5.2.2. Шестеренные насосы

Шестеренный насос с наружным зацеплением (рис. 5.4) представляет собой пару, как правило, одинаковых шестерен, находящихся в зацеплении и помещенных в корпус. Его стенки охватывают шестерни со всех сторон с малыми зазорами.

Перекачиваемая из полости всасывания жидкость заполняет впадины между зубьями и переносится в полость нагнетания. В процессе вращения каждый зубец одной шестерни входит в соответствующую ему впадину другой шестерни и вытесняет из нее жидкость в линию нагнетания с давлением р_н.

Рис. 5.4. Схема шестеренного насоса

Таким образом, функцию вытеснения жидкости в данном насосе выполняют обе шестерни. Полезным же объемом рабочей камеры, получаемый за один оборот вала насоса, следует считать суммарный объем впадин или зубьев шестерен.

Обозначив основные параметры зубчатого зацепления: m – модуль зуба, b – высота шестерни, z – количество зубьев шестерни, получаем объем жидкости q за один оборот:

q = 2πm²bz м³/об.

Тогда производительность насоса Q выразится:

Q = q n/60 = (2πm²bz) n/60 м³/с,

где n – количество оборотов ротора в минуту.

Механический КПД насоса: η_м = 0,8...0,9; объемный – η_об = 0,65...0,75. Относительно низкий η_об обусловлен определенными утечками через зазоры в насосе. Частота вращения вала обычно составляет n = (50...85) с^-1.

Подача насосов, как правило, не более 50 л/мин и характеризуется большой неравномерностью (δ = 18...20%), значительно превышающей неравномерности подачи других объемных насосов (рис. 5.5). Неравномерность подачи определяется:

,

Рис. 5.5. График пульсации подачи шестеренного насоса

где Q_max, Q_ср и Q_min соответственно максимальная, средняя и минимальная подачи насоса.

Шестеренные насосы находят широкое применение в авиационной технике и, в частности, в самолетных силовых гидросистемах. Но их основным недостатком является невозможность простого регулирования рабочего объема.

5.2.3. Аксиально - роторные насосы

Аксиально-роторные насосы и двигатели являются механизмами обратимого действия, т.е. насос может работать как двигатель. Если в линию высокого давления насоса подводить давление рабочей жидкости, то на его валу появляется мощность.

Обеспечение минимальных массы и объема обусловило применение высоких давлений и больших скоростей вращения насосов гидросистемы. Насосы создают давления 20...30 МПа при скорости вращения ротора до 5000 об/мин, обеспечивая подачу жидкости от 4 до 90 л/мин. Кроме поддержания необходимого давления и расхода (подачи) при минимальных массе и объеме, насосы должны обеспечить на выходе минимальную пульсацию давления и расхода, чтобы не вызвать вибрационные напряжения в трубопроводах и агрегатах, а также надежно работать в широком диапазоне температур - 60… +180°С на различных высотах.

Рис. 5.6. Принципиальные схемы аксиального насоса: а - аксиальный насос с изменением угла наклона шайбы; б - аксиальный насос с изменением положения цилиндрового блока. 1 – неподвижный упорно-распределительный диск; 2 – канавка дренажа; 3 – цилиндровый блок; 4 – поршни; 5 – опорная шайба; 6 – ведущий диск; 7 – поршневые шатуны; 8 – окна; 9 – распределительные перемычки для смягчения нарастания давления; 10 – канавка

Роторные поршневые (плунжерные) насосы с аксиальным расположением цилиндров могут быть разделены на две основные группы:

1) поршневой насос с наклонной (качающейся) шайбой, ось цилиндрового блока которого совпадает с осью входного вала, а ход поршня зависит от угла наклона опорной шайбы относительно входного вала;

2) поршневой насос с наклонным цилиндровым блоком, ось входного вала которого совпадает с осью опорной шайбы. Ход поршня зависит от угла наклона цилиндрового блока относительно оси входного вала.

В обеих группах цилиндровый блок вращается, т.е. цилиндры вращаются относительно корпуса насоса, что позволяет просто осуществить торцевое распределение жидкости при входе ее в цилиндр и при выталкивании жидкости из цилиндра поршнями. Число цилиндров в цилиндровом блоке составляет 7...9 штук.

Принципиальные схемы аксиально-поршневых насосов с торцевыми распределительными дисками показаны на рис. 5.6.

Цилиндровый блок открытой стороной цилиндров скользит по неподвижному торцевому распределительному диску, на поверхности которого имеются две серповидных канавки (канавка входа и канавка выхода) для входа и выхода жидкости в цилиндры. Они расположены так, что распределительные перемычки между ними соответствуют крайним (мертвым) положениям поршней в цилиндрах. Ширина перемычки несколько больше диаметра отверстия в цилиндре.

Подача насоса регулируется изменением угла наклона плоскости шайбы 6 (рис. 5.6, схема а) относительно цилиндрового блока, либо наклоном цилиндрового блока относительно неподвижной опорной шайбы. Угол наклона изменяется от 5° до 20°.

Предложены для рассмотрения только две схемы насоса. На практике применяются и другие схемные решения.

Теоретическая объемная подача поршневых насосов за один оборот (рабочий объем) равна вытесняемому плунжерами объему (в м³):

g = (πd²hz) / 4,

где d – диаметр плунжера (м); h – ход поршня (м); z – количество плунжеров в цилиндровом блоке. Здесь h = D tgγ (D – диаметр центров плунжеров, γ – угол наклона цилиндрового блока, рис. 5.6).

Теоретический объемный расход (м³/с)

Q = gn/60,

где n – частота вращения ротора насоса в мин.

У современных авиационных насосов с приводом от двигателя рабочий объем составляет примерно 0,02 л/об.

КПД аксиально-роторных насосов: η_мех =0,8…0,9; η_об =0,95…0,98; угловая частота вращения (50…90) с^-1.

Степень неравномерности подачи δ при нечетном числе поршней z в блоке можно оценивается по приближенной формуле

δ =125/z² %,

при четном числе z

δ =500/z² %.