9.5. Водокольцевые вакуумные насосы

Водокольцевые насосы по принципу действия аналогичны ро­торным пластинчатым насосам, однако конструктивно существенно отличаются от них. Они предназначены для создания вакуума и отсасывания воздуха и других газов.

Насос состоит (рис. 5) из цилиндрического корпуса 4, снаб­женного крышками 7 и 8 и двумя патрубками: всасывающим 2 и напорным /. Внутри корпуса имеется рабочее колесо 9 с удлиненными лопастями 6, наподобие крыльчатки. Центр вращения рабочего колеса смещен по отношению к центру корпуса на вели­чину е.

Пространство внутри корпуса заполняется водой; при вращении крыльчатки вода отбрасывается в результате действия центробеж­ных сил, образуя на периферии корпуса водяное кольцо. При этом в центральной части насоса образуются воздушные пространства переменного объема, ограниченные поверхностями ступицы рабо­чего колеса, водяного кольца и смежных лопаток.

При вращении рабочего колеса по часовой стрелке объем воз­душного пространства в области всасывающего патрубка начи­нает увеличиваться и достигает максимального значения в нижнем положении (при максимальном эксцентриситете). В этой фазе вра­щения происходит всасывание воздуха через патрубок 2 и серпо­видное отверстие 3. При дальнейшем вращении рабочего колеса объем воздушного пространства уменьшается и воздух вытесняет­ся через н апорное отверстие 5 и напорный патрубок 1.

Работа водокольцевого насоса возможна только в том случае, если внутри корпуса достаточно воды. Небольшое количество воды при работе насоса уносится потоком воздуха, поэтому убыль ее необходимо восполнять.

Водокольцевые вакуумные насосы применяются для удаления воздуха из центробежных и осевых насосов, а также в других случаях, если требуется создание вакуума. Отечественная промыш­ленность выпускает водокольцевые насосы типа КВН-4 и КВН-8, рассчитанные на создание номинального вакуума 440 мм рт. ст. (~58,5 кПа). Цифры после букв в марке насоса означают коэф­фициент быстроходности, уменьшенный в 10 раз.

9.6. Роторно-поршневые насосы

Роторно-поршневые насосы подразделяются на две конструк­тивно различающиеся между собой группы: с радиальным и с акси­альным расположением цилиндров. Вытеснителем в этих насосах служат поршни (плунжеры) малого диаметра, совершающие воз­вратно-поступательное движение в цилиндрах. Число цилиндров, расположенных в одном ряду (одной плоскости), составляет от 5 до 72, а число рядов - от 1 до 4. Применение большого числа цилиндров, последовательно работающих в течение одного оборо­та ротора, создает равномерную подачу жидкости.

Для приведения поршней в движение служат различные ме­ханизмы: кривошипно-шатунные, кулачковые и др.

Принципиальная схема радиального роторно-поршневого насоса представлена на рисунке 6. Основными его элементами являются статор 1, цил индровый блок - ротор 6, поршни 4, статорное коль­цо 2. В качестве распределительного устройства служит пусто­телая ось с перегородкой 5. При вращении ротора в направле­нии часовой стрелки рабочие камеры (цилиндры) поочередно со­единяются с отверстием 3, через которое всасывается жидкость, и с отверстием 7, через которое происходит ее нагнетание. При перемещении поршней от центра рабочие камеры соединяются с полостью всасывания, а при движении поршней к центру - с по­лостью нагнетания.

Перемещая кольцо статора влево, можно изменять эксцентри­ситет е, а следовательно, ход поршней, рабочий объем насоса и его подачу.

Рабочий объем V роторно-поршневого насоса можно выразить так (м³):

, (5)

где w - полезный объем одного цилиндра или объем жидкости, вытесняемой каждым поршнем, м³; z - число цилиндров; е - экс­центриситет, равный половине хода поршня, м; d - диаметр порш­ня, м.

