Сделай Сам Свою Работу на 5

Неравномерность подачи роторных насосов





ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАСОСАХ

 

Насосом называется машина, осуществляющая перекачку жидкости путем нагнетания, а иногда и всасывания.

С физической точки зрения работа насоса заключается в том, что он преобразует механическую энергию двигателя (привода) в энергию жидкости, т. е. сообщает протекающему через него по­току жидкости мощность. Запас энергии, приобретенный жидкостью в насосе, позволяет потоку преодолевать гидравлические сопротив­ления и подниматься на геометрическую высоту.

Энергия, которую приобретает в насосе каждая единица веса жидкости, т. е. прирост удельной энергии, имеет линейную размер­ность и, как указывалось выше, представляет собой напор, созда­ваемый насосом:

или

Таким образом, в общем случае напор, создаваемый насосом, складывается из прироста пьезометрической высоты (статического напора) и прироста удельной кинетической энергии (динамического напора).

Однако второй член обычно значительно меньше первого, а при одинаковых диаметрах патрубков на входе и выходе и при a1=a2 равен нулю и тогда

Расход жидкости, подаваемой насосом в трубопровод, будем на­зывать полезной подачей насоса и обозначать Q.



Полезной мощностью насоса или мощностью, развиваемой на­сосом, называется энергия, которую сообщает насос всему потоку жидкости ежесекундно. Из определения следует, что эта мощность равна

или

Как и всякая рабочая машина, насос потребляет мощности больше, чем развивает. Отношение развиваемой мощности к по­требляемой называется коэффициентом полезного действия насоса

Отсюда потребляемая насосом мощность равна

или

Этой формулой пользуются при подборе привода к насосу. Полный коэффициент полезного действия насоса учитывает три вида потерь энергии в насосе: гидравлические потери, т. е. потери напора на трение и вихреобразования, объемные потери, обуслов­ленные циркуляцией жидкости через зазоры в насосе, и механиче­ские потери, т. е. потери на механическое трение в подшипниках, уплотнениях и некоторые другие.

Насосы, применяемые в авиации и других областях техники, кажутся весьма разнообразными по своей конструкции и прин­ципам действия. Однако почти все они могут быть разделены на три основных типа:



1) лопастные насосы, к которым относятся центробежные, диа­гональные и осевые;

2) объемные насосы, включающие в себя поршневые и ро­торные;

3) вихревые насосы.

 

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ

Принцип действия центробежного насоса заключается в сле­дующем. Основной рабочий орган насоса — лопаточное колесо (рис. 153), вращаясь с большим числом оборотов, сообщает запол­няющей его жидкости повышенное давление и с увеличенной ско­ростью отбрасывает ее в спиральную камеру (отвод). В результате силового взаимодействия между лопатками колеса и потоком жид­кости происходит преобразование энергии привода в энергию по­тока,

Спиральный отвод имеет улиткообразную форму и предназна­чен для того, чтобы уловить выходящую из колеса жидкость и ча­стично перевести ее кинетическую энергию в энергию давления.

Рабочее колесо центробежного насоса (рис. 154) состоит из двух дисков, один из которых с помощью втулки насажен на вал, а другой, имеющий центральное отверстие для прохода жидкости, скреплен с первым лопатками. Последние имеют криволинейную цилиндрическую или более сложную пространственную форму. Жидкость подходит к колесу вдоль оси его вращения, затем на­правляется в межлопаточные пространства и, пройдя их, выходит через щель между дисками колеса.

Движение жидкости в межлопаточных каналах вращающегося колеса можно рассматривать как результат сложения двух дви­жений: переносного (вращение колеса) и относительного (движе­ние относительно колеса). Поэтому вектор абсолютной скорости жидкости в колесе о может находиться как сумма векторов окруж­ной скорости и и относительной скорости uo. Условимся все величины, относящиеся к входу на лопатку, отмечать индексом 1, а величины, относящиеся к выходу, — индексом 2.



