Вопрос 1.13. Регулирование работы поршневого насоса

Регулирование работы поршневого насоса заключается в регули­ ровании основных параметров работы насоса, т.е. его подачи и со­ здаваемого давления. Это можно обеспечить следующим образом:

1. Изменение площади поперечного сечения поршня. С этой це­ лью поршневой насос имеет комплект цилиндровых втулок с различ­ ным внутренним и постоянным наружным диаметром, которые встав­ ляются внутри клапанной коробки и закрепляются лобовой крыш­ кой поршневого насоса. При этом имеется соответствующий комп­ лект поршней различного диаметра. Чем меньше диаметр поршня, тем меньше подача насоса и, соответственно, больше развиваемое давле­ ние. Недостаток этого способа регулирования заключается в том, что для изменения параметров работы насоса требуется его остановка, и разборка части гидравлической коробки. Тем не менее, этот способ регулировки применяется на длительный срок работы насоса.

2. Изменение числа двойных ходов поршня или оборотов привод­ ного вала. Это возможно осуществить следующими способами:

Установкой перед насосом коробки перемены передач. Недо­ статок - ступенчатость регулирования и громоздкость конструкции

Изменение частоты вращения привода с двигателем внутренне­ го сгорания. Недостаток - при плавном регулировании можно изменять частоту вращения ДВС лишь на 20%, не меняя мощности привода.

Изменение частоты вращения электродвигателя постоянного тока. Это возможно в широких пределах, но, к сожалению, постоян­ ный ток в промышленности применяется, в основном, на транспорте (электропоезд, трамвай, троллейбус).

Изменение частоты вращения электродвигателя переменного тока. Однако для этого необходимы следующие приспособления, ко­ торые ведут к удорожанию работы поршневого насоса:

Вентильный каскад;

Каскад Кремера;

Каскад генератор - двигатель

3 0 -

Изменение числа оборотов кривошипного вала удобный способ регулирования, на практике используется несколько вариантов в ком­ плексе, что позволяет плавно менять подачу поршневого насоса.

3. Подачу поршневого насоса можно уменьшить почти в два раза если убрать нагнетательный клапан в штоковой камере насоса. При _{э т} ом насос двойного действия будет работать, как насос диффе­ ренциального действия, давление и степень неравномерности по­ дачи не изменяются. Этот способ регулирования на практике при­ меняется редко, при закачивании глубоких скважин, когда требу­ ется уменьшить подачу насоса до минимума для уменьшения гид­ равлических сопротивлений движения жидкости в затрубном про­ странстве.

4. Изменять длину хода поршня возможно только в специальных дозировочных насосах, которые будут рассмотрены ниже.

Вопрос 1.14. Роторные насосы

Роторными насосами называются гидравлические машины, рабо­ тающие, как и поршневые насосы, по принципу вытеснения жидкости.

В роторных насосах отделение напорной линии от всасывающей происходит путем одновременного замыкания трех основных частей насоса: статора (неподвижной части), ротора и замыкателей или вы­ теснителей. При этом вытеснителями могут быть шестерни, винты, поршеньки, пластинки, которые, вращаясь вместе с валом или рото­ ром, вытесняют жидкость, поступающую в насос, в нагнетательную линию. Роторные насосы не нуждаются в клапанах.

Благодаря поочередному и непрерывному следованию одного вытеснителя за другим подача роторного насоса отличается большой равномерностью. К основным преимуществам роторных насосов, кро­ ме того, относятся сравнительно небольшие габариты и вес, простота конструкции и изготовления, способность работать при больших чис­ лах оборотов, благодаря чему возможно непосредственное соедине­ ние с электродвигателем, малая зависимость давления от подачи. Эти насосы находят применение в основном для перекачки вязких жид­ костей и используются в качестве масляных, топливных, перекачи­ вающих насосов и насосов для различных систем управления и авто­ матики. По виду вытеснителей роторные насосы могут быть шесте­ ренными, винтовыми или пластинчатыми.

Шестеренные насосы. Шестеренный насос состоит из двух нахо­ дящихся в зацеплении шестерен, помещенных в плотно охватываю­ щий их корпус (рис. 1.15).

Корпус имеет приемный А и нагнетательный В патрубки; прием­ ный патрубок расположен со стороны выхода зубьев шестерен из за­ цепления, а нагнетательный - на стороне входа их в зацепление.

- 3 1 -

Рис. 1.15 Схема шестеренного насоса

Принцип действия насоса заключается в засасывании жид­ кости в межзубовые впадины, ос­ вобождаемые зубьями, выходя­ щими из зацепления, и в вытес­ нении этой жидкости зубьями, входящими в зацепление. Жид­ кость, попавшая во впадину со стороны всасывающей полости, переносится в камеру нагнета­ ния. Процессы всасывания и на­ гнетания происходят непрерыв­ но в течение полного оборота шестерен. Находящиеся в зацеп­ лении зубья шестерен представ­

ляют собой подвижное уплотнение, разделяющие полости всасы­ вания и нагнетания.

шестеренных насосах применяют главным образом зубья

эвольвентным профилем, который нечувствителен к изменению рас­ стояния между осями шестерен и прост в изготовлении.

