процессы -гидравлические / гидравлические / гидравлические / 2.1. Насосные установки (2 часть)

потока рабочей и засасываемой жидкости, при этом рабочая жидкость отдает часть энергии жидкости, поступившей из приемного резервуара.

Пройдя камеру смешения, поток поступает в диффузор, где его скорость постепенно уменьшается, а статический напор увеличивается.

Из классификационной схемы насосов (см. Рис 2.4) следует, что объемные насосы делятся на поршневые и роторные.

В зависимости от конструкции, назначения и условий работы поршневые насосы классифицируются так.

По числу циклов нагнетания и всасывания за один двойной вход поршня:

одностороннего действия – жидкая среда вытесняется из замкнутой камеры при движении поршня в одну сторону;

двустороннего действия – жидкая среда вытесняется из замкнутой камеры при движении поршня в обе стороны;

дифференциальные, работающие на всасывающей стороне – одностороннего действия, а на нагнетательной стороне двухстороннего действия.

По направлению оси движения рабочих органов: горизонтальные; вертикальные.

По количеству поршней: однопоршневые; двухпоршневые; трехпоршневые; многопоршневые.

Поршневые насосы могут приводиться в действие от двигателя через кривошипно-шатунный механизм.

По способу распределения жидкости все объемные насосы разделяются на клапанные и бесклапанные. Бесклапанные насосы обратимы, т. е. могут быть гидродвигателями (гидравлическими машинами, преобразующими энергию протекающей через них жидкости во вращательное, возвратно-поворотное или поступательное движение выходного звена машины). Насосы с клапанным распределением не могут быть гидродвигателями. Поршневые насосы являются клапанными насосами.

К поршневым насосам относятся диафрагменные насосы, используемые для перекачки вязких продуктов, технологических агрессивных сред и с механическими абразивными включениями. Принцип работы диафрагменного насоса (рис 2.14) подобен поршневому с той разницей, что поршень от перекачиваемого продукта отделен диафрагмой 2, изготовленной из резины. В результате колебаний диафрагмы, приводимой в движение через поршень от кривошипно-шатунного механизма 4, в рабочей камере создается сначала вакуум, а затем повышенное давление. При соответствующем ходе поршня происходят всасывание и нагнетание. Впуск и выпуск перекачиваемой среды обеспечивает шаровая клапанная система 3. Корпус насоса 1 изготавливают из стали.

С

Рис 2.14. Диафрагменный насос: 1 – корпус; 2 – диафрагма; 3 – шаровая клапанная система; 4 – кривошипно-шатунный механизм

ущественным недостатком диафрагменных насосов является износ эластичной диафрагмы вследствие ее растягивания. С целью повышения долговечности насоса предлагается выполнять диафрагму в форме опорных шайб (рис 2.15). В этом случае диафрагма 2 изготавливается из неупругого материала (прорезиненная ткань). Диафрагма помещается в корпус 1 и в процессе движения поочередно прилегает к каждой из шайб 3. Так как форма диафрагмы и шайбы совпадает, диафрагма не растягивается. Колебательное движение диафрагмы обеспечивается штоком 5, а попеременное включение камер 6 на впуск и выпуск перекачиваемой среды клапанами 4.

Роторный насос – это объемный насос, в котором вытеснение жидкости происходит из перемещаемых рабочих камер в результате вращательного или вращательно-поступательного движения вытеснителей.

О

Рис 2.15. Диафрагменный насос с фигурными шайбами: 1 – корпус; 2 – диафрагма; 3 – шайба; 4 – клапан; 5 – шток; 6 – камера

собый характер процесса вытеснения жидкости в роторных насосах и перенос рабочих камер с жидкостью из полости всасывания в полость нагнетания делает излишними всасывающий и напорный клапаны. Отсутствие всасывающих и напорных клапанов в роторных насосах является основной их конструктивной особенностью, которая отличает этот класс насосов от класса поршневых насосов.

Роторные насосы являются обратимыми. Обычно состоят из следующих основных частей: статора (неподвижного корпуса), ротора, жестко связанного с валом насоса, и вытеснителя (одного или нескольких).

Рассмотрим классификационную схему роторных насосов (Рис 2.16). По характеру движения вытеснителей класс роторных насосов делится на два подкласса: роторно-вращательные и роторно-поступательные.

Как показывают названия, в первом подклассе вытеснители совершают лишь вращательное движение, а во втором – одновременно с вращательным ещё и возвратно-поступательное движение относительно ротора.

