6.7. Роторные насосы
Роторные насосы относятся к типу машин, работающих по принципу вытеснения. Схемы некоторых из них показаны на рис. 6.13.
К роторным насосам относятся: насосы роторно-поршневые с радиальным и аксиальным расположением цилиндров; шестеренчатые с внешним зацеплением (реже – с внутренним); кулачковые; винтовые; пластинчатые. Основными узлами этих насосов являются корпус (статор) и вращающийся внутри него ротор. В отличие от рассмотренных ранее поршневых насосов, роторные не имеют клапанов, скорость вращения ротора сотни и более оборотов в минуту, что обеспечивает им более равномерную подачу жидкости и, как следствие этого, отсутствие инерционных нагрузок.
Роторно-поршневые насосы (см. рис. 6.13, а и б) применяются в основном в объемных гидроприводах в качестве силовых и исполнительных механизмов. Для транспортировки пищевых жидкостей они не применяются, хотя с точки зрения перспективы они могли бы быть использованы в качестве гомогенизаторов для обработки молока и сливок.
Положительными качествами данных насосов являются компактность, способность достигать давления до нескольких сот атмосфер, легкость регулирования производительности за счет изменения величины хода поршней без изменения скорости вращения ротора.
Средняя производительность радиально-поршневого насоса (см. рис. 6.13, а) рассчитывается по формуле
,
;
аксиально-поршневого (см. рис. 6.13, б)
|
а
е
|
б
γ
|
|
в
|
г
|
|
д
|
е
|
Рис. 6.13. Схемы ротационных насосов:
а – радиально-поршневой; б – аксиально-поршневой; в – шестеренчатый;
г – кулачковый; д – винтовой; е – пластинчатый
,
,
где
− площадь сечения цилиндров;
− ход поршня;
− число цилиндров;
− число оборотов;
− эксцентриситет;
− диаметр расположения осей цилиндров;
− угол наклона планшайбы.
Объемный КПД насоса
0,9÷0,95.
Шестеренчатые насосы (см. рис. 6.13, в) применяются в пищевой промышленности для перекачивания жидкостей с повышенной вязкостью: сливок, томатной пасты, растительного масла и т. п.
Вытесняемым объемом в них служат впадины между зубьями; вытеснителями − зубья, имеющие эвольвентный профиль. Для этого типа зацепления объем впадины можно считать равным объему зуба.
Средняя производительность насоса определяется по формуле
, (6.25)
где
− площадь сечения зуба;
− ширина шестерни;
− количество зубьев;
− число оборотов.
Производительность
часто выражают через модуль зацепления.
Так как
,
а шаг
,
то
.
Учитывая, что
,
из уравнения (6.25) получим
(6.26)
или
(6.27)
где
− диаметр начальной окружности.
Следует обратить внимание на то, что увеличение числа зубьев, при постоянных остальных величинах, приводит к снижению производительности. Это связано со снижением модуля, зубья становятся более мелкими. Обычно число зубьев колеблется от шести до восьми.
Объемный КПД шестеренчатых насосов достигает 0,80,95 и зависит от качества изготовления, сроков и соблюдения правил эксплуатации. Нельзя использовать шестеренчатые насосы для транспортировки жидкостей, обладающих плохой смазывающей способностью (например, воды).
Кулачковые насосы (см. рис. 6.13, г) являются разновидностью шестеренчатых. Так же как и в шестеренчатых насосах, они имеют два находящихся в зацеплении ротора, на которых вместо зубьев вставлены специального профиля кулачки. Количество кулачков колеблется от двух до трех. Так как количество вытесняемых объемов жидкости меньше, то и равномерность подачи у таких насосов хуже, чем у шестеренчатых. Применяются кулачковые насосы для транспортировки высоковязких сред: теста, мясного и рыбного фарша и т. п.
Винтовые насосы (см. рис. 6.13, д) используются для транспортировки творога, теста, фарша и т. п. Иногда их применяют в качестве питателей дозаторов, предназначенных для дозирования вязких жидкостей и суспензий.
Пластинчатые насосы (см. рис. 6.13, е) состоят из статора, в котором эксцентрично расположен ротор. В роторе имеются радиальные пазы, в которые свободно вставлены пластины. При вращении ротора пластины под действием центробежной силы (в некоторых конструкциях добавляется усилие пружины) выходят из пазов и прижимаются к поверхности статора. Объемы, ограниченные соседними пластинами, статором и ротором, заполняются перекачиваемой жидкостью.
Поскольку ротор расположен эксцентрично относительно статора, то при вращении первого объем меняется. Согласно рис. 6.13, е, за первую половину оборота объем увеличивается, за вторую − уменьшается, что обеспечивает всасывание и нагнетание жидкости.
Средняя производительность насоса определяется по уравнению
,
где
− ширина лопасти;
− эксцентриситет;
− радиус ротора;
− толщина пластины;
− число пластин;
− число оборотов
ротора.
Если конструкция насоса позволяет изменять эксцентриситет, то можно за счет этого регулировать производительность и даже производить реверсирование подачи жидкости насоса без изменения числа оборотов и направления вращения ротора.
Объемный КПД таких
насосов
0,7÷0,95.
Вопросы для самоконтроля
1. От чего зависит максимальная высота всасывания поршневого насоса?
2. От чего зависит максимальное и минимальное давления в цилиндре при всасывании и нагнетании?
3. Каково условие работы тарельчатого клапана без стука?
4. Для чего нужны воздушные колпаки и как рассчитывается их объем?
5. Какие типы роторных насосов вам известны?
6. Как рассчитать теоретическую производительность шестеренчатого насоса?