I. Цель работы.

Закрепление теоретически* знаний по разделу "Судовые насосы" предмета "Судовые вспомогательные механизмы" (СВМ). И учение конструкции и принципа действия шестеренных, шибере и роторно-поршневых насосов.

II. База для выполнения работы

1. Стенды "Насосы вытеснения".

2. Насосы вытеснения роторные.

3. Плакаты, чертежи, инструкции. Ш. Методические рекомендации

Работа выполняется в кабинете СВМ в следующем порядке:

1. повторить теоретический материал по теме "Роторные насосы вытеснения';

2. изучить правила техники безопасности при выполнении работы;

3. произвести деление группы (работу рекомендуется выполнять звеньями численностью три человека);

4. Подготовить вспомогательные средства для выполнения работы:

• планшеты, бумагу, карандаши, резинки,

• необходимые инструменты;

5. изучить имеющиеся в кабинете насосы;

6. по указанию преподавателя, руководящего работой, выполнить эскизы узлов насосов с необходимыми разрезами и их описание.

IV. Правила техники безопасности при выполнении работы

1. Для выполнения лабораторной работы все исполнители должны быть в соответствующей рабочей одежде.

2. Неиспользуемое в данное время электрооборудование должно бы отключено.

3. Используемый рабочий инструмент до начата работы должен быть осмотрен преподавателем, руководящим работой. При этом следует убедиться в его соответствии требованиям правил

техники безопасности.

4. При разборке узлов, снимаемые детали должны укладываются на специально отведенные места, исключающие их падение и загромождение свободного прохода к рабочему месту.

V. Порядок выполнения работы

1. Произвести внешний осмотр насосов. Определить талы насосов, места подвода и отвода перекачиваемой жидкости, места установки контрольно-измерительных приборов и управляющей арматуры.

2. При необходимости, выполнить частичную разборку насосов с целью изучения их внутреннего устройства, материала деталей, способа изготовления.

3. По указанию преподавателя, руководящего работой, выполнить эскизы узлов шестеренного, шиберного и роторно-поршневого насосов.

4. Описать принцип действия, конструкцию и назначение насоса и за актированного узла.

VI. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРОВЕРКИ

1. В чем принципиальное отличие роторных насосов вытеснения от поршневых

2. Почему роторные насосы на судах получили преобладающее распространение?

3. Какие способы регулирования подачи роторного насоса вытеснения применяются?

4. От чего зависит подача роторного насоса вытеснения?

5. Какие основные преимущества радиально-поршневых и аксиально-поршневых насосов'

6. Почему, при кажущемся безразличии по отношению к стороне всасывания шестеренчатого насоса, на имеющемся макете шестеренчатого насоса стороны всасывания и нагнетания четко определены?

Приложение к практической работе №2

. РОТОРНЫЕ НАСОСЫ

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА

К роторным относятся объемные насосы с вращательным и возврат­но-поступательным движением рабочих органов. По конструкции эти насосы весьма разнообразны. Их классифицируют по следующим ос­новным признакам: по характеру движения рабочих органов — роторно-поворотные, роторно-вращательные, роторно-поступательные; по направлению перемещения жидкой среды — зубчатые (шестеренные, коловратные, шланговые), винтовые; по виду рабочих органов — пла­стинчатые (шиберные), фигурно-шиберные, роторно-поршневые. На судах наибольшее распространение получили шестеренные, винтовые, пластинчатые и роторно-поршневые насосы.

Роторные насосы в отличие от поршневых не имеют клапанов и воз­душных колпаков, так как характеризуются более равномерной по­дачей. Они имеют небольшие габариты и массу, просты и надежны в работе, могут быть непосредственно соединены с быстроходными двигателями. Большинство роторных насосов обладает свойством самовсасывания. Они могут работать на жидкостях с большой вязкостью. Роторно-поршневые насосы могут развивать высокое давление, что позволяет использовать их в гидравлических передачах. Недостаток большинства роторных насосов заключается в том, что они непри­годны для работы на жидкостях с механическими примесями вслед­ствие интенсивного увеличения зазоров и возрастания объемных потерь.

На судах роторные насосы широко используют для подачи топли­ва и масел с вязкостью до 2-10~⁴ м²/с при температуре до 100 °С. Ро­торные насосы применяют в качестве грузовых и зачистных насосов на танкерах.

ШЕСТЕРЕННЫЕ НАСОСЫ

Шестеренные насосы выполняют с внутренним и внешним зацепле­нием. По типу зуба шестерен различают насосы с прямозубыми, косозубыми и шевронными шестернями. Чаще шестеренные насосы выпол­няют одноступенчатыми, однако известны многоступенчатые и много поточные шестеренные насосы.

Схема простейшего шестеренного насоса с внешним зацеплением показана на рис. 70. Он состоит из ведущей 1 и ведомой 2 шестерен, установленных с минимально возможными радиальными и торцовыми зазорами в корпусе 3. В приемной камере 5 зубья шестерен выходят из зацепления. При этом объем камеры увеличивается и в ней созда­ется разрежение, вследствие чего жидкость поступает в насос. Она заполняет впадины шестерен и переносится вращающимися шестер­нями в напорную камеру 4. Здесь зубья шестерен входят в зацепление, вытесняя жидкость из впадин и нагнетая ее в напорный трубопровод.