Напор, соз­даваемый идеальным насосом:

Это уравнение является основным не только для центробеж­ных насосов, ню и для всех лопастных машин — вентиляторов, на­гнетателей, а также гидротурбин. В последнем случае происходит не увеличение, а уменьшение момента количества движения жидко­сти при протекании через колесо, т. е. отбор энергии у жидкости, поэтому члены в скобках должны быть записаны с обратными знаками. Это уравнение было получено Л.Эйлером и носит его имя.

Следует обратить внимание на то, что напор, создаваемый идеальным центробежным насосом и измеряемый столбом перека­чиваемой жидкости, не зависит от рода жидкости, т. е. от ее удельного веса.

Обычно жидкость подходит к рабочему колесу насоса без предварительной закрутки, а войдя в колесо, вступает в межло­паточные каналы, двигаясь радиально. Уравнение прини­мает вид

Это уравнение неудобно для использования при расчетах, так как оно не содержит в себе расхода Q.

Получим другую форму основного уравнения для идеального насоса в следующем виде:

Это уравнение позволяет построить характеристику идеально­го центробежного насоса, т. е. график зависимости напора, созда­ваемого насосом, от расхода при постоянном числе оборотов коле­са которая представляет собой прямую. Однако наклон этой прямой зависит от того, какое значение имеет угол лопатки.

Наилучшие результаты для получения напора дает лопатка, загнутая вперед, т. е. при b2>90°, так как при этом создается наибольший напор. Однако практика показывает, что в этом случае получается низкий коэффициент полезного действия, Более выгодной, а потому и наиболее часто употребляемой явля­ется лопатка, загнутая назад, т. е. такая, у которой угол b2<90°; в большинстве случаев этот угол делают равным примерно 30°. Применяют также и радиальные лопатки (b2=90°), но это связа­но с некоторым снижением к. п. д. и диктуется другими соображе­ниями (габариты, прочность).

До сих пор мы рассматривали работу идеального центробеж­ного насоса, т. е. насоса, обладающего бесконечно большим числом лопаток, с коэффициентом полезного действия, равным единице.

Обычно на практике число лопаток составляет от шести до две­надцати. В этом случае относительное течение в межлопаточных каналах колеса уже не является таким струйным, как предпола­галось ранее, и распределение скоростей оказывается неравномер­ным.

Ввиду неравномерности распределения относительных, а также абсолютных скоростей в межлопаточных каналах при конечном числе лопаток приходится вводить в рассмотрение среднее значе­ние скоростей на окружности данного радиуса.

Не рассматривая теории влияния числа лопаток колеса на на­пор, приведем лишь конечный результат этой теории в виде рас­четной формулы Пфлейдерера для коэффициента расхода, а именно

где

Теоретическая характеристика насоса с ко­нечным числом лопаток, так же как и характеристика идеального насоса при постоянном числе оборотов (n=const), является пря­мой линией.

Потери энергии в насосе, учитываемые полным к. п. д. насоса, подразделяются на три вида:

1. Гидравлические потери, оцениваемые гидравлическим к. п. д. насоса.

2. Объемные потери. Эти потери энергии связаны с наличием в насосе обратного перетока жидкости через зазор (уплотнение) между вращающимся колесом и неподвижным корпусом насоса.

Объемные потери энергии оцениваются так называемым объ­емным к. п. д. насоса, равным

3. Механические потери. Сюда относятся потери энергии на ме­ханическое трение в сальниках и подшипниках насоса, а также на трение наружной поверхности колеса (диска колеса) о жидкость. Механический к. п. д. на­соса будет равен

Получим

т.е. полный к.п.д. насоса равен произведению гидравлического, объемного и механического коэффициентов полезного действия насоса.

Значения полного к. п. д. центробежных насосов колеблются в пределах 0,7—0,85; мелкие вспомогательные насосы могут иметь более низкие значения к. п. д.

