4.11. Шестеренчатые насосы
Схема устройства шестеренчатого насоса изображена на рис. 4.26. В корпусе 1 находятся две шестерни 2, одна из которых (ведущая) приводится во вращение от электродвигателя. Когда зубья шестерен выходят из зацепления, образуется разрежение, под действием которого происходит всасывание жидкости. Она поступает в корпус, захватывается зубьями шестерен и перемещается вдоль стенок корпуса в направлении вращения. В области, где зубья вновь входят в зацепление, жидкость вытесняется и поступает в нагнетательный трубопровод.
Производительность шестеренчатого насоса определяется сле-дующим образом. При вращении шестерен каждый зуб освобождает в соответствующей впадине объем, равный V = bf, где b – ширина зуба, f – площадь сечения зуба. Если шестерни имеют равное число зубьев z и частоту вращения n, то теоретическая производительность насоса составит
Qт = 2bfzn, (4.31)
где 2 – число шестерен. На практике при работе насоса неизбежны утечки жидкости через зазоры между зубьями и между шестернями и стенками корпуса, которые учитываются объемным КПД ηоб.. Тогда действительная производительность равна
Q = 2ηобbfzn. (4.32)
Для новых насосов ηоб = 0,9 и выше, однако по мере износа шестерен объемный КПД значительно снижается и составляет порядка ηоб = 0,7.
1
2
Рис. 4.26
Регулирование шестеренчатых насосов обусловлено особенностью их характеристики Q – Н, общий вид которой не отличается от аналогичной характеристики поршневых насосов (см. рис. 4.18). В сязи с этим изменение производительности шестеренчатых насосов осуществляют изменением частоты вращения шестерен или переспуском жидкости из нагнетательного трубопровода во всасывающий.
На рис. 4.26 показан насос с внешним зацеплением шестерен. Кроме них, существуют насосы с внутренним зацеплением; они более компактны, но сложнее по устройству и поэтому применяются реже. Производительность насосов с внутренним зацеплением шестерен определяется по зависимости, аналогичной (4.31):
Q = ηоб bf (z1n1 + z2n2), (4.33)
где z1 и z2 – количество зубьев у шестерен, n1 и n2 – частоты вращения шестерен.
Пример 3. Определить производительность шестеренчатого насоса по следующим данным: частота вращения n = 600 об/мин, число зубьев z = 12, ширина зуба b = 30 мм, площадь сечения зуба, ограниченная внешней окружностью соседней шестерни, f = 7,85 см2, объемный КПД ηоб = 0,7.
Решение. В соответствии с зависимостью (4.32) производительность равна
Q = 2ηобbfzn = 2∙0,7∙0,03∙7,85∙10– 4∙12∙650/60 = 4,3∙10–3 м3/с.
4.12. Винтовые насосы
Устройство винтового насоса схематично показано на рис. 4.27. В корпусе 1 насоса, в котором заключен цилиндр 2 с внутренней профилированной винтовой поверхностью (обоймой), устанавливается винт 3. Между обоймой и винтом образуются замкнутые полости, заполняемые при работе насоса жидкостью; при вращении винта они перемещаются вдоль оси насоса от всасывающего патрубка к нагнетательному. Для соблюдения устойчивой работы насоса осевое перемещение жидкости не должно превышать 5,0 – 5,5 м/с.
Насос, изображенный на рис. 4.27, называется одновинтовым (героторным). Наиболее совершенными являютя трехвинтовые насосы, в которых один винт является ведущим, а два – ведомыми. Винты находятся в зацеплении, их оси параллельны. Направление нарезки каждого ведомого винта противоположно направлению нарезки ведущего. Все винты обычно выполняют двухзаходными. Соотношения размеров винтов выбраны такими, что ведомые винты получают вращение не от ведущего винта, а под действием давления перекачиваемой жидкости. Поэтому нет необходимости в установке зубчатой передачи между ведущим и ведомыми винтами. При вращении винтов жидкость, заполняющая впадины в нарезках, перемещается за один оборот вдоль оси насоса на растояние, равное шагу винта. Ведомые винты при этом играют роль герметизирующих уплотняющих обкладок, препятствующих протеканию жидкости из камеры нагнетания в камеру всасывания.
1
2
3
Рис. 4.27
По сравнению с другими роторными насосами винтовые насосы имеют следующие преимущества: равномерная плавная подача (не пульсирующая); долговечность благодаря малому износу; отсутствие шума, перемешивания и взбалтывания перекачиваемой жидкости, а также выделения из жидкости растворенных газов.