем совершеннее насос, тем ближе к теоретической характеристике располагается действительная характеристика (говорят – насос имеет жесткую характеристику). При расчете гидроситем используют

характеристику насоса в виде прямой (прямая ВС на рис. 6.4).

Рис. 6.3. Характеристика нерегулируемого объемного насоса

Гидроприводы современных машин (автоматов) часто используют насосы с изменяемой рабочей камерой. Изменение рабочей камеры возможно в пластинчачатых, ак­сиально- и радиалъно-поршневых роторных насосах однократного действия.

Идеализированная рабочая характеристика регулируемого объемного насоса изображена на рис. 6.4. На участке АВ рабочий объем насоса максимален. Точка В – это точка начала работы механизма автоматичесческого регулирования рабочего объема насоса. В точке С рабочий объем имеет минимальное значение, необходимое для компенсации утечек – подача насоса равна нулю.

Рис. 6.4. Идеализированная рабочая характеристика регулируемого объемного насоса

Роторно-поступательные насосы

Пластинчатый насос

Благодаря малым габаритным размерам, надежности в эксплуатации, приемлемой долговечности, удобству встраивания и высокому КПД пластинчатые насосы получили широкое применение в гидроприводах станков и автоматитических линий. Пластинчатые (шиберные) насосы применяются в промышленных гидросистемах с максимальным давлением 200 бар (20 МПа). Несомненным достоинством пластинчатых насосов является работа без пульсаций и с низким уровнем шума Пластинчатые насосы могут быть одно-, двух- и многократного действия. В насосах однократного действия одному обороту вала соответствует одно всасывание и одно нагнетание, в насосах двухкратного действия – два всасывания и два нагнетания и т. д.

На рис. 6.5. изображена схема работы пластинчатого насоса однократного действия. Насос состоит из трех осеновных частей: ротора, статора и распределителя рабочей жидкости.

Ротор 2 установлен на валу насоса 5, который, в свою очередь, расположен с эксцентриситетом е относительно неподвижного кольца 4 статора 1. В роторе имеются радиальные пазы, в которые вставлены пластины – вытеснители 3. Торец пластины, контактирующий с кольцом статора, имеет скос. К ротору с малым зазором (0,02мм…0,03 мм) с одной стороны прилегает дисковый распределитель (на схеме не показан – смотри рис. 6.8.), а с другой стороны – торец крышки насоса.

Рабочая камера насоса образуется двумя соседними пластинами (шиберами), внутренней поверхностью статора, наружной поверхностью ротора, торцем распределительного диска и торцем крышки статора.

Вытеснители 3

Рис. 6.5. Схема пластинчатого насоса:

1 – статор; 2 – ротор; 3 – вытеснитель; 4 – кольцо статора; 5 – вал насоса

Вытеснители 3 находятся в постоянном контакте с кольцом статора 4 под действием центробежной силы (в некоторых конструкциях к центробежной силе добавляется сила пружины или сила давления жидкости, подведенной под торцы вытеснителей – рис. 6.6).

Наличие скошенного конца у пластины, контактирующей со статором, позволяет частично разгрузить её от радиального усилия, прижимающего пластину к кольцу статора, т.к. сила давления на нижний торец пластины частично скомпенсирована силой давления, действующей на скошенную поверхность пластины (на эти поверхности действует одно и то же давление – рис. 6.6, В).

Благодаря наличию эксцентриситета, при перемещении рабочей камеры в секторе статора, ограниченным дугой АВ, её объем увеличивается. Увеличение объема рабочей камеры при ее герметичности создает в ней разрежение – жидкость из линии всасывания через отверстия распределительного диска под действием атмосферног давления (т.е. самотеком) поступает в рабочую камеру.

При перемещении камеры в сектор статора, ограниченным дугой CD объем камеры постепенно уменьшается и жидкость вытесняется из камеры в линию нагнетания.

Рис. 6.6.Гидравлический прижим шибера и частичная его разгрузка в

полости нагнетания (стрелками указаны усилия, приложенные к шиберу).