Важным критерием, имеющим большое значение при проектировании центробежных насосов, является коэффициент быстроходности ns, характеризующий способность насоса создавать напор и обеспечивать подачу. Он связан с формой рабочего колеса насоса:

По коэффициенту быстроходности центробежные и лопастные насосы делятся на

- тихоходные ns £ 80;

- нормальные ns = 80-150;

- быстроходные ns =150-300;

- диагональные или винтовые ns = 300-600;

- осевые или пропеллерные ns = 600-1200.

Чем меньше коэффициент быстроходности, тем меньше к.п.д. насоса.

Всякий центробежный насос, а также насос любого типа ра­ботает нормально лишь в том случае, если абсолютное давление на входе в этот насос не слишком мало. В противном случае во входной части насоса, точнее, при вступлении жидкости в межло­паточные каналы рабочего колеса, где абсолютное давление имеет минимальное значение, возникает кавитация. При кавитационном режиме работы насоса нарушается сплош­ность потока вследствие выделения паров и растворенных газов; возникает характерный шум, обусловленный гидравлическими ударами при конденсации пузырьков пара, а также происходит уменьшение подачи, напора и к. п. д. насоса. Интенсивность этих явлений возрастает с уменьшением абсолютного давления перед входом в рабочее колесо, что видно из так называемой кавитационной характеристики центробежного насоса. Кавитационная ха­рактеристика насоса — это график зависимости напора, мощности и к. п. д. насоса от абсолютного давления жидкости перед входом в колесо. Такого рода характеристики обычно получают в резуль­тате специального испытания. Из кавитационных соображений приходится иногда ограничивать рас­ход и число оборотов насоса.

 

ВЫБОР ТИПА НАСОСА. ОСОБЕННОСТИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В АВИАЦИОННОЙ И РАКЕТНОЙ ТЕХНИКЕ

Выбор типа насоса и его проектирование обычно производятся на основе следующих исходных данных: Q, Н и n. Эти величины позволяют подсчитать коэффициент ns, который сразу дает пред­ставление о том, какая разновидность лопастного насоса требуется на заданные условия.

Если по расчету ns получается чрезмерно большим (например, больше 1200), то это значит, что следует применить не один, а несколько насосов, соединенных параллельно.

Если же значение ns оказывается недопустимо малым и невозможно повысить число оборотов, то приходится применять многоступенчатый насос, т. е. последовательное соеди­нение колес, насаженных на общий вал.

Если такая конструкция нежелательна, то переходят к вихревому или объемно-роторному насосу. Однако при этом следует учитывать такие свойства жидкости, как вязкость, химическую активность и др.

На самолетах с газотурбинными двигателями центробежные насосы применяют пока главным образом в топливных системах в качестве так называемых на­сосов подкачки. При этом они чаще всего выполняются с рабочими колесами за­крытого типа или полуоткры­того типа, т. е. состоящими лишь из одного диска с лопатками, расположен­ными по одной его стороне, реже применяются открытые колеса.

В настоящее время намечается тенденция к использованию центробежных насосов в качестве основных топливоподающих насосов на газотурбинных двигателях. Это обусловлено тем, что растет необходимая подача топлива (расход) и осуществляется переход к менее вязким его сортам, обладающим к тому же боль­шей испаряемостью. В то же время имеется возможность приме­нения насосов при весьма значительных угловых скоростях вра­щения (несколько десятков тысяч оборотов в минуту).

В этих условиях центробежные насосы способны обеспечить необходимую подачу топлива под достаточно высоким давлением при меньших габаритах и весе, нежели другие типы насосов. При этом указанные насосы обладают теми же характерными особен­ностями, что и насосы, применяемые в жидкостно-ракетных двига­телях.

В ЖРД центробежные насосы широко применяются для по­дачи горючего и окислителя из баков в камеру сгорания двигателя. Эти насосы должны создавать напор, достаточный для преодоления всех сопротивлений в трубопроводах и противодавления в камере сгорания, а также для обеспечения необходимого перепада на фор­сунках. В связи с этим потребный напор здесь оказывается весьма значительным и измеряется сотнями метров, а давление—десятками атмосфер.