Подача насоса (м³/с):

Q = V (n/60) _omi,

где _o = 0,70 - 0,90 - объемный КПД; т - число рядов цилиндров; i - кратность насоса.

Р оторно-поршневые насосы, у которых цилиндры с поршнями расположены параллельно оси вращения ротора или составляют с ними угол менее 45°, называются аксиальными. Эта группа насосов подразделяется еще на две разновидности: насосы с наклонным блоком, у которых ось вра­щения вала и ось ротора пе­ресекаются, и насосы с нак­лонным диском, у которых оси ведущего вала и ротора совпадают.

Схема насоса с наклон­ным блоком и двойным не­силовым карданом показана на рисунке 7. Устроен такой насос следующим образом. Упорный диск 4 жестко свя­зан с ведущим валом 7 и шарнирно - с головками шатунов 5. На другом конце шатунов имеются шарниры, соединенные с поршнями 3, которые совершают возв­ратно-поступательные дви­жения в блоке цилиндров 2, являющемся одновременно ротором. Ротор приводится во вращение от того же ва­ла 7 через двойной кар­дан 6. Подвод и отвод жид­кости осуществляются через неподвижный распредели­тель 1, к которому присоеди­нены всасывающий и наг­нетательный трубопроводы. Подачи регулируются изме­нением хода каждого поршня, а следовательно, и рабочего объема насоса путем изменения угла  наклона распределителя.

С хема простейшего насоса с наклонным диском представлена на рисунке 8. В насосе отсутствует карданная или шатунная связь наклонного диска с блоком цилиндров. Поршни 2 прижаты пружинами 1 либо непосредственно к наклонному диску 4 (как пока­зано на рисунке), либо через промежуточный башмак.

Подвод и отвод жидкости осуществляются так же, как и в насосе с наклонным блоком, т. е. через неподвижный торцовой распределитель. Изменение рабочего объема, а следовательно ре­гулирование подачи, производится автоматически или вручную пу­тем изменения угла  наклона диска с помощью шарнирной тяги 3.

Рассмотренные роторно-поршневые насосы имеют свойство обра­тимости; поэтому они применяются и как насосы, и как гидро­моторы.

Радиальные роторно-поршневые гидромашины отличаются от других типов роторных машин большими габаритами и массой. Поэтому насосы такого типа применяются в гидроприводах машин большой мощности, например в гидросистемах хода шагающих экскаваторов.

Аксиальные роторно-поршневые насосы и гидромоторы имеют меньшие габариты по сравнению с радиальными гидромашинами, высокий КПД; они пригодны для работы на высоких частотах вра­щения (до 20 000 мин^-1) и давлениях до 30 МПа. Насосы данного типа получили широкое применение еще в конце 19 века на флоте многих стран для выполнения наиболее ответ­ственных операций по управлению кораблем и его вооружением.

Контрольные вопросы и задания

1. Назовите основные типы роторно-вращательных и роторно-поступательных насосов.

2. Перечислите достоинства и недостатки роторных насосов.

3. Нарисуй­те схемы и объясните принцип действия шестеренных насосов.

4. Какие конструк­ции шестеренных насосов вы знаете?

5. Каков принцип действия винтовых насосов?

6. Нарисуйте схемы и объясните принцип действия пластинчатых насосов.

7. В чем различие пластинчатых насосов однократного и двухкратного действия?

8. Как изменить подачу и осуществить реверсирование в пластинчатом насосе однократ­ного действия?

9. Какие типы роторно-поршневых насосов вы знаете? 10. Объясните различие в принципе действия радиальных и аксиальных роторно-поршневых на­сосов.

Примерные темы рефератов

1. Классификация роторных насосов.

2. Применение роторных насосов в раз­личных системах современных моделей автомобилей.

3. Применение роторных насо­сов в различных системах современных моделей тракторов.

4. Применение ротор­ных насосов в гидросистемах металлорежущих станков.

10