Аксіально-поршневі насоси

Якщо в радіально-поршневих насосах поршні (плунжери) розташовуються в площині, перпендикулярній осі обертання ротора, у радіальному напрямку до центра – проекції осі ротора, то в роторі аксіально-поршневого насоса осі поршнів рівнобіжні (аксіальні) осі ротора (блоку циліндрів) і знаходяться на однаковій відстані від неї.

На практиці застосовуються кілька видів аксіально-поршневих насосів (рис. 10) – з похилою упорною шайбою (похилим диском), з похилим блоком циліндрів (ротором), із шатунним і безшатунним приводами, з одинарними і подвійними карданами, безкарданного типу.

На рис. 10, а показаний насос з похилою шайбою. Блок циліндрів (ротор)  насоса за допомогою шпонки закріплений на приводному валу , що обертається в підшипниках . У циліндричних розточеннях блоку паралельно валу розташовані плунжери , що своїми сферичними голівками за допомогою пружин  піджимаються до похилої шайби , упертої через підшипникову обойму  в похилу опору . В удосконалених конструкціях насосів (що працюють на більш високих тисках) сферичні голівки плунжерів упираються в кільцеві гідростатичні опори на похилій шайбі.

При обертанні ротора плунжери роблять обертально-поступальний рух, завдяки чому відбувається процес всмоктування і нагнітання робочої рідини.

Для розподілу потоку робочої рідини застосовується нерухомий торцевий диск , притискаємий до ротора, із двома серпоподібними каналами, один із яких з’єднаний з лінією всмоктування, а інший – з лінією нагнітання. При обертанні ротора по годинниковій стрілки (якщо дивитися на ротор з боку, протилежної приводному валу) у правій частині насоса робочий об’єм камер плунжерів зменшується (відбувається нагнітання), а в лівій частині – збільшується (відбувається всмоктування).

Для регулювання подачі насоса (у регульованих насосах) похилу шайбу  повертають за допомогою спеціального механізму вручну чи автоматично в площині креслення так, що змінюється хід плунжерів, а виходить, і подача.

На рис. 10, б показаний насос з похилою шайбою , що з’єднана з приводним валом  за допомогою одинарного силового кардана (див. також рис. 11, а, б). Унаслідок того що, кардан одинарний, при постійній кутовій швидкості приводного вала кутова швидкість похилої шайби нерівномірна, причому нерівномірність збільшується зі збільшенням кута нахилу шайби. Як і в попередній схемі, ротор  з’єднаний із приводним валом  на шпонці. Зворотно-поступальний рух плунжерам повідомляють шатуни , з’єднані з плунжерами і похилою шайбою за допомогою сферичних шарнірів. Основна частина моменту від привода передається через шайбу і шатуни поршням і незначна частина – на подолання моменту тертя на роторі.

На рис. 10, в показаний насос з похилим блоком циліндрів , що з’єднаний із приводним валом  подвійним карданом із проміжним валом  (див. також рис. 11, в). Упорна шайба  і вал  виконані як одне ціле.

На рис. 10, г показаний насос з похилим блоком, у якому передача обертання ротора здійснюється через шатуни  і спеціальні внутрішні конічні заточення на плунжерах. Блок циліндрів центрується за допомогою спеціального вала , пружини  на який забезпечується підтискання блоку  до розподільного диска .

Визначимо закономірність подачі рідини аксіально-поршневим насосом з похилою шайбою (рис. 10, а).

Заданими будемо вважати:  – кут нахилу упорної шайби,  – радіус розташування плунжерів,  – число плунжерів,  – кутову швидкість обертання ротора.

Нехай вихідним буде цілком висунуте крайнє верхнє положення плунжера. При повороті ротора на кут  вісь плунжера опуститься на величину . Тоді осьове переміщення плунжера

                                                                             (34)

Швидкість плунжера

                                                                         (35)

Миттєва подача одного циліндра

                                                                   (36)

Середня подача насоса

                                             (37)

Аксіально-поршневі насоси випускають на тиск до , подачу до . Частота обертання . Об’ємний к.к.д. , загальний к.к.д. .

 

Пластинчаті насоси

Пластинчатий насос (рис. 12) складається зі статора , ротора , пластин  і торцевого розподільного пристрою . Внутрішня поверхня статора найчастіше виконується у виді кругового циліндра, чи циліндра, обкресленого кривою, наближеною до еліпса (насос подвійної дії). Ротор приводиться до обертання від двигуна, з яким він поєднаний муфтою. Пластини  переміщаються в радіальних рівномірно розташованих прорізах ротора і підгортаються тиском рідини до поверхні статора. Розподільний пристрій складається з двох кругових серпоподібних каналів, один із яких з’єднаний з лінією всмоктування, іншої – з лінією нагнітання. Якщо статор круговий, то він розташований стосовно ротора ексцентрично (з ексцентриситетом ). Якщо форма статора – наближений еліпс, то його вісь збігається з віссю ротора.

При обертанні ротора з пластинами рідина переноситься в робочих камерах, кожна з який обмежена двома сусідніми пластинами, поверхнями статора і ротора і торцевими нерухомими дисками насоса і має об’єм, що змінюється. Якщо цей об’єм по ходу обертання ротора збільшується, то камера повинна бути з’єднана із серпоподібним каналом всмоктування, якщо зменшується, то з каналами нагнітання. Відповідно до викладеного, у нижній часті насоса на рис. 12 відбувається всмоктування, а у верхній – нагнітання.

Розглянемо для простоти насос із круговим ексцентрично розташованим статором. Нехай ротор обертається проти годинникової стрілки з кутовою швидкістю , . Радіус статора , радіус ротора , ширина насоса , число пластин .

Визначимо площу  й об’єм  робочої камери насоса в довільному положенні ротора і виведемо формулу для розрахунку миттєвої подачі, а потім до середньої подачі насоса. Проведемо під кутом до полярної осі  (крапка  – полюс) радіус-вектор статора  і радіус-вектор ротора . Визначимо величину  з трикутника . По теоремі косинусів , відкіля  (тому що ). Полярний кут бісектриси камери позначимо через . Нагадаємо, що кут між пластинами, що обмежують камеру, , де  – загальна кількість пластин насоса.

Площа камери

              (38)

Обсяг камери .

Виберемо товщину перемички між серпоподібним каналами такий, щоб не було одночасного з’єднання камери з лініями всмоктування і нагнітання. Тоді камера мінімально можливого об’єму буде при

                              (39)

камера, максимально можливого об’єму – при

                           (40)

Об'єм рідини, що переноситься однією камерою за один цикл (всмоктування чи нагнітання)

                                                        (41)

Миттєва подача однієї камери

                     (42)

Сусідні камери мають подачу

                                                      (43)

де  – порядковий номер камер.