Обычно для получения столь высоких давлений применяются объемные насосы, однако если при этом одновременно требуется значительный расход (как это имеет место в ЖРД) и возможно применение привода с большим числом оборотов, например газо­вой турбины, то использование центробежного насоса оказывается более рациональным.

Еще одной особенностью центробежных насосов, применяемых в ЖРД, является то, что они из-за больших чисел оборотов рабо­тают обычно на режимах, близких к кавитационным. В связи с этим особую важность приобретает кавитационный расчет на­сосов.

 

ВИХРЕВЫЕ НАСОСЫ

Вихревой насос имеет внешнее сходство с насосом центробеж­ным — он состоит из рабочего колеса 1 с короткими радиальными лопатками и неподвижного корпуса 2, снабженного всасывающим 3 и напорным 4 патрубками (рис. 176). В вихревом насосе не обес­печивается герметичное разделение всасывающего и напорного тру­бопроводов, т. е. насос является проточным так же, как и все ло­пастные насосы.

Однако по принципу действия вихревые насосы существенно отличаются как от лопастных, так и от объемных насосов, а поэто­му считаются самостоятельным типом насосов.

В вихревых насосах преобразование энергии двигателя в энер­гию потока жидкости осуществляется в процессе интенсивного вихреобразования и увлечения быстродвижущимися частицами жидкости в межлопаточных ячейках колеса 5 медленно движу­щихся частиц жидкости в канале, охватывающем колесо. Во вращающемся колесе с двусторонним расположением ячеек, как по­казано на рис. 176, и в охватывающем колесо канале образуется парный вихрь (см. стрелки). Это приводит к непрерывному обмену частицами жидкости между ячейками и каналом.

Вихревые насосы так же, как и центробежные, обычно исполь­зуются для перекачки маловязких жидкостей — воды, керосина, кислот и т. д. Характерным для этих насосов является сравни­тельно небольшая подача и относительно высокий напор, в 4— 10 раз превышающий напор центробежного насоса при тех же окружных скоростях вращения колеса. Это соответствует значени­ям коэффициента быстроходности ns =10—40, т. е. той области, где применение одноступенчатых центробежных насосов затрудне­но из-за низкого к. п. д. и необходимости высокооборотного при­вода.

Достоинством вихревых насосов, помимо высокой напороспособности, является простота конструкции, малые габариты и не­большой вес. Основной их недостаток — сравнительно низкий к. п. д. (25-50%).

Вихревые насосы находят применение на самолетных топливозаправщиках и в ряде других областей.

 

ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ

Основные положения

Принцип действия объемного насоса существенно отличается от принципа действия насоса лопастного.

Объемным насосом называется насос, в котором перемещение жидкости осуществляется путем вытеснения ее из рабочих камер вытеснителями.

Рабочая камера объемного насоса—это пространство, попере­менно сообщающееся с приемной (всасывающей) полостью на­соса при заполнении и с отдающей (напорной) полостью при вытеснении. В объемном насосе может быть одна или несколько ра­бочих камер.

Вытеснитель—это рабочий орган объемного насоса, непосред­ственно совершающий работу вытеснения (а иногда и всасывания). Число вытеснителей в насосе может быть равным числу рабочих камер или меньшим.

Таким образом действие объемного насоса заключается в пе­риодической подаче определенных, характерных объемов (порций) жидкости из всасывающего трубопровода в напорный с одновре­менным повышением давления жидкости. Следовательно, подача объемного насоса, в отличие от подачи лопастного насоса, всегда является более или менее неравномерной, а потому обычно рас­сматривается осредненная по времени подача.

Другой особенностью объемных насосов, является то, что при­емная полость в них всегда герметически отделена от отдающей. При этом герметичность может быть абсолютной или относитель­ной (практической). В последнем случае допускается возможность небольшого перетекания (просачивания) жидкости через зазоры в малом по сравнению с подачей насоса количестве.

