Общая характеристика ротационных насосов

Ротационные насосы объединяют хорошую всасывающую способность поршневых и плавную, безударную работу центробежных. Сравнительно с порш­невыми насосами соответствующих параметров ротационные обладают мень­шими габаритами и массой. В основном ротацион­ные насосы применялись для вязких жидкостей со смазывающей способностью.

Эксплуатационные требования заставили со­здать конструкции, способные перекачивать раз­личные несмазывающие жидкости, в том числе и содержащие механические примеси. К ротацион­ным относятся одно-и двухвинтовые, шестеренные, коловратные насосы. Они обладают обратимостью, т. е. при подаче в них жидкости работают как гидродвигатели. Подача объемных ротационных насосов может быть как переменной (регулирование осуществляется по подаче), так и постоянной.

Рис. 7.1. Основная схема ротационных насосов

Все разнообразие конструкций ротационных машин можно свести к одной схеме (рис. 7.1). В цилиндрическом статоре 1 вращается ротор 2 с помещенной в нем лопаткой – вытеснителем 3. Замыкатель 4, тем или иным способом убирающийся при прохождении ло­патки, делит кольцевую камеру на всасывающую и нагнетательную полости в статоре. Насосы широко применяются в качестве автономных установок для перекачки жидкостей, а также используются в составе гидроприводов, неся функции насосов и гидродвигателей. Значение их объемного к. п. д. 0,7– 0,95. Механический к. п. д. достигает значений 0,95.

Винтовые насосы

Винтовые насосы имеют положительные свойства насосов объемного типа: высокое давление, значительную высоту всасывания и малое перемешивание перекачиваемой жидкости. Они обладают рядом особенностей, выгодно отлича­ющих их от поршневых насосов – простота конструкции (движущаяся деталь – один винт), отсутствие клапанов и сложных проходов, что снижает гидравли­ческие потери на местные сопротивления. В связи с более равномерной подачей жидкости условия всасывания у машин этой группы улучшены и инерционные усилия малы. Конструкции агрегатов компактны. По массе они в 5 – 10 раз легче поршневых насосов тех же параметров, а к.п.д. превышает к.п.д. центро­бежных насосов таких же величин подач и напоров. Привод насоса непосредст­венный от электродвигателя.

Одновинтовые насосы используются на подачи 40– 60 м³/ч, давления 2,5 – 3,5 МН/м².

Масляные винтовые на­сосы типа ЭМН (электромас­ляный насос) и МВН (масля­ный винтовой насос) рассчитаны на работу с маслами и нефтепродуктами, имеющими вязкость от 20 до 180·10^-6 м²/с.

Химические насосы IB, 2В (одновинтовые, двухвинтовые) предназначены для перекачки различных агрессивных жидкостей с механическими примесями пульпы и других продуктов.

Шифр насоса 1В 80/5х означает: 1В – одновинтовой; 80 – округленное значение подачи в литрах на 100 оборотов винта; 5 – давление нагнетания кгс/см²; х – химический.

Насосы трехвинтовые предназначены для перекачки жидкостей, которые обладают смазывающей способностью.

Рис. 7.2. Замкнутые полости в паре обойма — винт

Одновинтовые насосы получили широкое распространение: они долго­вечны при работе с жидкостями, содержащими механические примеси и не обладающими смазывающими способностями. Одновинтовой насос работает следующим образом (рис. 7.2): в корпусе 1 с профилированной внутренней винтовой поверхностью (обойма 2) вращается винт 3. Центр его сечения не­сколько сдвинут относительно оси вращения на некоторую величину е (эксцен­триситет). Винт насоса однозаходный: любое его поперечное сечение предста­вляет круг радиуса R. В обычных конструкциях винты изготовляют из стали, а обоймы из резины. При повороте винта на 360° осевое перемещение образу­ющей синусоиды равно шагу винта. Обойма – полый цилиндр с профилиро­ванной внутренней поверхностью двухзаходного винта. Шаг винтовой поверх­ности обоймы Т равен удвоенному шагу рабочего винта t. При вращении винта в обойме образуются замкнутые полости, заполняемые жидкостью. Подача одновинтовых насосов зависит от общего объема замкнутых полостей, образо­ванных в единицу времени. Одновинтовой насос работает следующим образом: в момент, когда первая на стороне всасывания полость увеличивается в объеме, давление в ней понижается и между ней и приемной частью насоса создается разность давлений, вследствие чего полость заполняется жидкостью. Затем (при дальнейшем вращении винта) полость замыкается и начинает двигаться к нагнетательному концу обоймы, перенося туда некоторый объем жидкости. При полном повороте винта жидкость вдоль оси обоймы передвигается на вели­чину одного шага обоймы Т, выливаясь через постоянное сечение 4eD (здесь D – диаметр сечения винта, 4е – расстояние между центрами двух кругов, образующих двухзаходную винтовую поверхность обоймы). При установив­шемся движении винта подача насоса строго постоянная.

Рис. 7.3. Схема нарастания давления в дви­жущихся замкнутых полостях

Схема нарастания давления в движущихся замкнутых полостях предста­влена на рис. 7.3. Цепочка из замкнутых объемов жидкости, сообщающихся между собой и нагнетательной полостью весьма узкими щелевыми каналами, движение по которым затруднено, скользит по плоскости обоймы. Как видно, давление жидкости в каждом последующем объеме, считая со стороны нагнета­ния, меньше давления в предыдущем на величину Ар, определяемую гидравли­ческими потерями между ними. Величина зазора между жесткой обоймой и винтом определяется точностью изготовления винта и обоймы. Нарастание давления в перемещаемых объемах зависит от положения самих замкнутых объемов и гидравлических потерь между ними.

