2.6. Шестеренные насосы и гидромоторы
Шестеренный насос представляет собой машину с ротором и вытеснителем в форме зубчатых колес, обеспечивающих передачу непрерывного движения жидкости от ротора к вытеснителю. Перемещение рабочих камер при этом происходит в плоскости, перпендикулярной оси вращения шестерен.
Шестеренные насосы применяются в основном для получения давлений до 150 кгс/см2, а в исключительных случаях—до 210 кгс/см2.
Шестеренные машины могут быть выполнены с шестернями внешнего и внутреннего зацепления. Из-за простоты изготовления наиболее широкое распространение получили машины с шестернями внешнего зацепления, хотя у машин с шестернями внутреннего зацепления габариты значительно меньше.
На рис.2.12 изображена схема шестеренного насоса с внешним зацеплением шестерен.
В корпусе 1 расточены колодцы под шестерни 2 и 3. Объемы между зубьями шестерен 2 и 3 замыкаются поверхностью колодца в корпусе 1 и поверхностью крышки, которая на схеме не показана. Шестерня 2 посажена на вал 4, который приводится во вращение каким-либо двигателем (электродвигателем, газовой турбиной, авиадвигателем и др.). Благодаря зубчатому зацеплению ведущая шестерня 2 заставляет вращаться ведомую шестерню 3. Рабочая жидкость может попасть из полости А в полость Б насоса только перемещаясь вместе с впадинами шестерен 2 и 3 вдоль цилиндрических стенок колодца в корпусе 1.
Рис.2.12. Схема шестеренного насоса внешнего зацепления
Перетекание рабочей жидкости из полости Б в полость А в месте зацепления шестерен исключена. Перенос жидкости из полости А в Б осуществляется впадинами шестерен.
Подшипники шестеренного насоса являются наиболее нагруженной его частью из-за радиальных сил от давления жидкости на шестерни.
На рис.2.13 изображена схема шестеренного насоса с внутренним зацеплением шестерен
Рис.2.13. Схема шестеренного насоса внутреннего зацепления
Шестеренные машины, как и многие другие, обладают свойством обратимости. Но шестеренные гидромоторы конструктивно несколько отличаются от насосов. Так, например, в гидромоторах уменьшают зазоры в подшипниках, радиальные и другие зазоры в шестернях. В конструкциях шестеренных гидромоторов особенно необходима разгрузка подшипников от радиальных усилий, создаваемых давлением жидкости.
2.7. Винтовые насосы
В связи с рядом преимуществ винтовые машины в последнее время стали применяться все чаще, вытесняя шестеренные.
Винтовой насос является машиной, в которой вытеснители в форме выступов винта совершают вращательное движение относительно своих осей, а перемещение рабочих камер происходит вдоль оси вращения ротора.
На рис.2.14. приведена схема винтового насоса с двумя винтами.
Рис.2.14. Схема винтового насоса с двумя винтами.
В корпусе 1 насоса находятся два винта, один из которых ведущий 2, а другой — ведомый 3. На схеме связь между винтами осуществляется с помощью шестерен 4. Такая связь необходима, чтобы ведомый винт вращался в результате зацепления винтов, если шаг резьбы винтов 2 и 3 слишком мал. При больших значениях шага винтов шестерни 4 не требуются. На концах винтов имеются разгрузочные поршни 5, назначение которых будет объяснено ниже.
При вращении винтов в направлении, показанном на рис.2.13., рабочая жидкость поступает из полости всасывания А в раскрытые впадины винтов 2 и 3.
Постепенно впадины винтов, заполненные жидкостью, смещаются вправо и замыкаются смежными выступами. При дальнейшем вращении винта впадины передвигаются вправо, увлекая за собой заключенную в них рабочую жидкость до тех пор, пока эта жидкость не вытолкнется в напорную полость Б. Этот процесс протекает непрерывно и равномерно при постоянной скорости вращения ротора насоса. Благодаря непрерывности процесса перемещения жидкости достигается бесшумная работа винтовых насосов, равномерная подача жидкости и отсутствие пульсации крутящего момента.
Винтовые насосы могут иметь два, три и более винтов. Один из них обычно является ведущим, а остальные — ведомыми. Профиль нарезки винтов принято делать циклоидальным для уменьшения зазоров между винтовыми поверхностями. Нарезка винтов может быть однозаходной или двухзаходной в зависимости от требуемого шага винта. Передаточное отношение между ведущим и ведомым винтами равно единице.
Неприятным явлением в винтовых насосах является возникновение осевых сил на винтах, которые при высоких перепадах давлений достигают больших значений. Для устранения этого недостатка к торцам винтов из напорной полости подводится жидкость под давлением. Благодаря этому на винтах создается усилие, обратное по знаку основному. Диаметры разгрузочных поршней берутся такими, чтобы усилие разгрузки равнялось основному осевому усилию.
Винтовые насосы могут использоваться и как гидромоторы с некоторыми конструктивными изменениями в разгрузке подпятников. Если же винтовые гидромоторы реверсивные, то в них предусматривается разгрузка винтов в обоих направлениях.
Основными достоинствами винтовых машин являются: малый момент инерции ротора (он самый минимальный по сравнению с другими типами машин), компактность, надежность, бесшумность, равномерность подачи жидкости, отсутствие пульсации крутящего момента, а также возможность работы при высоких скоростях вращения ротора (до 2000 рад/сек], что позволяет обходиться без механического редуктора между приводным двигателем и насосом.
К недостаткам винтовых машин следует отнести невозможность простьми способами изменять производительность насоса или скорость вращения гидромотора, как это делается, например, в аксиальных роторно-поршневых машинах. Кроме того, изготовление винтовых гидромашин в настоящее время сложно в технологическом отношении.