Наконец, в качестве третьей особенности объемных насосов сле­дует указать на их свойство самовсасывания. Все объемные на­сосы в принципе являются самовсасывающими, т. е. такими, ко­торые, работая на воздухе (без жидкости), способны создать достаточно большое разрежение и подсосать жидкость по всасывающему трубопроводу из емкости, расположенной ниже насоса при условии, что геометрическая высота всасывания не превышает предельного значения, зависящего от ряда факторов. Кроме того, на практике объемные насосы часто лишаются свойства самовса­сывания вследствие недостаточной герметичности или недостаточ­ного числа оборотов.

Для теоретической подачи насоса в секунду имеем

По характеру процесса вытеснения объемные насосы делятся на два основных класса — на поршневые и роторные.

 

Поршневые насосы

Поршневой насос—это объемный насос, в котором вытеснение жидкости производится из неподвижных рабочих камер в резуль­тате лишь прямолинейного возвратно-поступательного движения вытеснителей относительно этих камер.

Таким образом, для поршневого насоса характерным является неподвижность рабочих камер и прямолинейное возвратно-посту­пательное абсолютное движение вытеснителей.

К классу поршневых насосов, помимо собственно поршневых насосов, относятся также насосы плунжерные, диафрагменные и некоторые другие насосы с тем же характером процесса вытес­нения, но отличающиеся лишь конструкцией или формой вытеснителя.

Возвратно-поступательное движение вытеснителей (поршней, плунжеров и т. д.) чаще всего осуществляется посредством кривошипно-шатунного механизма, но применяются и другие механизмы (кулачковые, эксцентриковые и т. п.).

Для обычных поршневых насосов характерно наличие всасы­вающих и напорных клапанов, регулирующих движение жидкости через рабочую камеру. При заполнении рабочей камеры жидко­стью всасывающий клапан открыт, а напорный — закрыт. При вы­теснении жидкости (нагнетании), когда вытеснитель движется в обратную сторону, наоборот, всасывающий клапан закрыт, а на­порный — открыт. Эти клапаны обычно являются самодействую­щими, т. е. такими, которые открываются лишь воздействием пе­репада давления, а закрываются под действием собственного веса или пружины.

По числу рабочих камер в насосе различают поршневые насо­сы одинарного (простого) действия (z=1), двойного действия (z=2), тройного действия (z=3) и т. д.

На рис. 178 показана принципиальная схема поршневого насо­са простого действия, а на рис. 179—двойного действия.

На рис. 180 показаны графики изменения подачи насосов Q по углу поворота: а—для насоса простого действия и б—для на­соса двойного действия. В насосе простого действия подача проис­ходит лишь на протяжении полуоборота кривошипа; в течение дру­гой половины оборота происходит всасывание, а подача равна нулю, т. е. имеет место огромная неравномерность подачи.

Для насоса двойного действия подача за один оборот изобра­жается двумя синусоидами с различными амплитудами (вторая меньше первой за счет площади штока), дважды подача обращает­ся в нуль и дважды достигает максимального значения. Неравно­мерность подачи меньше, чем в предыдущем случае, но все же очень велика.

Отрицательное влияние неравномерности подачи на работу на­соса заключается прежде всего в том, что вследствие неустановив­шегося течения в трубопроводах давление жидкости у поршня сильно меняется по ходу. При этом во время ускоренного движения поршня и жидкости во всасывающем трубопроводе происходит

дополнительное падение давления у пор­шня, обусловленное инерционным напо­ром, и возможно возникновение кавитации и даже полный отрыв жидко­сти от поршня.

Кроме того, вследствие большой неравномерности подачи при­ходится затрачивать дополнительную мощность на периодическое увеличение потерь напора на трение жидкости, заключенной во всасывающем и напорном трубопроводах.

Поршневые насосы при соответствующей технологии их изго­товления способны создавать весьма высокие давления, измеряе­мые десятками, сотнями, а в отдельных случаях и тысячами атмо­сфер. Из всех существующих насосов поршневые являются наи­более высоконапорными.

