4.3. Роторно-поршневые насосы
Роторно-поршневой насос – это роторный насос с рабочими органами (вытеснителями) в виде поршней или плунжеров. Роторно-поршневые насосы подразделяются на аксиально-поршневые, у которых возвратно-поступательное движение поршней параллельно оси вращения вала насоса, и радиально-поршневые, у которых возвратно-поступательное движение поршней происходит в радиальном направлении. Аксиально-поршневые насосы в свою очередь выполняются с наклонным диском (шайбой) и с наклонным блоком относительно оси вращения насоса.
На рис. 4.7 и 4.8 представлены структурный состав и конструктивная схема аксиально-поршневого насоса с наклонным диском и плунжерами в качестве вытеснителей.
Рис. 4.7. Структурный состав аксиально-поршневого насоса
Рис. 4.8. Конструктивная схема аксиально-поршневого насоса
Согласно рис. 4.7, основным элементом насоса является блок 4 с плунжерами 3, который приводится во вращение валом 15 и вращается относительно корпуса насоса. Плунжеры опираются на упорный подшипник диска 2, наклоненный под углом γ относительно оси вращения.
Кроме того, важным элементом насоса является неподвижный торцевой распределитель 6 с окнами 13 и 14. Рабочими камерами насоса являются замкнутые цилиндрические объемы 5 внутри блока 4.
При работе насоса плунжеры вращаются вместе с блоком и одновременно скользят вместе с подшипником по наклонному диску. За счет наклона диска и пружин внутри рабочих камер обеспечивается возвратно-поступательное движение плунжеров относительно блока. При этом рабочие камеры меняют свой объем от минимального до максимального и обратно. Для соединения рабочих камер с трубопроводами служит неподвижный распределитель с дугообразными окнами. Он устроен таким образом, что при увеличении объема рабочей камеры она соединяется со всасывающим трубопроводом через окно 14, а при уменьшении – с напорным через окно 13.
Аксиально-поршневой насос с наклонным блоком (рис. 4.9) несколько отличается от конструкции предыдущего насоса. Главное отличие заключается в том, что у него относительно оси вращения (вала 1) наклонен не диск, а блок 5. Из-за наклона блока 5 относительно ведущего вала 1 у большинства насосов такой конструкции имеется дополнительный вал 6 с шарнирами для передачи крутящего момента от диска на блок 5. Вытеснителем в таких насосах, как и в насосах с наклонным диском, могут быть плунжеры или поршни. В приведенной конструкции ими являются поршни 5.
Рис. 4.9. Аксиально-поршневой насос с наклонным блоком
У аксиально-поршневых насосов с наклонным блоком для соединения рабочих камер с полостями всасывания и нагнетания имеется такой же торцевой распределитель 9, как и в насосе с наклонной шайбой.
Принцип работы насоса с наклонным блоком не отличается от принципа работы ранее рассмотренного насоса. В данной конструкции возвратно-поступательное движение поршней 10 обеспечивается за счет жесткой кинематической связи между ними и диском. Однако это отличие не является принципиальным, так как аналогичные конструкции вытеснителей используются и в насосах с наклонными дисками.
Аксиально-поршневые насосы, так же как и пластинчатые, могут быть регулируемыми, т.е. у них может быть предусмотрена возможность изменения рабочего объема в процессе работы. Это обеспечивается за счет изменения угла γ наклона диска 6 (у насоса с наклонным диском, рис. 4.8) или угла γ наклона блока 5 (у насоса с наклонным блоком, рис. 4.9). В обоих случаях это приводит к изменению хода вытеснителя и рабочего объема насоса.
Аксиально-поршневые насосы отличаются от насосов, рассмотренных ранее, бóльшей сложностью изготовления и, как следствие, большей стоимостью. Однако они имеют существенно лучшие эксплуатационные характеристики. Из всех роторных насосов аксиально-поршневые насосы создают самые высокие давления (до 30…40 МПа). Они могут работать в широком диапазоне изменения частот вращения (в пределах 500…4000 об/мин и шире). Для большинства аксиально-поршневых насосов полные КПД составляют 0,90…0,92, а объемные КПД – 0,95…0,98.
Насосы данного типа наибольшее распространение получили в авиации и машинах для строительных и дорожных работ, а также достаточно широко используются в сельскохозяйственном машиностроении и станкостроении.
В радиально-поршневых насосах вытеснителями являются поршни или (чаще) плунжеры, которые располагаются радиально, т.е. перпендикулярно оси вращения. На рис. 4.10 представлена конструктивная схема радиально- поршневого насоса однократного действия с плунжерами в качестве вытеснителей.
Рис. 4.10. Конструктивная схема радиально-
поршневого насоса
Основным элементом насоса является ротор, или блок 4 с плунжерами 5, который вращается относительно корпуса насоса 6. Ротор 4 установлен в корпусе со смещением оси на величину е, т.е. с эксцентриситетом. Полости всасывания и нагнетания роторно-поршневого насоса располагаются в центре и разделены перемычкой 2.
При работе насоса плунжеры 5 вращаются вместе с ротором 4 и одновременно скользят по корпусу 6. За счет этого действия и пружин внутри рабочих камер обеспечивается возвратно-поступательное движение плунжеров 5 относительно ротора 4. Когда рабочая камера перемещается из верхнего положения (3 на рис. 4.10) в нижнее (1 на рис. 4.10), её объем увеличивается. При этом перемещении она через отверстие в роторе 4 соединена с полостью всасывания, обеспечивается её заполнение рабочей жидкостью – всасывание. При обратном перемещении её рабочий объем уменьшается и происходит вытеснение жидкости в полость нагнетания.
На рис. 4.11 представлена другая конструктивная схема радиально-поршневого насоса с приводом от эксцентрикового вала. Его отличительной особенностью является наличие клапанных распределительных устройств, позволяющих осуществлять подвод и отвод рабочей жидкости к плунжерам не через центральные отверстия, а через торцевые, расположенные в корпусе насоса.
Радиально-поршневые насосы могут быть двух- и многократного действия. Это обеспечивается за счет создания на внутренней поверхности корпуса специального профиля (например, как у пластинчатого насоса двукратного действия). При такой конструкции каждый плунжер совершает два рабочих хода за один оборот вала насоса.
Следует также отметить, что радиально-поршневые насосы могут быть регулируемыми. В регулируемом радиально-поршневом насосе изменение рабочего объема обеспечивается за счет смещение ротора 4 относительно корпуса 6, т.е. за счет изменения эксцентриситета е.
Радиально-поршневые насосы применяются существенно реже, чем аксиально-поршневые. Их главное отличие от других роторных насосов заключается в том, что они выпускаются с большими рабочими объемами.
Рис. 4.11. Конструктивная схема радиально-поршневого насоса