1.2. Винтовые гидравлические машины

Их можно рассматривать как машины с косозубыми шестернями, число зубьев которых равно числу заходов винтовой нарезки. Бывают 1-о, 2-х и 3-х винтовыми. Могут работать как в режиме насоса, так и гидродвигателя.

1.2.1. Одновинтовые насосы

Для перекачки жидкостей под невысоким давлением применяют одновинтовые насосы (рис. 3), которые отличаются простотой изготовления и

надежностью в эксплуатации. Насос имеет 1-у движущуюся деталь - винтовой ротор.

Рабочая камера образуется ротором и неподвижной обоймой. Подача происходит без пульсаций, отсутствуют инерционные потери, что улучшает условия всасывания. В местах герметизации деталей имеет место скольжение с качением, поэтому насосы пригодны для работы на загрязненных жидкостях, их применяют при добыче нефти из скважин, для откачки воды из угольных шахт и т.д. Давление до 5,0 МПа расходы от 0,05 до 15 л/с; частота вращения до 15 000 об/мин.

На рис. 4.3 показана схема одновинтового насоса

Рис. 4.3 – Схема одновинтового насоса

1 – корпус; 2 – ротор; 3 – обрезиненная обойма; а – замкнутая полость

Винтовой ротор 2 насоса обычно однозаходный; поперечные его сечения в любом месте представляют собой окруж­ность диаметром d. Центр сечения ротора смещен относительно его оси О симметрии на величину е. При вращении он совершает движения в прорези корпуса высотой h.Обойма 3 представляет собой двухзаходный винт.

Подача насоса определяется по формуле

где h – высота сечения обоймы;

d – диаметр сечения винта;

t – шаг винта;

n – частота вращения винта;

e – эксцентриситет.

При выборе параметров насоса можно использовать опытные соотношения 20 ≤ t_ОБ/е ≤ 35, где t_ОБ – шаг обоймы и 1,5 ≤ 1/d ≤ 3,5.

Эффективная подача определяется по формуле

.

1.2.2. Двухвинтовые насосы

В 2-х винтовом насосе замкнутая камера образована 2-я винтами, находящимися в зацеплении, и неподвижной обоймой. Такие насосы (рис. 4.4) обычно выпускаются на подачи до 300 л/с при давлении до 10 МПа. В последнее время широко используются на нефтеперекачивающих станциях. 2-х винтовые насосы выполняются обычно с прямоугольной резьбой, что упрощает их изготовление. При этой резьбе ухудшается герметичность насоса. Винты связаны друг с другом при помощи зубчатой пары, размещаемой в общем с винтами корпусе.

Расчетная подача двухвинтового насоса определяется по формуле

Рис. 4.4 – Конструктивная и расчетная схемы двухвинтового насоса

где D_н, D_в – наружный и внутренний диаметры винта;

t – шаг винта;

n – частота вращения винта.

1.2.3. Трёхвинтовые насосы

Широко распространены также 3-х винтовые насосы. Схема такого насоса представлена на рис. 15. Средний винт является ведущим, а два боковых – ведомыми. При этом угол винтовой линии выбирается таким, чтобы боковые винты вращались за счёт давления жидкости. Нарезка винтов обычно 2-х заходная, винты циклоидального профиля с углом подъёма винтовой линии 30÷45⁰.

Теоретическая подача 3-х винтового насоса определяется по формуле

,

где d_н – наружный диаметр ведомых винтов.

При проектировании насосов принимают:

Рис. 15 – Трехвинтовой насос

D_в = d_н; D_н = 5/3 · d_н; d_в = 1/3 · d_н; t = 10/3 · d_н;

где D_в и D_н – внутренний и наружный диаметры нарезки ведущего винта;

d_в – внутренний диаметр ведомых винтов;

t – шаг винтовой нарезки.

Общая длина винтов определяется по формуле

,

где n – число перекрытий витков, принимается таким образом, чтобы перепад давления на каждое перекрытие был ≤ 2÷3 МПа.