Но поршневые насосы можно использовать лишь при сравни­тельно небольших числах оборотов, не более 300—500 об/мин. При более высоких оборотах нарушается нормальная работа само­действующих всасывающих и напорных клапанов в насосе. В связи с этим свойством тихоходности размеры поршневого насоса ока­зываются значительно большими, чем центробежного, рассчитанного на те же параметры (подачу и давление). Поэтому из водоснаб­жения и ряда других отраслей техники поршневые насосы вытес­нены центробежными и роторными насосами.

Поршневые насосы в виде мощных агрегатов с механическим приводом применяются в настоящее время главным образом в нефтяной и химической промышленности для перекачки жидко­стей значительной вязкости, а также на тепловых электростанциях для питания паровых котлов высокого давления.

Кроме того, поршневые насосы находят применение во всех тех специальных областях, где требуется особенно высокое давление.

Класс поршневых насосов делится на два подкласса, различаю­щихся между собой по характеру движения ведущего звена: на прямодействующие и вальные. Вальные поршневые насосы делятся на кри­вошипные и кулачковые.

Кулачковые поршневые насосы с бесклапанным распределени­ем жидкости имеют большое сходство с роторно-поршневыми на­сосами.

Роторные насосы

Роторные насосы являются тем классом насосов, который в на­стоящее время находит наиболее широкое применение в авиаци­онной технике. К их числу относятся насосы коловратные, шестеренные, винтовые, пластинчатые, роторно-поршневые, роторно-плунжерные и др. Все эти насосы, существенно различные в конструктивном отношении, имеют между собой много общего в рабочем процессе и в характеристиках.

Роторные насосы, как и поршневые, относятся к числу объем­ных насосов, т. е. насосов, работающих по принципу вытеснения. Однако процесс вытеснения жидкости в роторных насосах сущест­венно отличен от процесса в поршневых насосах.

Таким образом, можно дать следующее определение роторного насоса: это объемный насос, в котором вытеснение жидкости про­изводится из перемещаемых рабочих камер в результате враща­тельного или сложного движения вытеснителей относительно ста­тора.

Под статором понимается неподвижная часть насоса, его кор­пус, имеющий приемную (всасывающую) и отдающую (напорную) полости. Часть роторного насоса, вращающаяся непосредственно от ведущего вала, называется ротором. Кроме того, в роторном насосе обычно имеется один или несколько вытеснителей, совершающих то или иное циклическое движение относительно ротора.

Перенос рабочих камер в роторном насосе делает ненужными всасывающий и напорный клапаны. Характерной особенностью всех роторных насосов, обусловленной их процессом вытеснения, является отсутствие клапанного распределения жидкости. Кроме того, в роторных насосах отсутствует обычный кривошипно-шатунный механизм.

В связи с отсутствием всасывающих и напорных клапанов, ро­торные насосы обладают свойством обратимости, т. е. способны работать в качестве гидродвигателей (гидромоторов) в том случае, когда к ним подводится жидкость под давлением. Это полезное свойство роторных насосов обеспечивает широкое использование их в так называемых гидропередачах.

Роторные насосы являются значительно более быстроходными, чем поршневые, что также связано с отсутствием у них клапанного распределения. В настоящее время роторные насосы эксплуати­руются на числах оборотов до 3000—5000 об/мин, а в отдельных случаях и на более высоких.

По сравнению с поршневыми, роторные насосы обладают зна­чительно большей равномерностью подачи, что также является их достоинством.

Достоинством роторных насосов является также компактность конструкции, малые размеры, а также небольшой вес, приходя­щийся на единицу развиваемой мощности.

Давление, которое способны создавать современные авиацион­ные роторные насосы, достигает 250—300 кГ/см2, причем имеется тенденция и возможность дальнейшего его повышения. Однако столь высокие давления свойственны не всем, а лишь одной разно­видности роторных насосов — роторно-поршневым (или роторно-плунжерным) и при весьма высоких классах точности их изготов­ления. В целом роторные насосы вследствие бесклапанного распре­деления оказываются несколько менее высоконапорными, чем поршневые насосы.

Рабочий процесс каждого элемента роторного насоса склады­вается из следующих трех этапов:

1) заполнение рабочих камер жидкостью;

2) замыкание рабочих камер, т. е. изоляция от приемной и от­дающей плоскостей насоса, и перенос их из приемной полости в отдающую;

3) вытеснение жидкости из рабочих камер.