Роторно-вращательные насосы делятся на зубчатые и винтовые. В первом ротор и вытеснитель имеют форму зубчатых колес, а жидкость в насосе перемещается в плоскости их вращения. В винтовых насосах ротор имеет форму винта, а жидкость в нем перемещается вдоль оси его вращения.

О

Рис 2.16. Классификационная схема роторных насосов

сновной разновидностью зубчатых насосов являются насосы шестеренные.

Роторно-поступательные насосы делятся на шиберные (в основном пластинчатые) и роторно-поршневые насосы. Различие между ними заключается не только в форме вытеснителя (пластин и поршней) и характере движения жидкости в насосе, но и в способе ограничения (образования рабочих камер).

Роторно-поршневые насосы по расположению рабочих камер делятся на радиальные и аксиальные.

Шестеренный насос – это зубчатый насос с рабочими органами в виде шестерен, обеспечивающих передачу момента с ведущего звена на ведомое. Различают шестеренные насосы с внешним и внутренним зацеплением.

На рис 2.17 изображен насос с внешним зацеплением. При вращении шестерен 3 на стороне всасывания создается разрежение и жидкость под атмосферным давлением заполняет впадины между зубьями шестерен, перемещаясь в сторону нагнетания, где зубья одной шестерни входят во впадины другой и вытесняют перекачиваемую жидкость в нагнетательный патрубок.

В

Рис 2.17. Шестеренный насос:

1 – крышка; 2 – корпус; 3 – шестерни

зависимости от свойств перекачиваемой жидкости проточная часть корпуса 2 и шестеренные роторы могут быть изготовлены из чугуна и стали или из бронзы и стали. С торцов насос закрывается крышками 1.

Насосы с малым модулем зубчатого зацепления могут хорошо работать на маловязких жидкостях и плохо перекачивают густые и вязкопластичные среды. Существенным недостатком шестеренных насосов является неравномерность подачи, которая зависит от числа зубьев шестерен. К недостаткам шестеренных насосов относятся также повышенные значения утечек, связанных с обратным перепуском перемещаемой среды из зоны нагнетания в зону всасывания через зазоры между шестернями и корпусом, шестернями и крышками.

В

Рис 2.18. Одновинтовой насос: 1 – нагнетательный патрубок; 2 – обойма; 3 – винтовой ротор; 4 – всасывающий патрубок; 5 – кронштейн; 6 – карданный вал; 7 – шарниры

Рис 2.19. Пластинчатый насос: 1 – корпус; 2 – ротор; 3 – загрузочная горловина; 4 – пластины; 5 – статор

интовые насосы в отличие от других объемных насосов обладают рядом преимуществ: создают высокое давление, имеют значительную высоту всасывания и малое перемешивание перемещаемой жидкости, конструктивно просты, компактны, не имеют клапанов и сложных проходов, что обуславливает низкие потери энергии в местных сопротивлениях, они легче поршневых в 5…10 раз.

Одновинтовой насос (рис 2.18) состоит из корпуса, снабженного всасывающим 4 и нагнетательным 1 патрубками, резинового статора – обоймы 2 и винтового ротора 3. Вращение ротору передается от приводного вала с помощью карданного вала 6 с шарнирами 7, закрепленных в кронштейне 5. Насос работает по принципу замыкания и последующего вытеснения объемов среды из полостей, образованных винтом ротора и обоймой.

Профилированная внутренняя поверхность обоймы выполнена в виде двухзаходного винта с шагом, в два раза превышающим шаг однозаходного винта - ротора. При наличии эксцентриситета между неподвижной обоймой и винтом - ротором, когда первая на стороне всасывания, полость увеличивается в объеме, давление в ней понижается до величины, меньшей давления в приемной части насоса. За счет разности давлений полость заполняется перемещаемой средой. Дальнейшее вращение винта обеспечивает замыкание полости, и среда перемещается к нагнетательной части обоймы в результате вытеснения ее винтом (за один оборот винта перемещение равно одному шагу обоймы). При постоянной частоте вращения винта подача насоса строго постоянна.

Для перекачки вязкопластичных технологических сред широко применяют пластинчатый (эксцентриковолопастный) насос (рис. 2.19). Основными частями простейшего пластинчатого насоса однократного действия являются: вращающийся ротор 2, помещённый с эксцентриситетом в неподвижном кольце статора 5. Кольцо статора запрессовано в корпус 1 и имеет загрузочную горловину 3. В пазах ротора находятся пластины 4, способные при вращении перемещаться радиально. Их наружные концы скользят по окружности статора. Пазы для пластины имеют наклон в сторону вращения ротора для предотвращения заклинивания пластин. Насосы такого типа используются при давлениях 10…12 МПа.