Расчетная подача одновинтового насоса определяется объемом поло­стей, несущих жидкость, и ско­ростью их осевого перемещения.

В многовинтовых насосах основными рабочими органами служат несколько (два и более) винтов, находящихся в зацеплении.

В трехвинтовом насосе один – средний винт – ведущий, остальные – ведомые. Нарезка ведущего и ведомых винтов противоположна по направле­нию. Силовое взаимодействие между винтами ведущим и ведомым происходит через замкнутую в их впадинах жидкость. При этом выступы ведущего винта играют роль поршней, проталкивающих жидкость вдоль оси, а нарезка ведо­мых винтов предотвращает возможность перетекания жидкости по винтовой впадине вокруг винта.

При работе жидкость, захватываемая ведомыми винтами из камеры вса­сывания, заполняет полость между их нарезкой и обоймой. Благодаря вращению винтов она перемещается в осевом направлении и подается в камеру нагнета­ния.

Трехвинтовые насосы применяют при подачах 1,5 – 800 м³/ч, они создают давление нагнетания до 18 МН/м².

Шестеренные насосы

Шестеренные насосы просты по конструкции, компактны и надежны в экс­плуатации. Они весьма удобны для перекачки жидкостей большой вязкости, применяются при транспортировании битума, для централизованной подачи смазки в дизелях, нагнетания масла в серводвигатели регуляторов турбин. В химической промышленности используются для перекачки химически ак­тивных жидкостей. Шестеренные насосы выпускаются на сравнительно не­большие подачи (от 0,1 до 50 л/с), давление нагнетания до 3 МН/м² и с частотой вращения до 3000 об/мин. Насосы могут быть различного исполнения: стацио­нарные или передвижные; с электродвигателем на плите или без электродви­гателя; с креплением корпуса на лапах или на фланце двигателя; со штуцерным или фланцевым подсоединением патрубков и т. п. В корпусе насоса помещены два зубчатых колеса – ведущее и ведомое, находящиеся в зацеплении. При вращении они засасывают жидкость со стороны выхода зубьев из зацепления и выталкивают со стороны входа зубьев в зацепление. Зубья выполняются эвольвентного профиля. Жидкость переносится между зубьями обеих шестерен, выжимается из этих впадин на противоположной стороне насоса вхождением зубьев одной шестерни во впадины другой. Возможен «зажим» некоторого количества жидкости в ограниченной зубом впадине. Для перекачки весьма густых жидкостей применяют насосы, изготовляемые с грубым зацеплением. Бесшумная и спокойная работа достигается использованием шевронных ше­стерен, которые не создают осевой силы и не требуют специальных канавок и других мер для разгрузки объема в межзубовой впадине. Разгрузочные ка­навки, по которым стекает жидкость, зажимаемая между зубьями, предназна­чены для предотвращения чрезмерного увеличения давления в замкнутой зубом впадине и предотвращения проявления вакуума при отходе зуба из впадины (рис. 7.4).

1 – разгрузочные канавки;2 — всасывающее отверстие; 3 – напор­ный патрубок; 4 – ведущая ше­стерня

Рис. 7.4. Шестеренный насос

Несколько меньшее распространение получили шестеренные насосы с внут­ренним зацеплением. Они сложнее в изготовлении, но обладают большей подачей.

Шифр насоса РЗ 0,1/35 означает: РЗ – ротационно-зубчатый (шестерен­ный); 0,1 – подача за один оборот ротора, л; 35 – давление нагнетания, кгс/см².

Привод шестеренных насосов осуществляется через бесступенчатый вариа­тор скорости и редуктор.

6.3.4 Самовсасывающие водоколь­цевые насосы

Водокольцевые насосы, предназначенные для создания вакуума, приме­няются для заливки насосов на насосных станциях. С их помощью из всасы­вающих линий крупных насосов отсасывается воздух и последние перед пус­ком заполняются жидкостью. Водоколь­цевые насосы могут быть отнесены к ро­торным насосам, где роль эксцентричного ротора выполняет водяное кольцо. Досто­инством их является то, что развиваемый ими напор превосходит зачастую напор центробежных насосов, имеющих ту же скорость (окружную).

Схема водокольцевого насоса пред­ставлена на рис. 7.5. В кожухе 4 с не­которым эксцентриситетом вращается ротор5 в виде ступицы с лопатками6.Всасывающая и нагнетательная камеры, соединенные с корпусом окнами 1 и 3, расположены на торцовой стенке кор­пуса. Корпус насоса частично запол­няется водой. При вращении ротора она отбрасывается лопастями к периферии и образует замкнутое кольцо. Ступица колеса касается внутренней поверх­ности вращения водяного кольца 2, при этом между ротором и водяным кольцом образуется серповидное воздушное пространство, разделенное лопастями на отсеки. При вращении ротора пространство между лопатками, начиная от точки касания, увеличивается сверху вниз, а далее уменьшается. Воздух засасы­вается из всасывающего отверстия и нагнетается в нагнетательное окно. Вода здесь действует наподобие поршня, создавая то разрежение, то давление.

Рис. 7.5. Расположение водяного кольца при работе водокольцевого насоса

Объемный к. п. д. насоса η₀ ≈ 0,7. Полный к. п. д. невелик: η = 0,25 ... 0,3. Работают эти насосы весьма непродолжительное время (только при заливке центробежных насосов), поэтому сравнительно невысокий к. п. д. их не имеет существенного значения.

Техническая характеристика самовсасывающих насосов приведена в табл. 7.1.

Таблица 7.1 - Техническая характеристика самовсасывающих насосов