В дальнейшем при рассмотрении основных разновидностей ро­торных насосов эти этапы рабочего процесса и другие особенности роторных насосов будут показаны на конкретных схемах

Рассмотрим классификацию роторных насосов:

Шестеренные насосы

Шестеренный насос (см. рис. 181) чаще всего выполняется в виде пары одинаковых зубчатых колес с эвольвентным зацепле­нием, заключенных в плотно обле­гающий их корпус — статор. Ро­тором считается ведущее колесо, вытеснителем — ведомое. В при­емной полости насоса жидкость заполняет собой впадины между зубцами обеих шестерен, а затем происходит замыкание (изоляция)

этих объемов и перемещение их по дугам окружности в отдающую (напорную) часть насоса.

В процессе зацепления каждый зубец каждой шестерни вхо­дит в соответствующую ему впадину и вытесняет при этом из нее жидкость. Так как объем впадины больше, чем объем зуба, то в месте зацепления некоторое количество жидкости возвращается обратно во всасывающую полость.

Таким образом функцию вытеснения жидкости в данном насо­се выполняют обе шестерни, т.е., ротор и вытеснитель одновремен­но, а рабочими камерами в насосе являются впадины между зуб­цами.

Осредненная теоретическая подача шестеренного насоса в секунду равна

Шестеренные насосы способны создавать давление до 100—150 кГ/см2, а иногда и выше.

Для получения особо высоких давле­ний иногда применяют многоступенчатые шестеренные насосы. Шестеренные насосы находят широкое применение в авиацион­ной технике и, в частности, в самолетных силовых гидросистемах. Но их основным недостатком является невозможность простого регулирования рабочего объема.

Находит применение также шестеренный насос с внутренним зацеплением (см. рис. 182).

Шестеренные насосы с внутренним зацеплением обладают не­сколько большей подачей, чем насосы с внешним зацеплением при тех же габаритах. Кроме того, их преимуществом является симметричное расположение приводного вала относительно корпу­са. Но эти насосы сложнее в изготовлении, а их напороспособность несколько ниже, чем у насосов с внешним зацеплением. Последнее объясняется тем, что путь переноса рабочих камер в этих насосах гораздо короче, чем в насосах с внешним зацеплением, а следова­тельно, меньше степень герметичности.

Такого рода насосы применяются на некоторых самолетных заправщиках, где не требуется высоких давлений.

 

Винтовые насосы

Винтовой насос с тремя винтами, заключенными в корпус с при­емной и отдающей полостями, показан на рис. 183. Средний винт является ведущим, два боковых — ведомыми. Для обеспечения герметичного замыкания рабочих камер и, следовательно, разделе­ния приемной и отдающей полостей насоса, необходим специаль­ный циклоидальный профиль винтов. Нарезка винтов обычно выполняется двухзаходной. Передаточное отношение от ведущего винта к ведомым равно единице.

Рабочие камеры в насосе ограничиваются витками всех трех винтов и поверхностями статора. При вращении винтов замкнутые рабочие камеры вместе с жидкостью перемещаются вдоль осей вращения.

Профилирование винтов выполняется таким образом, что оба ведомых винта полностью разгружаются от крутящих моментов, лишь ведущий винт нагружен моментом и совершает работу вы­теснения. Следовательно, он является одновременно и ротором и вытеснителем. Ведомые же винты играют роль так называемых замыкателей — подвижных звеньев механизма насоса, которые лишь разобщают приемную и отдающую полости насоса, не вытес­няя жидкости.

Теоретическая подача винтового насоса определяется выра­жением

Трехвинтовые насосы способны создавать давления до 100— 200 кГ/см2. Чем больше давление, на которое рассчитывается на­сос, тем длиннее должен быть путь переноса рабочих камер и, сле­довательно, длиннее должны быть винты.

