Общие свойства и классификация роторных насосов

В роторных насосах взаимодействие рабочего органа с жидко­стью происходит в подвижных рабочих камерах, которые попере­менно соединяются с полостями всасывания и нагнетания. Это дает возможность исключить из конструкций насосов клапаны.

Отсутствие клапанов позволяет иметь у роторных насосов зна­чительно ббльшую быстроходность, т.е. число рабочих циклов в единицу времени. Кроме того, это обеспечивает роторным насо­сам и второе отличие от поршневых насосов — обратимость, т. е. практически любой роторный насос может быть использован в качестве гидродвигателя.

Важной конструктивной особенностью роторных насосов явля­ется много камерность. Это обеспечивает им ббльшую равномерность цадачи по сравнению с возвратно-поступательными насосами. Од­нако их подача не может быть абсолютно равномерной, и ее пуль­сация всегда имеет место. Эта пульсация всегда меньше для насо­сов с нечетным числом рабочих камер.

Роторные насосы обладают и существенным недостатком, ко­торый вытекает из их конструктивных особенностей. Дело в том, что жидкость, которую перекачивает роторный насос, должна одновременно обеспечивать смазывание его поверхностей. По­этому она должна быть чистой и неагрессивной по отношению к материалу насоса, а также обладать смазывающими способно­стями.

Отсутствие клапанов в роторных насосах повлекло за собой зна­чительное уменьшение гидравлических потерь, что позволяет пре­небрегать ими и принимать гидравлический КПД равным единице I (ц_г= 1). Таким образом, в соответствии с (11.9) полный КПД г|_н роторного насоса равен произведению объемного г|₀ и механичес­кого ц_и КПД (л„ = Л

Роторные насосы имеют чрезвычайно большое разнообразие конструкций. Классификацию этих насосов определяет ГОСТ 17398—72, который включает всевозможные конструктивные ис­полнения. В данном учебнике приводится упрощенный вариант клас­сификации роторных насосов, в которую включены наиболее ис­пользуемые в машиностроении насосы (рис. 12.3).

Как следует из анализа схемы (см. рис. 12.3), все роторные насо­сы делятся на две большие группы. В первую группу входят насосы, использующие только вращательное движение. Во вторую группу включены насосы с вращательным и возвратно-поступательным движением.

Из роторно-вращательных насосов наибольшее распространение получили шестеренные насосы, которые применяются практиче­ски во всех отраслях машиностроения. Из роторно-поступательных

достаточно широко используются пластинчатые и роторно-поршневые насосы.

Шестеренные насосы

Шестеренный насос — это зубчатый насос с рабочими органа­ми в виде шестерен, обеспечивающих герметическое замыкание рабочих камер и передачу вращающего момента с ведущего вала на ведомый. Шестеренные насосы могут быть с внешним и внут­ренним зацеплением.

Наиболее простым по конструкции и самым распространенным является шестеренный насос с внешним зацеплением (рис. 12.4). Он состоит из корпуса 4 и двух эвольвентных зубчатых колес (шестерен) 1 и 3, находящихся в зацеплении. В представленной конструкции ведущей является шестерня 1, а ведомой — 3.

Жидкость во всасывающей полости заполняет впадины между зубьями (в том числе

затемненную впадину 2). Затем впадины с жидкостью перемещаются по дугам окружнос­ти от полости всасывания в полость нагнетания (показано штрихпунктирной линией). В полости нагнета­ния каждый зуб входит в соответ­ствующую впадину и вытесняет из нее жидкость (в частности, зуб 6 аходит в затемненную впадину 5). Таким образом жидкость вытесня- ется из впадин в полость нагнетания. Следует иметь в виду, что впадина несколько больше зуба, поэтому часть жидкости возвращается обратно в полость всасыва­ния.

Следовательно, рабочей камерой шестеренного насоса является впадина между зубьями, точнее, та часть ее объема, которую зани­мает зуб при вытеснении жидкости. Для приближенного определе­ния рабочего объема насоса принимают объемы зубьев и впа­дин равными.

Тогда можно считать, что рабочий объем насоса ра­вен суммарному объему всех впадин и зубьев одной шестерни и может быть определен по формуле

= Dbh

где D — диаметр начальной окружности шестерни; Ь — ширина

шестерни; h — высота зубьев (глубина впадин).

Для анализа влияния параметров зацепления на рабочий объем | насоса целесообразно связать его с модулем зацепления. Так как

высота зуба равна двум модулям (h = 2m), а диаметр начальной , окружности шестерни — произведению модуля и числа зубьев (D= mz), то = Dbh

преобразуется в формулу

= 2bz

Формула позволяет сделать вывод, чтд рабочий объем уве­нчивается пропорционально числу зубьев z в первой степени и квадрату модуля т. Таким образом, для увеличения подачи насоса целесообразнее увеличивать модуль зацещления т за счет снижения числа зубьев z. На практике обычно применяют насосы с числом зубьев я = 8…18.

Шестеренные насосы с внешним зацеплением получили ши­рокое распространение в машиностроении, так как они просты в изготовлении и надежны в эксплуатации. Эти насосы выпускаются для гидросистем как с высокими давлениями (до 15...20 МПа), так и с более низкими (1... 10 МПа). Первые находят применение в гидросистемах тракторов, дорожно-строительных и сельскохозяй­ственных машин, а вторые используются в станочных гидропри­водах и гидросистемах поршневых двигателей. Частоты вращения большинства шестеренных насосов с внешним зацеплением нахо­дятся в диапазоне 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, бывают также шестеренные насосы с внутренним зацеплением, когда ше­стерня меньших размеров располагается внутри более крупного зубчатого колеса. Такие насосы компактнее, но из-за более слож­ной конструкции по сравнению с насосами с внешним зацепле­нием они не нашли широкого применения.