На судах применяют главным образом насосы с внешним зацепле­нием и эвольвентным профилем зуба.

По ГОСТ 19027—73 промышленностью выпускаются шестеренные насосы с подачей до 58 м³/ч, давлением до 2,5 МПа, частотой вращения 980—1450 об/мин, мощностью до 50 кВт в пяти исполнениях, отличаю­щихся видом опор и наличием обогрева (охлаждения). Маркировка насоса: Ш — с внутренними опо­рами на лапах; ШФ — с внутрен­ними фланцевыми опорами; ШВ — с выносными опорами на лапах; ШГ — с внутренними опорами и обогревом (охлаждением) и ШВГ —• с выносными опорами и обогревом (охлаждением).

К. п. д. шестерен­ных насосов не превышает 0,6, а в ряде случаев равен 0,3; чем мощнее насос, тем выше к.п.д. На судах шестеренные насосы исполь­зуют в топливных и смазочных си­стемах, для которых характерны

небольшие подачи и Малые давления. Несмотря на низкие значения к. п. д., эти насосы используют на судах в качестве автономных и на­весных как весьма надежные в эксплуатации и обладающие хорошей всасывающей способностью. Известны случаи использования этих на­сосов на танкерах зарубежной постройки в составе грузовых уста­новок с подачей до 1150 м³/ч.

Н а рис. 71 показана конструктивная схема шестеренного насоса РЗ-30 с подачей 16—20 м³/ч, давлением до 1,6 МПа, частотой враще­ния 980 об/мин и мощностью до 29 кВт. К основным деталям шестерен­ного насоса относятся: корпус /, роторы — ведущий 13 и ведомый И, крышки— передняя 12 и задняя 5. Корпус насоса выполняется литым, чугунным или бронзовым. Ведущий ротор 13 представляет собой стальной вал, на котором закреплены шпонкой две шестерни 24 и 23 с косым зубом. Для компенсации осевого усилия шестерни установлены симметрично. На валу ведомого ротора 11 насажены так­же две шестерни с косым зубом. Однако из шестерен 9 закреплена на валу шпонкой, вторая 10 насажена свободно, благодаря чему она мо­жет самостоятельно входить в зацепление. Во избежание осевых смещений шестерни на валах роторов закреплены специальными гай­ками 3 и 6 со стопорными винтами 4 и 8. Узел 14 торцового уплотнения вала состоит из пяты 18, подпятника 15 с резиновым амортизатором 16, двух колец — стального упорного 20 и резинового уплотняющего 19, пружины 21 и крышки 17 — чугунной или стальной. Пята уплот­нения стальная или бронзовая, подпятник чугунный или стальной. Шестеренные насосы снабжены предохранительно-перепускным кла­паном 2 для перепуска перекачиваемой жидкости из полости нагнетания в полость всасывания на случай, если в напорном трубопроводе" создается давление выше нормального. Опорами вала роторов насо­сов служат шариковые подшипники 7 и 22, а у небольших насосов — подшипники скольжения, которые представляют собой бронзовые втулки, запрессованные в гнезда крышки и опорной стойки насосов.

Смазывание подшипников и других трущихся деталей насосов произ­водится перекачиваемой жидкостью.

Шестеренные насосы самовсасывающие, поэтому их заполняют пе­рекачиваемой жидкостью только при первоначальном пуске. При пов­торном пуске, после кратковременной остановки, заполнения корпу­са не требуется, так как остающейся в нем жидкости достаточно для начала всасывания непосредственно после пуска насоса. Привод на­сосов осуществляется электродвигателем через эластичную муфту. Насосы изготовляются с нижним и верхним расположением вала, ле­вого и правого вращения.

ГОСТ 19027—78 предусматривает изготовление насосов с модулем шестерен 2,5—10 мм. Число зубьев обычно составляет 10—13. Уменьше­ние числа зубьев до 5—6 (как это иногда бывает у нестандартных ше­стеренных насосов) делает подачу менее равномерной.

Давление на входе в насос, как правило, не превышает 0,25 МПа. В случае использования насосов для перекачивания жидкостей, от­личных, по своим физико-химическим свойствам, от предусмотренной стандартом, подача, мощность и частота вращения устанавливаются заводом-изготовителем по запросу потребителя. Судовые насосы долж­ны непрерывно надежно работать в условиях длительных и кратко­временных наклонов корпуса до угла 45° в любой плоскости.

Ресурс шестеренного насоса с момента ввода его в эксплуатацию до первого капитального ремонта при работе на чистом минеральном масле с кинематической вязкостью около 0,4- 10^-4 м²/с и температурой до 100 °С составляет не менее 20 тыс. ч, причем снижение подачи к концу использования ресурса не должно превышать 10%.