С достаточной для практики точностью подачу насоса (в м³/с) можно определить по формуле:

(1.17)

где D_H - диаметр начальной окружности шестерен в м; т - модуль зацепления в м;

b - ширина шестерен в м;

- число оборотов шестерен в минуту;

объемный КПД, учитывающий утечки.

Величина находится в пределах 0,7...0,9, численное значение механического КПД находится в пределах 0,8...0,95. Шестерни на­ соса обычно исполняют одинакового диаметра с числом зубьев 8... 12. Шестерни выполняют прямозубыми, косозубыми и шеврон­ ными. Насосы применяют для подач 0,25...40 м³/час и напоров до 2...3 МПа. Шестеренные насосы применяют в гидросистемах агре­ гатов для подземного ремонта и как топливные в депарафиниза-ционных агрегатах.

Винтовые насосы. Винтовые насосы обычно выполняют с одним, двумя, тремя или пятью винтами при этом один винт ведущий, а ос­ тальные ведомые. Винты многовинтовых насосов помещают в плот­ но охватывающий их кожух. Всасывающую и нагнетательную каме­ ры помещают со стороны торцов винтов (рис. 1.16).

- 3 2 -

Рис. 1.16. Устройство винтового насоса:

1 - крышка корпуса; 2 - обойма роторов; 3 - ведомый ротор; 4 - нагнетательный патрубок; 5 - ведущий ротор; 6 - нажимная втулка уплотнительного сальника;

7 - корпус; 8 - опорная втулка ведущего ротора; 9 - ведомый ротор; 10 - всасывающий патрубок; 11 и 13 - разгрузочные поршни ведомого ротора;

12 - разгрузочный поршень ведущего ротора.

При вращении винтов в раскрывающуюся впадину винтового ка­ нала, находящуюся во всасывающей полости, поступает жидкость. При дальнейшем вращении винтов эта впадина замыкается и жидкость, находящаяся в ней, переносится к нагнетательной полости, где впади­ на размыкается, и жидкость, находящаяся между входящими в зацепление винтами, проталкивается в нагнетательный трубопровод.

Винтовые насосы имеют ряд преимуществ перед шестеренчаты­ ми: меньше габариты и вес, бесшумность работы, отсутствие перебал­ тывания перекачиваемой жидкости, способность к перекачиванию жидкостей с самой различной вязкостью, большое допустимое число оборотов. Наибольшее распространение имеют насосы трехвинтовые.

- 3 3 -

Поверхность корпуса, в котором работают винты, заливают баб­ битом.

Винты выполняют двухзаходными, а направление винтовой на­ резки ведущего винта противоположно ведомым. Передаточное от­ ношение между винтами равно единице. Развиваемый напор пропор­ ционален длине винтов. Особенность винтовых насосов - возмож­ ность превращения их в гидравлические двигатели (турбины) путем подведения к ним жидкости под давлением. КПД винтовых насосов достигает 80...90 %, и применяются они для подач 1,5...500 м³/ч при напорах до 17,5 МПа и скоростях вращения до 10000 об/мин. Подачу двухвинтового насоса с достаточной точностью можно подсчитать по приближенной формуле:

м³/с

где D - внешний диаметр винта в м;

d - внутренний диаметр винта в м; t - шаг винта в м;

п - скорость вращения винта в об/мин.

Подача трехвинтового насоса приблизительно в 1,5 раза больше подачи двухвинтового.

Одновинтовые насосы отличаются простотой конструкции и мо­ гут перекачивать загрязненные и вязкие жидкости.

Рабочим органом одновинтового насоса служат однозаходный винт и резиновая обойма, внутренняя полость которой представляет двухзаходную винтовую поверхность с шагом в 2 раза большим шага винта. При вращении винта между ним и обоймой образуются сво­ бодные полости, куда засасывается перекачиваемая жидкость, кото­ рая перемещается вдоль оси насоса к полости нагнетания. При этом на всасывающей стороне создается вакуум, под действием которого жидкость всасывается в цилиндр.

Погружные одновинтовые насосы применяются в нефтяной про­ мышленности для откачки из скважин высоковязкой нефти.

Пластинчатые (ротационные) насосы. Эти насосы широко при­ меняют для подачи масел в гидравлических системах машин. Ротор этого насоса (рис. 1.17) имеет радиальные прорези, в которых поме­ щаются легко перемещающиеся рабочие лопатки в виде прямоуголь­ ных пластин.

При вращении ротора пластины прижимаются наружными тор­ цами к внутренней поверхности корпуса, поочередно отсекая объем жидкости в пространстве между лопатками, и вытесняют ее в напор­ ный трубопровод.

- 3 4 -

Пластинки прижимаются к

корпусу центробежной силой,

пружинами или давлением жид­

кости, подводимой со стороны

оси. Подача насоса определяется

формулой:

где R - радиус корпуса;

е - эксцентриситет ротора;

b - ширина лопатки вдоль

Рис. 1.17. Схема пластинчатого

оси;

насоса с эксцентрично

п - скорость вращения в

расположенным ротором

об/мин;

" - объемный КПД насоса.

Пластинчатые насосы выполняют для подач 0,3... 12 м³/ч, давле­ ний до 7 МПа при скорости вращения до 1500 об/мин. Снабжая крыш­ ки корпуса продолговатыми отверстиями и ползунами, в процессе ра­ боты насоса можно изменять величину эксцентриситета е. Тем самым можно изменять подачу насоса.