6.Роторно-поршневые насосы
Роторно-поршневые (или кулачковые) насосы относятся к типу роторных насосов, где последовательное вытеснение транспортируемой среды (жидкости) из рабочей камеры обеспечивает поступательно вращающийся дугообразный ротор.
Принцип действия роторно-вращательных насосов
Как и любой роторный насос, ротационно-поршневые насосы имеют объемный принцип работы, при котором требуемое давление в системах перекачки сред обеспечивается за счет постоянного изменения объема рабочей камеры. От поршневых и плунжерных кулачковые насосы отличает отсутствие перепускных клапанов в конструкции, а также использование вращательно-поступательного ротора в качестве рабочего органа.
Принцип работы роторных насосов предполагает несколько циклов:
Жидкость заполняет рабочую камеру;
Подвижный ротор (или роторы), двигаясь вращательно или вращательно-поступательно, вытесняет жидкость в нагнетательный патрубок. В зоне всасывания создается вакуум, обеспечивающий приток новой порции жидкости в камеру насоса. Жидкость захватывается ротором и перемещается по каналу, создавая давление на выходе.
Ротор возвращается в исходную позицию, открывая доступ в камеру новой порции жидкости.
Классификация
Роторно-поршневые (ротационно-вращательные) насосы вместе с лопастными, винтовыми и шестеренчатыми аналогами входят в класс роторных насосов. Собственно роторно-поступательные насосы подразделяются на аксиально-поршневые и радиально-поршневые. Ротор последних не просто вращается, но также и поступательно движется по рабочей камере, изменяя ее объем. Этот принцип позволяет использовать устройство и как насос, и как гидромотор.
Аксиальные кулачковые насосы, в свою очередь, делятся на насосы с наклонным диском и насосы с наклонным блоком. У первых ведущий вал и ротор имеют одну ось. У вторых оси вращения этих элементов пересекаются под определенным углом (от 45 до 90 градусов).
Аксиально-поршневые насосы гораздо более популярны. Однако они имеют свои недостатки: необходимо производить тонкую фильтрацию рабочей среды. Кроме того, эти насосы довольно сложны в изготовлении, а некоторые их элементы относительно недолговечны.
Главное же отличие радиально-поршневых насосов состоит в том, что выпускаются они со значительными рабочими объемами.
Технические характеристики
Специфику роторных насосов этого типа покажем на примере продукции известной марки Waukesha. Эти насосы способны работать с высокотемпературными средами (до 150°С), высоковязкими жидкостями (до 1 млн сПз) и при высоких рабочих давлениях (до 34 бар). Высокая производительность и способность самовсасывания делают их поистине универсальным предложением на рынке роторных насосов.
Компания также разработала особый роторный сплав Waukesha 88, который препятствует истиранию и заеданию ротора. Это значительно увеличивает точность дозирования (например, в химических насосах), а также повышает КПД и способность к самовсасыванию. Более того, кулачковый насос, ротор которого изготовлен из этого сплава, способен работать на сухом ходу практически неограниченно без износа, что происходит за счет отсутствия контакта ротора с корпусом.
Преимущества и недостатки конструкции
Роторно-поршневые насосы более «быстроходны» и работают с высокой частотой вращения
Вращательно-поступательное движение ротора в рабочей камере обеспечивает равномерную перекачку жидких сред и стабильность давления в системе
Отсутствие перепускных клапанов делает конструкцию более надежной, увеличивает КПД насоса и снижает потери мощности
Кулачковые насосы, использующие роторный сплав Waukesha 88, способны неограниченно долго работать без жидкости. Кроме того, этот сплав повышает точность дозирования в насосах с этой функцией
Насосы этого же производителя обладают самовсасыванием и способны работать с высокотемпературными и высоковязкими средами
Из недостатков этого вида насосов специалисты отмечают сложность и относительно невысокую надежность конструкции, высокую стоимость обслуживания и ремонта, а также повышенные требования к химическим и абразивным свойствам перекачиваемых в системе сред.
Рис. 1. Схема радиально-поршневого роторного насоса: 1 — ротор; 2 — поршень; 3 — барабан (статор);4 — цапфа; 5 — полость нагнетания; 6 — полость всасывания.
Рис. 2. Продольный разрез аксиально-поршневого роторного насоса с наклонным диском: 1 — корпус: 2— блок цилиндров; 3 — поршень; 4 — наклонный диск; 5 — вал; 6 — полость всасывания; 7 — палец(стержень); 8 — золотник; 9 — полость нагнетания.