Для определения теоретической подачи шестеренного насоса пред­ложено большое число формул, которые дают различные результаты. Для приближенных расчетов подачи насосов с шестернями равных размеров применяют упрощенную формулу, полученную исходя из допущения, что насос за каждый оборот подает количество жидкости, равное сумме объемов впадин обеих шестерен за вычетом объемов ра­диальных зазоров в зацеплении [5]. При этом полагают, что объемы впадин и зубьев равны. Тогда теоретическая подача

где De – диаметр начальной окружности

m_a - модуль зацепления

b_ш - ширина шестерни

Сравнение данных практических измерений с расчетом по этой фор­муле показало, что она дает заниженный результат, т. е. условие ра­венства объема впадины и объема рабочей части зубьев не подтвержда­ется. Лучшие результаты для насосов с шестернями, имеющими число зубьев 8—15, дает аналогичная формула, в которой значение 2n заменяется коэффициентом 6,5, т. е.

Действительная подача определяется по формуле

η_о

Объемные потери в шестеренных насосах можно разделить на две группы: потери от утечек и потери на всасывании. Утечки происходят через зазоры между торцовыми поверхностями шестерен и корпуса, радиальные зазоры между цилиндрическими поверхностями расточек корпуса и наружными поверхностями головок зубьев шестерен, а также неплотности контакта между зубьями. Наиболее значительные утечки происходят через зазоры между торцовыми поверхностями ше­стерен и корпуса. Они составляют 75—80% всех утечек в насосе. Для их уменьшения в шестеренных насосах высокого давления предусма­тривают подачу в эти зазоры под давлением некоторого количества перекачиваемой жидкости.

Потери на всасывании шестеренного насоса определяются степенью заполнения жидкостью впадин в полости всасывания. Недостаточное заполнение рабочих камер приводит к уменьшению подачи насоса. На значение этих потерь оказывает большое влияние наличие в пере­качиваемой жидкости газов. С понижением давления в полости всасы­вания объем газа, выделяющегося из жидкости, увеличивается, а сте­пень заполнения снижается. С увеличением вязкости жидкости умень­шаются и утечки, и степень заполнения. Поэтому объемный к. п. д. насоса до некоторого значения вязкости возрастает, а затем начинает уменьшаться вследствие более интенсивного возрастания гидравличе­ских потерь во всасывающем трубопроводе.

Значение объемного к. п. д. шестеренных насосов колеблется в ши­роких пределах: 0,35÷0,75. По мере износа значение η₀ уменьшается. К. п. д. уменьшается с появлением кавитации.

Допускаемый кавитационный запас у шестеренных насосов обычно составляет 0,02—0,03 МПа. Для уменьшения Д/>^д и улучшения запол­нения впадин насоса входной канал его иногда выполняют в виде диф­фузора, плавно расширяющегося от входного отверстия до ширины шестерен.

Чтобы влияние центробежных сил инерции на всасывающую спо­собность насоса было не слишком существенным, ограничивают окруж­ную скорость на д иаметре начальной окружности шестерен значением 5—6 м/с. Существенное улучшение всасывающей способности насоса и условий заполнения впадин достигается при установке эжектора на входе в насос, питающегося пере­качиваемой жидкостью из напор­ной магистрали. В этом случае его подача увеличивается.

Подача шестеренного насоса неравномерна. Коэффициент не­равномерности подачи тем боль­ше, чем меньше число зубьев ше­стерен. Шестерни косозубые и с шевронным зубом при одинаковом числе зубьев обеспечивают более равномерную подачу. Они рабо­тают с меньшим шумом.

В шестеренных насосах с коэф­фициентом перекрытия зацепления, большим единицы, и в насосах, не имеющих зазоров при зацеплении, происходит запирание жидкости во впадинах. При таком зацеплении (рис. 72) часть жидкости оказы­вается запертой во впадине шестер­ни входящим в нее зубом с фикса­цией контакта в точках А и В на рабочей и нерабочей поверхностях зуба. При коэффициенте перекры­тия, большем единицы, и плотном контакте второй пары зубьев оче­редная пара зубьев входит в кон­такт, когда предыдущая еще не вышла из него. В результате часть жидкости также оказывается запертой, причем в течение некоторо­го периода времени этот объем

уменьшается. Уменьшение запертого объема, сопровождающееся сжатием жидкости в нем, приводит к появлению дополнитель­ной радиальной пульсирующей нагрузки на шестерни, валы и подшипники. Все это вызывает быстрый износ шестерен и подшип­ников.

После уменьшения следует увеличение запертого объема. Возни­кающее разрежение также отрицательно сказывается на работе насоса, поскольку при этом происходит выделение из жидкости растворенных пузырьков газов и пара, что вызывает местную кавитацию. Чтобы исключить сжатие жидкости во впадинах, необходимо соединить за­пертый объем в этот момент с полостью нагнетания, а в период расшире­ния — с полостью всасывания. Это достигается с помощью специаль­ных канавок в торцовых стенках корпуса (рис. 73) или радиальных ка­налов во впадинах (иногда и в зубьях) шестерен. Однако полностью исключить явление сжатия жидкости не удается, и оно отрицательно влияет на работу различных деталей

. При расчете необходимо иметь в виду, что ведомая шестерня испытывает давление на 10—15% большее, чем ведущая. Для некоторой разгрузки подшипников сужают выпуск­ное отверстие и создают гидравлическое противодавление путем сое­динения полостей нагнетания и всасывания с камерами, расположен­ными в диаметрально противоположных местах.

