Винтовые гидромашины

Винтовые машины чаще всего применяют в качестве насосов. Наиболее распространены трехвинтовые насосы с двухзаходными винтами (рисунок 7). Насос имеет ведущий 1 и два ведомых 3 винта, вращающихся, как в подшипнике, в обойме 4. Винты образованы тремя двузубыми шестернями с циклоидальным зацеплением, имею­щими начальные окружности диаметром d_н. Боковые поверхности зубьев образованы циклоидами, а периферийные — цилиндрами, скользящими по поверхности обоймы 4.

Находясь в зацеплении, винты образуют изолированные камеры (видимая часть границы одной из камер заштрихована и обозначена- а,б,в,г,д,е,ж,з,и,к,а). Теоретически камеры полностью отделены одна от другой. Однако на некоторых участках границы камер, в местах сопряжения боковых поверхностей зубьев, разделение осуществляет­ся не протяженными щелями, а линиями касания. Поэтому для создания машин с малыми утечками точность изготовления винтов должна быть высокой.

При вращении винтов камеры перемещаются поступательно. В начале рабочего цикла каждая из них соединяется с областью подвода жидкости (р₁), а в конце — с областью отвода (р₂), куда перенесенная жидкость вытесняется боковыми поверхностями 7 винтов.

Утечки в винтовых гидромашинах бывают только внутренние. Они происходят вдоль винтов зацепления и через упорные подшип­ники 6 винтов.

При создании машин для высоких давлений, малых утечек достигают путем удлинения винтов. В обойме таких машин располагают последовательно 10—15 камер. Благодаря незначительным перепадам давления между двумя соседними камерами утечки будут малы, несмотря на указанное несовершенство уплотнений кромками. Такие машины нормально работают при Рн ≈ 25 МПа. Для работы при Рн = 1,5÷2 МПа достаточной является длина обоймы (1,2 ÷1,5)t . При этом объемный КПД достигает у насосов высокого давления 0,7—0,8, а у насосов низкого давления 0,95—0,9.

К преимуществам винтовых гидромашин относится то, что зацепление ведущего и ведомого винтов в них не является силовым. Силы давления жидкости со стороны области Р2 на боковые поверхности зубьев ведомых винтов стремятся вращать их в том же направлении, что и ведущий винт. Это сохраняет контактные кромки, и следовательно, увеличивает срок службы машины. Осевые силы, стремящиеся сместить винты в область Р1, уравновешивают гидростатически, подводя через внутренние сверления 2 под торцы винтов 6 жидкость под высоким давлением. Радиальные силы, отталкивающие ведомые винты от ведущего, воспринимаются обоймой. Следовательно, механические потери сводятся к трению винтов об обойму, трению в зацеплении и в подшипниках. Сказанное позволяет заключить, что затраты мощности на трение в винтовых гидромашинах существенны. По механическому КПД (ƞм ≈ 0,9 ÷0,8) эти машины уступают, например, поршневым. Другим их недостатком является невозможность создания конструкций с переменным объемом VО, т. е. с регулируемой подачей.

Благодаря широкому удобному подводу, обеспечивающему доступ жидкости к входу в винты с минимальными потерями, насосы обладают хорошей всасывающей способностью. По экспериментальным данным, насосы обеспечивают полную подачу жидкости при абсолютном давлении 0,06—0,07 МПа в камере 5, если осевая скорость движения жидкости ʋа с камерами винтов не превышает 5—5,5 м/с.

Рисунок 7-Трехвинтовой насос с циклоидальным герметичным зацеплением

Преимуществами винтовых машин являются малая неравномер­ность подачи, отсутствие пульсаций давления в запертых объемах и, следовательно, бесшумность работы. Это объясняется тем, что несмотря на дискретный характер переноса жидкости, благодаря разделению камер линиями контакта, а не протяженными щелями, вытеснение жидкости в область давления р₂ производится непрерывно. Перечисленные преимущества, малые утечки и компактность, делают винтовые насосы с циклоидальным зацеплением, предпочтительным для случаев применения, когда не регулируемость, а равномерность и бесшумность подачи является решающим условием выбора.

Наряду с описанными имеют распространение винтовые машины с другими менее совершенными, но более простыми в изготовлении профилями винтов. В них теоретически невозможно получить по­следовательную цепочку разделенных камер, поэтому при их работе существуют обязательные утечки, которые стремятся снизить, применяя большие числа витков, образующих зацепление. Как правило, такие машины применяют для малых давлений (р_н < 2 МПа) в си­стемах подачи смазывающих материалов.