3. Пластинчатые насосы и гидромоторы

Пластинчатым насосом называют роторный насос с рабочими камерами, образованными рабочими поверхностями ротора, ста­тора, двух смежных пластин и боковых крышек.

Схема насоса однократного действия приведена на рис.3.5. Насос состоит из ротора 1, установленного на приводном валу 2, опоры которого размещены в корпусе насоса. В роторе имеются радиальные или расположенные под углом к радиусу пазы, в которые вставлены пластины 3. Статор 4 по отношению к ротору расположен с эксцентриситетом е. К торцам статора и ротора с малым зазором (0,02…0,03 мм) прилегают торцевые распределительные диски 5 с серповидными окнами. Окно 6 каналами в корпусе насоса соединено с гидролинией всасывания 7, а окно 8 - с напорной гидролинией 9. Между окнами имеются уплотнительные перемычки 10, обеспечивающие герметизацию зон всасывания и нагнетания. Центральный угол, образованный этими перемычками, больше угла между двумя соседними пластинами.

При вращении ротора пластины под действием центробежной силы, пружин или под давлением жидкости, подводимой под их торцы, выдвигаются из пазов и прижимаются к внутренней поверхности статора. Благодаря эксцентриситету объем рабочих камер вначале увеличивается - происходит всасывание, а затем уменьшается - происходит нагнетание. Жидкость из линии всасывания через окна распределительных дисков вначале поступает в рабочие камеры, а затем через другие окна вытесняется из них в напорную линию.

Рис.3.3. Схема пластинчатого насоса однократного действия: 1 - ротор; 2 - приводной вал; 3 - пластины; 4 - статор; 5 - распределительный диск; 6, 8 - окна; 7 - гидролиния всасывания; 9 - гидролиния нагнетания

Рис. 7. Пластинчатый насос двукратного действия

где b - ширина пластин; е - эксцентриситет; D - диаметр статора; z - число платин; t - толщина платин; n - частота вращения ротора.

При изменении эксцентриситета е изменяется подача насоса. Если е = 0 (ротор и статор расположены соосно), пластины не будут совершать возвратно-поступательных движений, объем рабочих камер не будет изменяться, и, следовательно, подача насоса будет равна нулю. При перемене эксцентриситета с +е на -е изменяется направление потока рабочей жидкости (линия 7 становится нагнетательной, а линия 9 - всасывающей). Таким образом, пластинчатые насосы однократного действия в принципе регулируемые и реверсируемые.

Число пластин z может быть от 2 до 12. С увеличением числа пластин подача насоса уменьшается, но при этом увеличивается ее равномерность.

В насосах двойного действия (рис.3.4) ротор 1 и 2 статор соосны. Эти насосы имеют по две симметрично расположенные полости всасывания и полости нагнетания. Такое расположение зон уравновешивает силы, действующие со стороны рабочей жидкости, и разгружает приводной вал 2, который будет нагружен только крутящим моментом. Для большей уравновешенности число пластин 3 в насосах двойного действия принимается четным. Торцевые распределительные диски 5 имеют четыре окна. Два окна 6 каналами в корпусе насоса соединяются с гидролинией всасывания 7, другие два 8 - с напорной гидролинией 9. Так же как и в насосах однократного действия, между окнами имеются уплотнительные перемычки 10. Для герметизации зон всасывания и нагнетания должно быть соблюдено условие, при котором

ε < β.

Профиль внутренней поверхности статора выполнен из дуг радиусами R₁ и R₂ с центром в точке О. Пазы для пластин в роторе могут иметь радиальное расположение под углом 7…15 к радиусу, что уменьшает трение и исключает заклинивание пластин. Насосы с радиальным расположением пластин могут быть реверсивными.

Рабочий объем V₀ пластинчатого насоса однократного действия определяют по формуле, которая получена умножением условно кольцевой площади на ширину пластины за вычетом объёма, занимаемого пластинами

V₀= 2e(2* R-z*s)b, (11)

где е — эксцентриситет; R— радиус ротора; z — число пластин; s — толщина пластины; b — ширина пластины.