Валы рассчитывают на изгиб и кручение. При изменении режима эксплуатации по, сравнению с расчетным, шестеренный насос и его де­тали следует проверить в условиях работы при новых параметрах и согласовать соответствующие изменения их значений с заводом-изго­товителем.

При использовании шестеренных насосов в различных установках следует учитывать, что их наивысший к. п. д. соответствует определен­ному давлению. К. п. д. уменьшается при высоком давлении вследствие больших объемных потерь, при малом — вследствие больших гидравлических и механических потерь.

. ВИНТОВЫЕ НАСОСЫ

Известны одно-, двух-, трех- и пятивинтовые насосы. Из них наи­большее распространение на судах получили трехвинтовые. ГОСТ 20883—75 предусматривает изготовление трехвинтовых насосов с по­дачей 0,4—400 м³/ч и давлением до 25 МПа для перекачивания неагрес­сивных жидкостей с вязкостью до 60۬10 ^-2 без механических включений, обладающих смазывающей способностью. Насосы выпускают в двух исполнениях: ЗВ — с односторонним подводом жидкости, ЗВ х 2 — с двусторонним подводом жидкости.

Насосы с подачей до 20 м³/ч имеют частоту вращения 2900 об/мин, а с большей — 1450 об/мин. Мощность насосов составляет 3,4—230 кВт, а масса 45—1200 кг. Винтовые насосы имеют практически равномер­ную подачу, высокий к. п. д. (0,80—0,85), обладают свойством самовсасывания, не вызывают большого шума. Их выпускают на давление 1,0—25 МПа. Такое высокое давление для насосов судовых систем требуется только при перекачивании нефтепродуктов, перевозимых в нефтеналивных баржах или танкерах. Имеющийся опыт использова­ния трехвинтовых насосов на плавучих нефтеперекачивающих стан­циях позволяет считать их весьма перспективными.

И спользуемые в настоящее время на плавучей нефтеперекачиваю­щей станции проекта №Р-62 трехвинтовые насосы ВС-200 в горизон­тальном исполнении были спроектированы и изготовлены для исполь­зования на речных судах; каждый насос обеспечивает подачу свыше 200 м³/ч при давлении 2,5 МПа, частоте вращения 1500 об/мин, до­пускаемой вакуумметрической высоте всасывания 6 м и массе без элек­тродвигателя 42 кг.

Поперечное сечение рабочих органов трехвинтового насоса показа­но на рис. 75, а конструктивная схема — на рис. 76. Насос состоит из трех винтов, один из которых 1 (см. рис. 76)

в едущий, а два — ведомые. Ведомые винты 2 служат также для уплотнения ведущего винта 1. Передаточное число этих винтов равно единице. При вращении винтов их нарезки входят одна в другую и отсекают во впадинах некоторый объем жидкости, перемещая его вдоль оси вращения от всасывающей полости к нагнетательной. На рис. 76 показан винтовой насос с двусто­ронним подводом жидкости. Направ­ление нарезки винтов у таких насо­сов на одной половине правое, а на другой — левое, что необходимо для возможности подвода перекачиваемой жидкости к средней части винтов без резьбы, напротив которой находится отверстие 7 напорного патрубка. Та­кая конструкция обеспечивает пол­ное уравновешивание осевой силы. Случайные осевые силы и отдельные толчки воспринимаются шариковым подшипником. Всасываемая насосом жидкость поступает к винтам 1 и 2 через приемный патрубок 3 и с про­тивоположной стороны через внутрен­ние каналы 5, сообщающиеся со вса­сывающей полостью насоса. Шарико­вый подшипник 11, установленный в крышке 9 корпуса 8, и подшипник скольжения 4, находящийся в цент­ральной части перемычки приемного патрубка, служат опорами ведущего винта. На участках винтов с резьбой опорами служат бронзовые обоймы 6. Уплотнительные резиновые проклад­ки обеспечивают герметичность сопря­жений деталей у фланцев. Смазывание

трущихся деталей производится перекачиваемой жидкостью; через отверстие 14 в теле ведущего винта она поступает к шариковому под­шипнику. Предохранительный шариковый клапан 13 в случае превы­шения давления в полости между крышками сальника 10 и 12 пере­пускает жидкость во всасывающую полость. В насосе имеется предо­хранительный клапан для отвода перекачиваемой жидкости из нагне­тательной полости во всасывающую. Для подогрева перекачиваемой жидкости при необходимости уменьшения ее вязкости насос имеет специальную рубашку, пар поступает в пространство между нею и корпусом. Однако опыт работы насосов на вязких жидкостях показал, что такой подогрев уменьшает вязкость незначительно. Целесообраз­нее перекачивать жидкость (до ее подхода к насосу) с заранее снижен­ной вязкостью.

