4.10. Роторно-пластинчатые (шиберные) насосы
По виду рабочего органа шиберные насосы, наряду с шестеренчатыми и винтовыми, относят к роторным насосам (см. рис. 4.1). Рабочий орган роторных насосов совершает вращательное движение и вытесняет жидкость в нагнетательный трубопровод, поэтому роторные насосы являются насосами объемного типа. Основными частями роторного насоса являются: корпус (статор), ротор, вращающийся от ведущего вала, и вытеснители, вращающиеся вместе с ротором. Именно по конструкции вытеснителя роторные насосы подразделяют на шиберные, шестеренчатые, винтовые, шланговые и др. Роторные насосы конструируются в основном на средние производительности и относительно высокие давления. Устройство шиберного насоса схематично изображено на рис. 4.25. Насос представляет собой массивный цилиндр 1 с прорезями постоянной ширины (ротор), который эксцентрично расположен в корпусе 2. В прорези цилиндра вставляются прямоугольные пластины 3, которые при вращении ротора под действием центробежной силы прижимаются к внутренней поверхности цилиндра, разделяя на камеры серповидное рабочее пространство 4 между корпусом и ротором. Объем каждой камеры увеличивается при движении пластины от всасывающего патрубка 5 к вертикальной оси насоса, в результате чего происходит всасывание жидкости в насос через патрубок 5. При движении пластины от вертикальной оси в направлении вращения объем камеры уменьшается и жидкость вытесняется из насоса в нагнетательный трубопровод 6. За один оборот ротора каждая пластина участвует один раз во всасывании и один раз в нагнетании.
1
3
4
5
6
с
с
e
О1
О2
x
r
β
φ
О1
r
О2
Р
2
Определим производительность шиберного насоса, полагая, что ротор имеет бесконечно большое число пластин. Для этого соединим точки с, О2 и О1 прямыми линиями. Полученный треугольник изобразим отдельно на рис. 4.25. Рабочая часть пластины (перекрывающая серповидное пространство) равна h = x – (r – e), где e – эксцентриситет. Из треугольника сО2О1 получается x = r∙cos β + + e∙cos(180˚ – φ) = r∙cos β – e∙cos φ. Для большинства насосов e/r → 0, поэтому cos β → 1. Тогда x = r – e∙cos φ и h = e (1 – cos φ). Элементарная теоретическая производительность за один оборот ротора равна dQт = h∙b∙r∙dφ, где b – длина ротора. Полная производительность составляет
,
или окончательно
(4.29)
где n – частота вращения ротора.
Действительная производительность меньше теоретической, так как число пластин ротора конечное; кроме того, существуют утечки жидкости через неплотности, которые учитывают объемным КПД ηоб = 0,70 – 0,95. Поэтому действительная производительность составляет
(4.30)
где z – число пластин, δ – толщина пластины. Подача шиберных насосов – пульсирующая; для уменьшения пульсаций в насосах устанавливают от 4 до 12 пластин. Шиберные насосы обладают значительной производительностью, несмотря на свои малые габаритные размеры. Это достигается большой частотой вращения ротора. Регулирование производительности можно осуществлять изменением частоты вращения ротора или изменением эксцентриситета.