А – в полости всасывания; B – в полости нагнетания

Таким образом, внутри насоса одновременно имеются две полости:

полость высокого давления и полость пониженного давления. Для разделения этих полостей друг от друга и автоматического подвода и отвода жидкости в реальных конструкциях применяют дисковый распределитель жидкости.

На рис. 6.7. изображена конструктивная схема пластинчатого (шиберного) насоса однократного действия с распределительным диском 5. На распределительном диске 5 (на рис. 6.8.а он показан отдельно от насоса) выполнены две щели 6 и 8 в форме сектора. Между щелями имеются перемычки 10. Именно эти перемычки обеспечивают герметичное отделение полости всасывания от полости нагнетания. Для этого необходимо выполнить условие: центральный угол , образованный этими перемычками, должен быть больше угла между двумя соседними пластинами (рис. 6.7). К окну 8 распределительного диска одводится жидкость от линии всасывания 7 . Далее она переносится в зону высокого давления и через окно 6 распределительного диска поступает в линию нагнетания 9.

Пластины (шиберы) подвергаются существенным нагрузкам. Под действиием разности давлений, действующих на ту часть пластины, которая выступает из ротора, и силы трения, приложенной к скользящей кромке пластина подвергается изгибу. Изгибающий момент стремится защемить пластину в пазу ротора. С целью исключить заклинивание пластины и создание более благоприятных условий ее работы, максимальный вылет пластины из ротора должен быть меньше, чем та часть пластины, что погружена в паз ротора. Это является препятствием для увеличения рабочей камеры при заданном значении диаметра статора и эксцентриситета.

Рис. 6.7. Схема плстинчатого (шиберного насоса) с дисковым распределителем

а б

Рис. 6.8. Распределительные диски

Трение пластин о статор является одной из причин, ограничивающих частоту вращения ротора сверху и одновременно ограничивает максимальную подачу насоса. Для ослабления изгиба пластин пазы в роторе выполняют под углом (7… 15) ° к радиусу (рис. 6.9.). Это уменьшает силу трения и вероятность заклинивания пластин, но вал лопастного насоса должен вращаться только в одном направлеии указанном в паспорте насоса и обозначенном стрелкой на его корпусе. Вращение в неразрешенном направлении приводит к поломке пластин и задирам.

Рис. 6.9. Пластинчатый насос с наклоненными шиберами поверхности статора

Необходимость использования центробежных сил для выдвижения плас тин ограничивает минимальную скорость вращения пластинчатых насосов n_мин= (0,4...0,6)n _мах.Число пластин в машинах однократного действия всегда выбирают нечетным.

Предельное давление (10…12) МПа для насосов однократного действия ограничено односторонней нагрузкой на ротор. На рис. 6.10 представлен образец нерегулируемого пластинчатого насоса.

Рис. 6.10. Внешний вид нерегулируемого пластинчатого насоса
однократного действия

Для уменьшения контактных сил между вытеснителем и статором в насосах применяют гидростатическую разгрузку вытеснителей от радиальных усилий.Насосы с разгружеными вытеснителями можно использовать при давлении до 14 МПа и, кратковременно, при пиковых нагрузках до 17 МПа.

Схема разгрузки вытеснителей от радиальных сил, создавемых давлением, приведена на рис. 6.11. В паз ротора помещен составной вытеснитель (шибер) из двух пластин 1. Пластины, благодаря особой форме торцев, образуют со статорным кольцом 2 две уплотняющие кромки. По высоте пластин сделаны канавки 3 (рис. 6.11, в). Жидкость, подводимая под торцы шиберов, находящихя в пазу ротора, через указанные канавки поступает к верхним торцам пластин. Давление жидкости, действуя на верхние торцы пластин, создает усилия (показано стрелками), стремящиеся отжать составной шибер от статорного кольца. Препятствует этому усилие, вызванное давлением жидкости а нижний торец составного шибера. Это усилия практически уравновешивают друг друга. Необхождимое усилие прижима рагруженных шиберов к статору определяется площадью торца плунжера 3.

а

б

в

Рис. 6.11.Плунжерный механизм поджима гидростатически разгруженных пластин:

а – в зоне высокого давления; б, в – в зоне низкого давления;

1 – пластина; 2 – статор; 3 – плунжер