Винты трехвинтовых насосов выполняют с циклоидальным зацеп­лением (показанный на рис. 75 профиль нарезки винтов в плоскости, перпендикулярной оси, образован циклоидами). Благодаря такой на­резке при достаточной длине винтов достигается большая герметичность между камерами нагнетания и всасывания.

Основные геометрические размеры и соотношения площади попе­речного сечения винтов показаны на рис. 75.

Значение объемного к. п. д. зависит от многих факторов. Оно умень­шается с уменьшением размеров насоса; обычно η = 0,80 ÷ 0,95. Наружный диаметр ведомого винта равен внутреннему диаметру ведущего. Внутренний диаметр ведомого винта принимают .

Угол, характеризующий профиль винтового зацепления (см. рис. 75), а_в = 0,18л = 32°24'. Расстояние между осями ведущего и ведомого винтов равно .

Для обеспечения герметичности длина обоймы должна быть боль­ше замкнутого между винтами объема жидкости. Длина нарезки вин­та зависит от давления насоса. При больших давлениях (свыше 100 МПа) она может превышать 6t.

Допускаемая вакуумметрическая высота всасывания винтовых на­сосов зависит от рода перекачиваемой жидкости. При работе на масле она находится в пределах 5 ÷5,6 м . Область минимального давле­ния в насосе расположена примерно на расстоянии 0,3 шага от входа в нарезку. С возрастанием вязкости эта область смещается вглубь обоймы. С изменением вязкости жидкости, давления и частоты враще­ния изменяются подача, м³/с, и мощность насоса, Вт.

Характеристика трехвинтового насоса аналогична характеристике поршневого.

Двухвинтовые негерметичные насосы имеют два винта с прямо­угольным или трапециевидным профилем нарезки. Такая форма про­филя не обеспечивает герметичного замыкания полостей всасывания и нагнетания, поэтому для уменьшения объемных утечек увеличивают число витков нарезки, создавая таким образом лабиринтное уплот­нение. Для уменьшения длины винтов шаг винтов принимают неболь­шим. При этом получаются малые углы подъема винтовой линии, вследствие чего непосредственная передача момента от ведущего вин­та ведомому становится невозможной или крайне неэкономичной из-за самоторможения винтов. Поэтому ведомый винт приводится в движе­ние парой шестерен.

На рис. 77 показан продольный разрез двухвинтового насоса по оси ведущего винта 1. На его валу насажена шестерня 2, передающая вращение шестерне ведомого винта (на схеме не показан). Каждый винт имеет две противоположно направленные нарезки. При соответствую­щем их вращении боковые полости корпуса являются всасывающими, а средняя — нагнетательной.

Двухвинтовыми насосами перекачивают нефтепродукты, щелочи, кислоты, воду, различные эмульсии, смолы, загрязненные жидкости. На судах двухвинтовые насосы применяют в качестве грузовых на­сосов танкеров.

Насосы, предназначенные для работы на жидкостях, не обладаю­щих свойствами смазки, а также на агрессивных и загрязненных жид­костях, делают с выносными подшипниками, имеющими автономную систему смазки. ГОСТ 20572—75 предусматривает выпуск двухвинто­вых насосов с подачей 2,5—1000 м³/ч и давлением 1—1,6 МПа для перекачивания жидкостей с вязкостью до 1000-10^-4 м²/с с содержа­нием механических примесей до 2,5% (по массе) и размером частиц до 0,2 мм. Насосы выпускают в трех исполнениях: 2В — с внутрен­ними подшипниками, 2ВВ — с выносными подшипниками, 2ВГ — с выносными подшипниками и обогревом (охлаждением) перекачивае­мой жидкости. Частота вращения насосов 2900—1000 об/мин, мощность 4,5—540 кВт. К. п. д. двухвинтовых насосов находится в пределах 0,6—0,8, допускаемая вакуумметрическая высота всасывания 5—8 м.

В последние годы в различных отраслях промышленности получи­ли распространение одновинтовые насосы. Винт выполняется однозаходным, а обойма — двухзаходной. Любое поперечное сечение вин­та представляет собой круг. Центры кругов лежат на винтовой линии, ось которой служит осью винта. Эксцентриситет винтовых насосов измеряется расстоянием от центра площади поперечного сечения до оси винта. Все площади сечений обоймы и винта одинаковы. В любом положении винт и обойма взаимно соприкасаются, образуя полости, которые при вращении винта перемещают попадающую в них жидкость от камеры всасывания к камере нагнетания. При вращении винта его ось совершает возвратно-поступательное движение в перпендику­лярной плоскости. Поэтому привод винта производится через кардан­ный вал или эксцентриковую муфту. Часто обойма выполняется упру­гой, а винт входит в нее с натягом. Винты обычно делают полыми. Длина винтов принимается тем большей, чем больше давление насоса.