Описанный насос обладает весьма равномерной подачей, спо­собен работать на больших оборотах (до 3000—5000 об/мин), от­личается бесшумностью работы и надежностью. Но он имеет тот же недостаток, что и шестеренный насос: невозможность регу­лирования рабочего объема во время работы. Кроме того, вин­товой насос достаточно сложен в изготовлении.

Тем не менее трехвинтовой насос с циклоидальным профилем винтов является достаточно перспективным насосом. Он приме­няется в ряде отраслей техники, в том числе в авиации на некото­рых иностранных самолетах, в качестве основного насоса силовой гидросистемы.

Иногда применяются двухвинтовые и одновинтовые насосы. Однако они по своим данным обычно уступают трех­винтовым насосам с циклоидальным профилем.

 

Пластинчатые насосы

Пластинчатые насосы в авиации часто применяются в виде четырехпластинчатого агрегата с плоскостной кинематикой (см. рис. 184). Ротор представляет собой полый цилиндр с радиаль­ными прорезями, в которых скользят пластины — вытеснители.

Ротор расположен эксцентрично относительно внутренней цилинд­рической поверхности статора, расточенной по кругу, благодаря чему пластины при вращении ротора совершают возвратно-посту­пательные перемещения относительно ротора. Под действием центробежных сил пластины своими внешними торцами прижимаются к внутренней поверхности статора и скользят по ней, а внутренни­ми торцами обкатываются по так называемому плавающему ва­лику, не имеющему подшипников.

Жидкость заполняет пространство между двумя соседними пла­стинами и поверхностями ротора и статора. Это и есть рабочая камера, объем которой увеличивается при вращении ротора, а затем, достигнув максимального значения, замыкается и перено­сится в напорную полость насоса. Одновременно с этим начинается вытеснение жидкости из рабочей камеры в количестве, равном полезному объему этой камеры w.

Осредненная теоретическая подача в секунду:

Так как в пластинчатом насосе путь переноса рабочей камеры сведен до минимума, а разделение приемной и отдающей полостей осуществляется лишь контактом торца пластины и статора, то степень герметичности в насосе невелика. Вследствие этого и дав­ления, создаваемые пластинчатым насосом, обычно несколько ниже, чем давления, создаваемые другими роторными насосами.

Насосы, выполненные по схеме на рис. 184, применяются в ка­честве бензонасосов на поршневых авиадвигателях и в качестве насосов подкачки топлива и масляных насосов на некоторых само­летах с газотурбинными двигателями. В этих случаях от насосов требуется давление всего лишь в несколько атмосфер.

В металлорежущих станках и некоторых других машинах пла­стинчатые насосы применяются в виде более мощных агрегатов с числом пластин до 10—12 и более и с устройствами, повышаю­щими степень герметичности в насосе. Это позволяет получать от них давления до 70 кГ/см2, а в некоторых случаях и больше.

В отличие от насосов коловратных (шестеренных и винтовых) пластинчатые насосы в принципе допускают возможность регули­рования их рабочего объема, что легко достигается изменением эксцентриситета в насосе, т. е. смещением ротора относительно статора.

Применяются также пластинчатые насосы двойного действия, в которых за один оборот ротора каждый вытеснитель (пластина) совершает два возвратно-поступательных движения относительно ротора. В этих насосах внутренняя поверхность статора должна быть не круглой, а специальной цилиндрической формы.

 

Роторно-поршневые насосы

Роторно-поршневые насосы, к числу которых также относятся роторно-плунжерные, применяются как с плоскостной кинематикой, так и с пространственной.

Первые из них, называемые радиальными роторно-поршневыми (или роторно-плунжерными) насосами, имеют ротор 1, располо­женный эксцентрично относительно статора 3 и снабженный радиальными цилиндрическими гнездами (см. рис. 186). Поршни 2 (плунжеры), вставленные в эти гнезда и выполняющие функцию вытеснителей, при вращении ротора совершают возвратно-поступа­тельное движение относительно ротора, скользя своими концами по внутренней поверхности статора. Скольжение часто заменяется качением специальных роликов.

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.