Рабочий объем насоса регулируют, изменяя эксцентриситет е. Путем смещения статора можно получать различные значения эксцентриситета по обе стороны от ротора, что позволяет осуще­ствлять реверс подачи насоса.

Подачу насоса определяют по формуле

Q=ή₀V₀ n

Для разгрузки опор ротора от радиальных сил, возникающих от действия давления, применяют пластинчатые насосы двукрат­ного действия, технологически более сложных (рис. 7). При вращении ротора по часовой стрелке всасывание рабочей жидкости происходит через диаметрально расположенные окна всасывания В1 и B2, а вытеснение через окна HI и Н2. Так как давление жидкости действует на диа­метрально противоположные стороны ротора, то опоры ротора разгружены от давления жидкости. Для обеспечения поджима пластин к статору жидкость из напорной полости по кольцевой проточке подается под пластины.

Рабочий объем пластинчатого насоса двукратного действия

V = 2b(R²-r²), (12)

где R — большая полуось статора; r— радиус ротора.

При определении рабочего объема насоса не учтен объем, занимаемый выдвигающимися частями пластин. Как видно из формулы (12), пластинчатые насосы двукратного действия яв­ляются нерегулируемыми насосами. Подачу насоса определяют по формуле (1).

Схема работы пластинчатого гидромотора показана на рис, 8, Крутящий момент на валу гидромотора создается в про­цессе нагнетания рабочей жидкости под давлением

Рис. 8. Схема работы пластинчатого гидромотора

в рабочую камеру в результате разности давлений на пары смежных пластин:

где: р — давление рабочей жидкости;

S_l S₂ — рабочая площадь пластин;

l_l, l₂ — плечи действия равнодействующей сил давления на соседние пластины. Полный крутящий момент равен сумме составляющих момен­тов рабочих камер, соединенных с окном нагнетания, и опреде­ляется по формуле (13) (см пред. лекцию):

_или -. (13)

Одновременно при вращении ротора в рабочих камерах, со­единенных с другим окном, происходит вытеснение рабочей жид­кости из рабочих камер.

Самый нагруженный элемент пластинчатой гидромашины — пластина.

Усилие прижатия пластины к статору без учета сил тре­ния определяется тремя силами:

- равнодействующей силой давления жидкости, дей­ствующего на торец пластины;

-силой от центростремительного ускорения пластины массой;

- силой от трения пластины при движении по профилю статора.

- разгрузка пластины может осуществляться подачей жидкости под давлением в полость между пластиной и статором.

Для обеспечения работоспособности пластины изготовляют из быстрорежущих инструментальных сталей типа Р18 с закалкой до HRC 60—64, обработкой холодом, а затем полированием. Эти стали сохраняют механические свойства при нагреве до 400 °С. Размеры пластины имеют допуски по g6 или f7, шероховатость поверхности Ra = 0,20 мкм.

Чтобы уменьшить трение и защемление пластин в пазах, пла­стины располагают под углом 7—15° к радиусу в сторону враще­ния ротора. Вылет пластины не должен превышать 0,3—0,4 пол­ной ее высоты.

Статоры пластинчатых насосов изготовляют из легированных сталей, например ШХ15, и являются прецизионными деталями, так как имеют очень точную профилированную внутреннюю по­верхность. Шероховатость поверхности профиля Ra —0,1 мкм,

Роторы изготовляют из стали 20Х с закалкой до HRC 59—62, Шероховатость поверхностей боковых торцов Ra =0,025 мкм, пазов Ra = 0,20 мкм. Пазы в роторе обрабатываются по посадке Н7.

Боковые крышки изготовляют из стали 20Х с цементацией и за­калкой до HRC 59—62. Корпуса изготовляют из серого чугуна СЧ 21-40.