Одновинтовые насосы применяются для перекачивания чистых и загрязненных жидкостей, в том числе и агрессивных. ГОСТ 18863—73 предусматривает выпуск одновинтовых насосов с подачей до 40 м³/ч и давлением до 2,5 МПа. К. п. д. одновинтовых насосов обычно нахо­дится в пределах 0,4—0,65. На судах одновинтовые насосы исполь­зуют значительно реже, чем двухвинтовые.

ПЛАСТИНЧАТЫЕ НАСОСЫ

По характеру движения рабочих органов пластинчатые (шиберные) насосы относятся к роторно-поступательным. По числу циклов работы за один оборот различают насосы однократного и многократного действия. Насосы однократного дейст­вия выполняют регулируемыми и нерегулируемыми, а насосы много­кратного действия только нерегу­лируемыми.

Пластинчатый насос однократ­ного действия показан на рис. 78. Его ротор 2 представляет собой цилиндр с пазами, в которые вхо­дят лопатки 3, эксцентрично уста­навливаемый в корпусе 1. При вращении ротора пластины прижимаются своими наружными торца ми к внутренней поверхности корпуса насоса пружинами 6 и центро­бежной силой. Объем полости, заключенной между соседними пла­стинами, поверхностью ротора и стенкой корпуса, при движении в районе камеры всасывания 4 увеличивается, вследствие чего проис­ходит всасывание жидкости. Наоборот, при движении в районе каме­ры нагнетания 5 объем этой полости уменьшается и происходит вытес­нение жидкости в напорный трубопровод.

Подача пластинчатого насоса за один оборот ротора соответствует объему, заключенному между пластинами, ротором и корпусом.

Объемный к. п. д. зависит от размеров насоса и составляет, при расчетном давлении, 0,7—0,9. Максимальный эксцентриситет в пла­стинчатых насосах однократного действия принимается равным е = (0,05 ÷ 0,08) D, ширина ротора b = (0,8 ÷1,7) D.

Регулирование подачи и реверсирование насоса производятся изменением значения и знака эксцентриситета е. Для этой цели в регулируемых насосах предусматривается механизм перемещения статорного кольца относительно ротора и неподвижного корпуса. Статорное кольцо охватывает ротор с пластинами и выполняется от­дельно от корпуса. Число пластин в таком насосе составляет 6—12. С увеличением числа пластин уменьшаются нагрузка на пластину и пульсация подачи, однако при этом уменьшается и подача насоса. Пластинчатые насосы однократного действия применяют в гидро­системах с небольшим давлением (до 4—5 МПа). Их недостаток заключается в большой радиальной нагрузке на вал ротора.

Для высоких давлений применяют нерегулируемые пластинчатые насосы двукратного действия. Ротор 1 такого насоса (рис. 79) имеет пазы с лопатками 7. При вращении ротора лопатки под действием цент­робежной силы своими наружными кромками упираются во внутрен­нюю поверхность статора 2. Следуя за очертаниями этой поверхности, они совершают возвратно-поступательные перемещения. Для надеж­ного контакта торцов лопаток с корпусом в роторе предусмотрена кольцевая выточка 10, которая каналом 9 сообщается с нагнетательной полостью. Внутренняя полость статора на различных участках очер­чена по-разному. В пределах угла е₀ радиус очертания внутренней по­верхности постоянный и равен г. В пределах угла α радиус поверхно­сти статора увеличивается от минимального значения г до максималь­ного R.

Насос работает следующим образом. Объем, заключенный между ротором, статором и двумя лопатками 1 и II, при вращении ротора против часовой стрелки увеличивается и заполняется жидкостью через окно 3, сообщающееся со всасывающим трубопроводом 4. После по­ворота ротора на угол α + е этот объем начнет уменьшаться. Заполняющая его жидкость вытесняется в окно 11, которое сообщается с напорным трубопроводом 8. В нижней части насоса процессы всасы­вания и нагнетания повторяются. Здесь жидкость поступает в рассма­триваемый объем через окно 6, а вытесняется через окно 5. В результате за один оборот каждое межлопастное пространство дважды всасывает и нагнетает жидкость.

Насос двукратного действия (рис. 80) имеет вал 1, на шлицах ко­торого установлен ротор 14. Вал опирается на шариковые подшипни­ки 3 и 9 в крышке 8 и корпусе 16. Стык между корпусом и крышкой уплотняется круглым кольцом 13 из маслостойкой резины. По вну­тренней поверхности статора 12 скользят внешние торцы лопаток. Ста­тор прижимается к неподвижному плоскому диску 10 с помощью пла­вающего диска 5 и трех пружин 4. На наружную поверхность диска 5 действует также сила давления нагнетаемой жидкости. В одном дис­ке предусмотрены два окна 77, сообщающиеся с полостью всасывания, а в другом — два окна для подачи жидкости в полость нагнетания (на рис. 80 не показаны). Симметричное расположение окон в насосе двукратного действия разгружает ротор от радиальных сил. При пода­че жидкости под давлением в пазы лопаток для их поджатия к статору имеется кольцевая выточка 6, сверлениями 15 сообщающаяся с полостью нагнетания. Уплотнение вала производится резиновой манжетой 2 в крышке 18. С противоположной стороны насоса предусмотрен дре­нажный штуцер 7. Для уменьшения протечек жидкости в полости пра­вого подшипника имеется резиновое уплотнительное кольцо 17. Па­зы ротора обычно наклонены в сторону вращения на 10—15°, что умень­шает силы трения пластин в пазах. Однако наклонное положение пластин исключает возможность реверсирования насоса.

