18. Винтовые насосы и моторы

2.7.1. Трёхвинтовой насос

В практике распространены трёхвинтовые насосы (рис. 11.1). Насос состоит из трёх винтовых роторов, средний из которых является ведущим, а два боковых – ведомыми. Передаточное отношение между ведущим и ведомым роторами равно единице. Нарезка винтов обычно двухзаходная, профиль – циклоидальный.

При вращении винтов их нарезки, взаимно замыкаясь, отсекают во впадинах некоторый объём жидкости, который перемещается вдоль оси вращения. Поскольку выступы нарезки винтов в этих насосах, выполняющие роль поршней, движутся непрерывно в одном направлении, пульсация подачи в насосе практически отсутствует.

Винтовые насосы имеют высокий КПД (0,8…0,85) в широком диапазоне нагрузок.

2.7.2. Производительность трёхвинтового насоса

При вращении винтов жидкость, заполняющая их впадины, перемещается поступательно на величину одного шага за один оборот ведущего винта. В соответствии с этим производительность трёхвинтового насоса за один оборот ведущего винта равна объёму каналов, по которым жидкость движется вдоль винтов в пределах одного шага t. Этот объём равен (F - f)·t. Следовательно, расчётная производительность при числе оборотов n равна:

(11.1)где F и f – площадь поперечного сечения расточки корпуса под винты и площадь сечения винтов.

Для наиболее распространённых трёхвинтовых насосов:

где d_н – наружный диаметр ведомых винтов.

Шаг нарезки винта обычно равен:

С учётом этих данных выражение (11.1) примет вид:

Фактическую производительность трёхвинтового насоса с циклоидальным профилем в практике определяют из выражения:

Q – производительность в л/мин;

d_н – диаметр основной окружности винтов или внешний диаметр боковых винтов в см;

n – обороты ведущего винта, об/мин;

η_об – объёмный КПД насоса (принимают η_об = 0,75…0,95).

Из последнего выражения находим:

В качестве исходной величины при расчётах этих насосов принимают диаметр d_н внешней окружности ведомых винтов, через который выражают все прочие размеры.

Наиболее рациональными соотношениями между отдельными размерами винтов можно принять:

D_в = d_н ; D_н = 5/3·d_н ;

d_в = 1/3· d_н ; t = 10/3·d_н ,

где D_в – внутренний диаметр нарезки ведущего винта;

D_н – наружный диаметр ведущего винта;

d_в – внутренний диаметр нарезки ведомого винта;

d_н – основной диаметр винтов или наружный диаметр ведомого винта;

t – шаг нарезки винтов.

Для обеспечения герметичности необходимо создать постоянное перекрытие между камерами всасывания и нагнетания, для этого минимальная длина винтов должна быть равна

L ≈ 1,25·t.

2.7.3. Винтовой гидромотор

Рассмотренные винтовые насосы широко используются в качестве гидромоторов, при этом следует лишь изменить разгрузку подпятника.

Теоретический момент на валу гидромотора можно подсчитать по выражению:

[кг·м]

где р – рабочее давление в кг/см²,

Q_T.М – теоретический расход в л/мин,

n – число оборотов ведущего винта в минуту.

Преимуществом насосов и моторов этого типа является их компактность, а также то, что они имеют минимальный из всех типов насосов и гидромоторов момент инерции ротора, что обеспечивает приемистость (быстродействие).

2.7.4. Двухвинтовой насос

В авиационной технике получили распространение двухвинтовые насосы (рис. 11.2), которые обычно выпускаются на относительно небольшие расходы (20…40 л/мин) при давлении до 100 атм.

Винты обычно однозаходные с прямоугольной резьбой и профилированной образующей. Связь винтов осуществляется через пару шестерён внешнего зацепления. Винты гидростатически разгружены от осевых сил с помощью каналов.

Расчётную производительность двухвинтового насоса определяют по формуле:

где t – шаг винта, n – число оборотов, F – площадь сечения канавки винта.

Значение F определяют по выражению:

где D_н и D_в - внешний и внутренний диаметры винта;

З начение a определяют из выражения:

где а – расстояние между осями винтов:

Расчётная производительность двухвинтового насоса может быть также определена с достаточной точностью по выражению: