3.4. Общие свойства и классификация роторных насосов
В роторных насосах силовое взаимодействие рабочего органа с жидкостью происходит в подвижных рабочих камерах, которые попеременно сообщаются с полостями всасывания и нагнетания.
Наличие подвижных рабочих камер у роторных насосов позволяет исключить из их конструкций впускной и выпускной клапаны. При отсутствии клапанов попеременное соединение и изоляция рабочих камер от трубопроводов обеспечивается в роторных насосах за счет перемещения этих камер от полости всасывания к полости нагнетания и обратно.
Скоростные показатели возвратно-поступательных насосов в большей степени ограничиваются инерционностью клапанов. Поэтому в отличие от них роторные насосы, вследствие отсутствия клапанов, обладают значительно большей быстроходностью. Количество рабочих циклов в единицу времени у этих насосов может быть в 10 и более раз выше аналогичного параметра поршневых насосов.
Отсутствие клапанов обеспечивает роторным насосам и второе существенное отличие от поршневых – обратимость.
Практически любой роторный насос может быть использован в качестве гидродвигателя, т.е. если к насосу подвести жидкость под давлением, то получим вращение его вала. Важной особенностью роторных насосов является то, что они всегда имеют несколько рабочих камер. Это обеспечивает им бóльшую равномерность подачи по сравнению с поршневыми насосами, однако их подача не может быть абсолютно равномерной и её пульсация всегда имеет место. Отсутствие клапанов в роторных насосах повлекло за собой также значительное уменьшение гидравлических потерь.
Классификацию роторных насосов определяет ГОСТ 17398-72. Все роторные насосы делятся на две большие группы. В первую группу включены насосы, использующие только вращательное движение. Во вторую группу входят насосы, в кинематике которых, кроме вращательного движения, присутствует также возвратно-поступательное движение.
Из роторно-вращательных насосов наибольшее распространение получили шестеренные насосы, которые используются практически во всех отраслях машиностроения.
Из роторно-поступательных насосов в машиностроении достаточно широко применяются пластинчатые и некоторые разновидности роторно-поршневых насосов.
Лекция 4
4.1. Шестеренные насосы
Шестеренный насос – это зубчатый насос с рабочими органами в виде шестерен, обеспечивающих геометрическое замыкание рабочих камер и передачу крутящего момента с ведущего вала на ведомый. Шестеренные насосы могут быть с внешним и внутренним зацеплением.
Самым распространенным является шестеренный насос с внешним зацеплением (рис. 4.1). Он обычно состоит из двух одинаковых эвольвентных зубчатых колес, находящихся в зацеплении, а также неподвижного корпуса.
Жидкость во всасывающей полости заполняет впадины между зубьями. Затем впадины с жидкостью перемещаются по дугам окружности от полости всасывания к полости нагнетания и попадают в область зацепления. При этом каждый зуб входит в соответствующую впадину и вытесняет из неё жидкость. Таким образом, жидкость вытесняется из впадин в полость нагнетания и далее в напорный трубопровод. Следует иметь в виду, что впадина на некоторую величину больше зуба. Поэтому часть жидкости возвращается обратно в полость всасывания в запертых в зоне зацепления объемах между впадинами и головками зубьев.
Для улучшения эксплуатационных показателей шестеренных насосов их конструкции несколько усложняют. Так, для лучшего уплотнения боковых (торцевых) зазоров в насосах применяют специальные плавающие втулки, которые давлением насоса поджимаются к боковым поверхностям шестерен. Тем самым, при повышении давления автоматически повышается герметичность насоса.
Рис. 4.1. Шестеренный насос с внешним зацеплением
Для повышения герметичности зубчатое зацепление часто выполняют с большим коэффициентом перекрытия, что позволяет значительное время в контакте находится сразу двум парам зубьев. Однако это увеличивает замкнутые объемы в месте зацепления. Запертая жидкость в ограниченных объемах между зубьями сжимается, что приводит к скачкам давления. Для устранения отмеченных скачков в торцевых поверхностях корпуса в зоне зацепления устраивают специальные компенсационные канавки. У некоторых шестеренных насосов для снижения радиальных нагрузок устраивают разгрузочные каналы в боковых поверхностях корпусов, удаленных от полостей всасывания и нагнетания.
Шестеренные насосы выпускаются как для гидросистем с высокими давлениями (до 15…20 МПа), так и для гидросистем с более низкими давлениями (1…10 МПа). Первые применяются в гидросистемах тракторов, дорожно-строительных и сельскохозяйственных машин. Вторые используются в станочных гидроприводах. Рекомендованные частоты вращения большинства шестеренных насосов с внешним зацеплением лежат в пределах 1000…2500 об/мин. Полные КПД этих насосов обычно составляют 0,75…0,85, а объемные КПД – 0,85…0,95.
Кроме шестеренных насосов с внешним зацеплением, известны также шестеренные насосы с внутренним зацеплением (рис. 4.2): шестерня меньших размеров располагается внутри более крупного зубчатого колеса. Оба зубчатых колеса находятся в зацеплении и вращаются относительно неподвижного корпуса, причем ведущей является внутренняя шестерня.
Рабочими камерами, как и в случае насоса с внешним зацеплением, являются впадины зубьев. Всасывающие и на-
Рис. 4.2. Схема шестеренного насоса с внутренним зацеплением
порные трубопроводы подводятся к торцевым поверхностям насоса и заканчиваются полостями всасывания и нагнетания. Необходимой деталью насоса с внутренним (эвольвентным) зацеплением является неподвижный серпообразный разделительный элемент, который служит для разделения полостей всасывания и нагнетания. Принцип действия данного насоса аналогичен принципу действия шестеренного насоса с внешним зацеплением.
Шестеренные насосы с внутренним зацеплением компактнее и могут работать при больших скоростях вращения. Однако они создают меньшие давления (обычно не более 5…7 МПа). Из-за указанного обстоятельства и более сложной конструкции (по сравнению с насосами с внешним зацеплением, они не нашли широкого применения).