При необ ходимости изменения направления подачи следует разобрать насос, повернуть ротор и диски относительно статора на 180°, а также пово­ротом на 90° вокруг оси поменять места сопряжения окон дисков с ка­налами всасывания и нагнетания в корпусе.

Изменение объема одной полости, заключенной между смежными лопатками, в таком насосе, очевидно, равно

, где г — число пластин и соответственно полостей.

Учитывая, что каждая полость дважды нагнетает жидкость, а число их равно г, получим теоретическую подачу за один оборот ротора:

V = 2л (R² — r²)b.

Часовая теоретическая подача будет равна

Q_т = 120 (R ² – r ² ) b.

Действительная подача

Q = 120 (R ² – r ² ) b۬ k_п η_о. где k_п – коэффициент стеснения рабочего объема насоса пластинами.

Отношение максимального радиуса поверхности статора к минимальному принимается в пределах 1,15 ÷ 1,35 тем меньшей, чем меньше число пластин, которое составляет 8-16. Ширина ротора равна 0,7r, отношение наружного радиуса ротора r₀ к радиусу статора = 0,93 ÷ 0,94.

РОТОРНО-ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ

В гидравлических передачах мощности механизмам судна наиболее широкое применение получили роторно-поршневые насосы.

Роторно-поршневым насосом называют роторно-поступательный насос с рабочими органами в виде поршней или плунжеров. Различают насосы радиально-поршневые, у которых ось вращения перпендику­лярна осям поршней, и аксиально-поршневые, у которых ось ротора параллельна осям поршней. Радиально-поршневой насос состоит из блока цилиндров / (рис. 81, а), посаженного на цапфу 5, и вращающего­ся статорного кольца 3, ось которого смещена на, эксцентриситет е относительно оси цилиндрового блока. Поршни 2,находятся в блоке и под действием центробежных сил, а также пружин (на рисунке не показаны) или сил давления, создаваемого вспомогательным насосом, прижимаются к статорному кольцу. Поршни при своем движении увлекают кольцо3; поэтому вместо трения скольжения головок возни­кает трение качения роликов 4. Жидкость распределяется через вы­полненные в цапфе 5 окна 7 и 8, с которыми поочередно при вращении сообщаются цилиндры. Эти окна через осевые каналы цапфы (рис. 81,6) соединяются со всасывающим и нагнетательным трубопроводами. По­дача жидкости насосом регулируется изменением эксцентриситета е. В схеме, представленной на рис. 81, это достигается смещением на­правляющей корпуса 6 со статорным кольцом относительно блока ци­линдров 1 с помощью различных устройств. Очевидно, что при е = 0 подача также будет равна нулю. При смещении оси статора вниз по отношению к оси ротора всасывающая полость становится нагнетатель­ной, а нагнетательная — всасывающей. Для увеличения подачи применяют насосы с многорядным расположением цилиндров. Подача радиально-поршневого насоса за один оборот ротора соответствует объему, описываемому поршнями,

Подача жидкости роторно-поршневым насосом имеет пульсирую­щий характер. Амплитуда пульсаций меньше у насосов с нечетным числом цилиндров. Пульсация давления нежелательна, так как это может привести к разрушению труб и к вибрации аппаратуры. Для уменьшения пульсации цилиндры многорядных насосов располагают со смещением фаз, что равносильно увеличению числа цилиндров в однорядном насосе.

Радиально-поршневые насосы имеют высокий к. п. д. (объемный 0,96—0,98 и механический 0,80—0,95) и ресурс работы до 40 000 ч, в связи с чем их широко применяют в различных отраслях промышлен­ности, а также на судах. Мощность отдельных радиально-поршневых насосов достигает 3000 кВт, а подача — 500 м³/ч. Они рассчитываются на номинальное давление 10—20 МПа, а давление отдельных насосов небольшой производительности достигает 100 МПа. К недостаткам ра­диально-поршневых насосов относятся большие масса и габариты.

