9.3. Винтовые насосы

В интовые насосы можно рассматривать как машины с косозубыми шестернями, имеющими число зубьев, равное числу захо­дов винтовой нарезки. В зависимости от числа винтов различают одно-, двух-, трех- и многовинтовые насосы. Наибольшее распро­странение получили двух- и трехвинтовые насосы. На рисунке 3 показан насос с тремя винтами, плотно посаженными внутри кор­пуса 1. Средний винт 2 - ведущий, два боковых 3 - ведомые. Выступы одного винта входят во впадины другого, в результате объем между нарезками оказывается разделенным на несколько замкнутых полостей. Часть впадин между витками нарезки запол­няется жидкостью во всасывающей полости; после поворота вин­тов эта жидкость отсекается от входной полости и перемещается вдоль винта в том же направлении, как двигалась бы гайка, лишенная возможности поворачиваться вместе с винтом.

Ведомые винты предотвращают перетекание жидкости по вин­товой впадине вокруг винта. За один оборот винта жидкость пере­мещается в сторону нагнетательного патрубка на расстояние, равное шагу нарезки винта. Таким образом, через каждый шаг винта создаются замкнутые полости, которые непрерывно пере­мещаются от входной полости к выходной.

Выступы нарезки как бы выполняют функцию поршней, дви­жущихся непрерывно в одном направлении и вытесняющих жид­кость вдоль впадин. В связи с этим подача жидкости винтового насоса равномерная, без заметной пульсации, и достигает доволь­но больших значений (10 000—15 000 л/мин). Подача винтового насоса может быть определена по формуле (м³/с):

q = (S_к – S_в)tn_о /60, (3)

где S_к - площадь поперечного сечения полости корпуса, в которой размещены винты, м²; S_в - площадь "тела" винтов в том же сече­нии, м²; t - шаг винтов, м; _о = 0,75-0,98 - объемный КПД.

Кроме равномерности подачи, винтовые насосы отличаются большой самовсасывающей способностью (до б-7 м вод. ст.), возможностью изменять давление в широком диапазоне, относи­тельно постоянным КПД, компактностью. Однако сложность изго­товления, требующая высокой точности, ограничивает их исполь­зование.

9.4. Пластинчатые насосы

Пластинчатые насосы по форме вытеснителей и по способу замыкания вытесняемого объема относятся к группе шиберных машин роторно-поступательного действия. Вытеснители в них вы­полнены в виде пластин (шиберов), которые помещены в ради­альные прорези вращающегося ротора, а вытесняемые объемы ограничиваются пластинами и поверхностями ротора и статора. Следовательно, ротор совершает вращательное движение, а пла­стины — вращательное и возвратно-поступательное движения одно­временно. Пластинчатые насосы бывают однократного, двухкрат­ного и многократного действия.

Насосы однократного действия могут быть регулируемые и нерегулируемые, а двухкратного и многократного — нерегули­руемые.

П ластинчатый насос однократного действия показан на ри­сунке 4. В корпусе насоса (статоре) 3, имеющем цилиндриче­скую внутреннюю расточку, расположен ротор 4, представляющий собой цилиндр с прорезями. В эти прорези вмонтированы прямо­угольные пластины - вытеснители 5, которые при вращении ротора под действием центробежных сил прижимаются внешними тор­цами к внутренней поверхности статора и скользят по ней.

При вращении ротора в на­правлении часовой стрелки в ниж­ней полости возникает разреже­ние, и жидкость поступает через всасывающий патрубок 6 в ра­бочую камеру, ограниченную со­седними пластинами и поверхно­стями статора и ротора. Объем рабочей камеры при входе в нагне­тательную полость уменьшается, давление жидкости возрастает, и она через специальный канал вы­тесняется в нагнетательный пат­рубок 1. Для отделения всасы­вающей полости от нагнетатель­ной в статоре имеется также уплотнительная перемычка 2, размер которой должен быть несколько больше расстояния между сосед­ними пластинами.

Теоретическая подача пластин­чатого насоса однократного дейст­вия может быть выражена формулой (м³/с)

, (4)

где r - радиус внутренней поверхности статора, м; е - эксцентри­ситет, м;  - толщина пластины, м; b — ширина пластины в осе­вом направлении, м; z - число зубьев;  = 0-15° - угол наклона пластин к радиусу.

Регулирование рабочего объема камер, величины подачи и ревер­са в насосе однократного действия производится изменением зна­чения и знака эксцентриситета е, т. е. смещением центра вращения ротора относительно геометрического центра статора. Для этого служит специальный винтовой механизм. На рисунке показан на­сос, установленный на максимальный эксцентриситет +е_тах, что соответствует максимальной подаче +Q_тmax; в положении, при котором эксцентриситет равен нулю, расход также равен нулю (е = 0; Q_т = 0); если центр вращения смещается влево от геомет­рического центра, то эксцентриситет снова становится максималь­ным, но обратного знака (-е_тах), что соответствует максимальной подаче противоположного направления (-Q_тmax). т. е. полости вса­сывания и нагнетания меняются местами.

В пластинчатом насосе двухкратного действия подача жидкости за один оборот производится дважды. Внутренняя полость стато­ра в таком насосе имеет специальный профиль, сходный с эллип­тическим, что позволяет одновременно иметь две рабочие полости слева и справа от ротора. В каждой полости расположено по одному входному окну, соединенному каналами с всасывающим патрубком, и по одному выходному, имеющему каналы в нагнетательный патрубок. Регулирование рабочего объема в таком насосе исклю­чается.

Если насос предназначен для работы без реверсирования, то пластины в роторе устанавливаются с наклоном в сторону вра­щения под углом  = 7-15°. От числа пластин зависит равно­мерность подачи: при увеличении их числа равномерность подачи повышается и снижается нагрузка на каждую пластину. Макси­мальное число пластин ограничивают 12, так как дальнейшее уве­личение их количества уменьшает полезный объем насоса и услож­няет конструкцию.

Роторно-пластинчатые гидромашины рассчитаны на работу при сравнительно небольшой подаче (от 5 до 200 л/мин) и при доста­точно высоком давлении (до 7 МПа). Благодаря малым габарит­ным размерам, удобству встраивания и высокому КПД они ши­роко применяются в гидроприводах станков и других машин-орудий.