Ограниченность давления обусловлена контактными нагрузками между пластинами и статором, а также односторонней нагрузкой ротора силами давления со стороны полости, находящейся под давлением. Полной уравновешенности ротора удается достигнуть в пластинчатых насосах двойного действия (Рис 2.20).

С

Рис 2.20. Схема пластинчатого насоса двойного действия

таторное кольцо и ротор прикрыты с обеих сторон крышками, в которых профрезерованы дугообразные окна A, B, C, D. По мере поворота ротора в зонах окон В и D пространство между двумя соседними пластинами увеличивается, образуется вакуум и происходит процесс всасывания. В зонах окон А и С объем между пластинами уменьшается и происходит процесс нагнетания. В результате перекрестного размещения областей В и D низкого давления и областей А и С высокого давления ротор и, следовательно, подшипники разгружены от действия радиальных сил.

В радиально-поршневом насосе (рис 2.21) поршни 1, вращаясь вместе с блоком цилиндров 2, участвуют одновременно в возвратно-поступательном движении в радиальном направлении, т. к. они опираются на кольцевую направляющую поверхность статора 3, размещенную с эксцентриситетом е относительно оси вращающейся части насоса (ротора). Оси поршней перпендикулярны оси вращения ротора или составляют с ней углы более 45°.

П

Рис 2.21. Схема радиально-поршневого насоса: 1 – поршни; 2 – блок цилиндров; 3 – статор

оршни выдвигаются из цилиндров центробежными силами и действием давления жидкости, подаваемой из напорной линии насоса в тыльную часть поршней. Для уменьшения напряжений в месте контакта поршней со статором площадь поверхности поршней стремятся сделать меньше, а их число – больше. Одновременно это содействует выравниванию подачи и уменьшению радиальных габаритных размеров.

Роторные аксиально-поршневые насосы – насосы, у которых рабочие камеры вращаются относительно оси ротора, а оси поршней или плунжеров параллельны оси вращения или составляют с ней угол меньше 45°. Насосы и гидродвигатели с аксиальным или близким к аксиальному расположением цилиндров являются наиболее распространенными в гидравлических системах. По числу разновидностей конструктивного исполнения они во много раз превосходят прочие типы гидромашин. Они обладают наилучшими габаритными и весовыми характеристиками, отличаются компактностью, высоким КПД, пригодны для работы при высоких частотах вращения и давлениях, обладают сравнительно малой инерционностью, а так же просты по конструкции.

На рис 2.22 изображена схема аксиально-поршневого насоса с наклонной шайбой. Оси цилиндров 1 расположены в нем параллельно оси вращения блока 2. Цилиндры с помощью пружин прижимаются к наклонной шайбе (диску) 3.

Поскольку цилиндровый блок 2 у рассматриваемого насоса вращается, упрощается распределение жидкости, которое обычно выполняется через серпообразные окна а и в в распределительном золотнике 4. При работе насоса торец цилиндрового блока скользит по поверхности распределительного золотника. При этом цилиндры попеременно соединяются с окнами а и б золотника и через них – с зонами всасывания и нагнетания.

Рис 2.22. Схема аксиально-поршневого насоса: 1 – цилиндр; 2 – цилиндровый блок;

3 – шайба (диск); 4 – распределительный золотник; а и б – серпообразные окна

К объемным насосам специального назначения могут быть отнесены шланговые насосы и водокольцевой вакуум-насос.

Р

Рис 2.23. Шланговый насос с роликами: 1 – корпус; 2 – шланг;

3 – держатель; 4 – ролик

абочим органом шлангового насоса (Рис 2.23) является установленный на специальном профилированном корпусе 1 шланг из эластичного материала (например, резины или пластмассы) 2. Шланг периодически сжимается катываемым роликом 4, и перекачиваемая среда, которой заполнен внутренний его объём, выжимается. Для надежной и непрерывной подачи среды по шлангу и предупреждения возврата вытесняемой среды установлено три ролика, закреплённых в держателе 3. При вращении обоймы с роликами происходит последовательное сжатие шланга и вытеснение среды роликами. За один оборот вала держателя вытесняется три дозы жидкости. Концы шланга закрепляются в корпусе или в специальных зажимах, к которым присоединяются трубопроводы. Во избежание быстрого износа шланг и профильную поверхность корпуса смазывают силиконовым составом или непрерывно смачивают водой.

Шланговый насос обеспечивает импульсную объемную подачу, которая зависит от частоты вращения вала с держателями роликов и диаметра шланга, а также количества шлангов, расположенных параллельно друг другу в корпусе насоса.

75