Гидроприводы многих палубных механизмов оснащены аксиально-поршневыми насосами, например насосом типа ΙΙД №5 со следующими паспортными данными:

Производительность, л/мин (м³/ч) . ……………….. .. 102 (6,1)

Наибольшее давление, Н/см² (кгс/см²) . …………………. 1650 (165)

Число поршней 9

Частота вращения вала, об/мин …………………………. 1440

Гарантированное время работы при давлении 400 Н/см² (40 кгс/см²), ч ………………………… 2000

Рабочая жидкость ………………. .Масло АУ ГОСТ 1642—50

Температура рабочей жидкости, К (°С) . …………………… 343—363 (70÷90)

Насос типа ПД (рис. 50) имеет литой стальной корпус 20 с тремя крышками. В центральной части корпуса установлен вал 26. Выходной конец, вала имеет шлицы. На переднем конце вала установлен диск с девятью отверстиями для вкладышей шатунов 14. Во вкладыши диска и поршни ввальцованы шарообразные окончания шатунов, обеспечивающие возможность их поворота при вращении вала. В верхней и нижней частях корпуса насоса смонтированы цапфы 15, на подшипниках которых установлена люлька 12. Такое расположение люльки позволяет поворачивать ее вокруг вертикальной оси в обе стороны на угол в 30°. Люлька со стороны торца закрыта крышкой 9 с двумя дуговыми пазами.

Пазы крышки своими концами сообщаются с кана­лами, которые, переходя в каналы люльки, соединяют пазы с внутрен­ними полостями цапф.

На концах цапф установлены фланцы 11 для присоединения тру­бопроводов. 72

В центре крышки люльки установлена ось 7 цилиндров блока. На эту ось надет распределитель 8, изготовленный из бронзы. Распреде­литель удерживается от проворачивания штифтом. Дуговые окна рас­пределителя установлены против пазов крышки люльки. Стальной закаленный блок цилиндров 2 установлен с зазором на радиально-упорном подшипнике оси 3, что дает ему возможность самоустана­вливаться на поверхности распределителя. В блоке сделаны девять цилиндровых отверстий для бронзовых поршней 10. В задней части цилиндров есть окна для соединения их с дуговыми пазами распреде­лителя.

Пружина 4 плотно прижимает цилиндровый блок к распреде­лителю, но в основном сила прижатия блока создается давлением пере­качиваемой жидкости на дно цилиндров, работающих на нагнетатель­ный трубопровод. Синхронность вращения блока цилиндров и вала насоса обеспечивается карданом, состоящим из валика 18, двух паль­цев 16 и четырех сегментов 17, надетых на пальцы попарно. Сегменты размещаются в пазах букс вала и цилиндрового блока. Буксы вала 22 вместе с бронзовой втулкой 23 закреплены внутри расточки вала штифтом 27.

В расточке буксы находится бронзовый упор 21, прижимающий­ся пружиной к шаровой поверхности валика, что обеспечивает прижатие валика к переднему бронзовому упору 5, размещенному в расточке буксы цилиндрового блока. Эта букса вместе со втулкой по­сажена в расточку блока цилиндров таким образом, что выступы, имеющиеся на торце блока цилиндров, входят в соответствующие пазы буксы блока, которая стопорится кольцом 1. Правильная установка кардана, для равномерного вращения блока, осуществляется компен­сационной шайбой 6. Смазывается кардан принудительно перекачи­ваемой жидкостью через сливной клапан, канавки и отверстия в ста­кане 24, вале насоса и валике кардана.

Позицией 13 на продольном разрезе насоса обозначены уплотнительные кольца, позициями 25 — уплотнение вала, 19 — верхний подпиточный клапан, 28 — приводная шестерня вибратора и шесте­ренного насоса.

Внутри корпуса насоса размещены устройства, обеспечивающие его работу: шестеренный насос, гидро-усилитель, клапанное устрой­ство, нуль-установители, распределительная коробка, фильтр.

Шестеренный насос 1 (рис. 57) служит, во-первых, для подпитки рабочей жидкостью гидравлической системы, состоящей из насоса, трубопроводов и гидропривода (подпитка необходима из-за непрерыв­ных утечек рабочей жидкости через неплотности), и, во-вторых, для управления насосом. Он засасывает рабочую жидкость из корпуса аксиально-поршневого насоса, направляя ее через фильтр 10, кран ручного управления 8 в распределительную коробку 6, откуда через переключающий золотник 7 рабочая жидкость при давлении 60 Н/см² (6 кгс/см²) поступает на нуль-установители 9, золотниковую коробку 4 гидро-усилителя 3 и в полости всасывания основного насоса через клапан 2 для подпитки всей гидравлической системы. Золотниковая коробка 4 связана с распределителем 6 через клапан 5. При избытке производительности шестеренного насоса срабатывает сливной клапан 11. При засорении фильтра рабочая жидкость перепускается через предохранительный клапан шестеренного насоса 12.

Д ля уменьшения пускового момента приводного двигателя насоса применены нуль-установители, которые после остановки насоса с по­мощью пружин ставят люльку в среднее положение. После пуска насоса рабочая жидкость поступает в цилиндры нуль-установителей и убирает штоки поршней, сжимая рабочие пружины. Управление насосом может осуществляться вручную или гидро-усилителем.

Практическая работа № З

"Изучение конструкции лопастных насосов"

I. Цель работы.

Закрепление теоретических знаний по предмету СВМ по разделу "Судовые насосы ".

II. База для выполнения работы.