Тема 7. 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 - ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ

Рис. 16. Радиально-поршневой насос.

Внутри цилиндрического корпуса 1 расположен звездообразный блок 2 цилиндров с поршнями (плунжерами) 4, которые могут совершать возвратно-поступательное движение. Поршни опираются на ползуны 3, которые при вращении ротора скользят по внутренней поверхности направляющего кольца (обоймы) 6, перемещаемого в поперечном направлении относительно корпуса насоса тягами 7. При этом создаётся эксцентриситет между осью ротора и кольца. Центральная неподвижная часть насоса имеет перемычку 5, отделяющую верхнюю полость насоса а от нижней б, которые соединены с полостями цилиндров ротора. При работе насоса ротор вращается с постоянным числом оборотов в неизменном направлении. Производительность (подача) насоса будет меняться в зависимости от положения обоймы в корпусе. «0» подачи соответствует концентричному расположению обоймы в корпусе, а неполная или полная подача зависит от величины эксцентриситета. В зависимости от положения обоймы (сдвинута вправо или влево) в корпусе, насосные полости а,б будут менять своё назначение, становясь всасывающей или нагнетательной, при этом поток создаваемый насосом в присоединённых к этим полостям трубах будет менять своё направление.

Рабочая жидкость насоса - минеральное масло.

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 м3ч. Они рассчитываются на номинальное давление 10--20 МПа.

АКСИАЛЬНО - ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ

Рис.17. Аксиально-поршневой насос.

Аксиально-поршневые нерегулируемые насосы с постоянным направлением потока, наклонным блоком и двойным карданом выпускаются отечественной промышленностью трех типоразмеров: Н71Н, Н140Н и Н250Н (Н - насос, цифра - рабочий объем, см3, Н - нерегулируемый).

При работе на номинальном режиме они имеют до первого капитального ремонта ресурс более 5000 ч. Причем через каждые 2000 ч работы необходимо заменять уплотнительные манжеты, утечка жидкости через которые не должна превышать 0,5 см3/ч. В конце ресурса объемный к.п.д. не должен снижаться более чем на 10%. Привод насоса предусмотрен через упругую муфту. Корпус должен быть ниже уровня рабочей жидкости в системе. На валу 1 приводного двигателя на шпонке сидит фланец, соединённый шарнирно 8 шатунами 3 с блоком цилиндров 7 с поршнями 6, который при работе насоса вращается. При отклонении оси блока от оси вала на угол α, поршни начинают совершать возвратно-поступательное движение в своих цилиндрах, обеспечивая перекачивание жидкости по каналам неподвижного распределительного диска 12 из области всасывания 4 в область нагнетания 5. Вращающийся блок цилиндров опирается на распределительный диск 12 с разделённой полостью, которая каналами 10 и 11 сообщается с полостями цилиндров блока. При работе насоса в зависимости от знака угла α наклона блока в полостях цилиндров будет происходит всасывание или нагнетание, при этом поток создаваемый насосом будет менять своё направление. Производительность насоса зависит от величины угла α наклона блока.

АПН по сравнению с РПН имеют более высокие значения объёмного и механического КПД, потребляют меньшее усилие для изменения угла наклонения оси блока, чем для перемещения направляющего кольца.

Роторно-поршневые гидравлические машины широко используют в качестве гидродвигателей. Гидродвигатели используются в гидроприводах палубных механизмов.

Вопросы для повторения и самопроверки:

1. Дайте определение понятию «насос» и объясните принцип его действия.

2. Объёмные насосы вытеснения, их виды и принцип действия.

3. Лопастные насосы, их виды и принцип действия.

4. Струйные насосы, их виды и принцип действия.

5. Дайте определение понятию «производительность» насоса.

6. Дайте определение понятию «напор» насоса.

7. Дайте определение понятию «полезная или гидравлическая мощность насоса» и запишите её выражение.

8. Дайте определение понятию «эффективная мощность насоса» и запишите её выражение.

9. Дайте определение понятию «коэффициент полезного действия насоса» и запишите его выражение.

10. Охарактеризуйте гидравлический, объёмный и механический КПД насоса.

11. Запишите уравнение Д.Бернулли для полной энергии удельной единицы массы жидкости.

12. Запишите уравнение Д.Бернулли для полного гидродинамического напора в любом сечении трубопровода и объясните значение его членов.

ВОДОКОЛЬЦЕВОЙ НАСОС

Водокольцевой насос (простейшая схема рис.18). Насос состоит из цилиндрического корпуса 4 с патрубками 1 и 2 для подвода и отвода перекачиваемой среды (газ, жидкость или паровоздушная смесь). Внутри корпуса эксцентрично смонтирован ротор 3 (лопаточное рабочее колесо).

Рис.18. Водокольцевой насос.

Перед пуском насос заливают водой. При вращении лопасти ротора отбрасывают воду к стенкам корпуса, образуя вращающийся водокольцевой слой (водяное кольцо).

Вследствие несжимаемости воды, вращающейся кольцевой слой имеет постоянную толщину и располагается концентрично по отношению к корпусу насоса. Серповидное пространство между внутренней поверхностью водяного кольца и ступицей ротора составляет рабочую камеру насоса. Если ротор вращается по часовой стрелке, то справа поверхность водяного кольца удаляется от ступицы ротора и между каждыми смежными лопастями и боковыми стенками корпуса образуется свободный объём, который через серповидное окно 5 будет заполняться перекачиваемой средой. Слева водяное кольцо приближается к ступице, объём уменьшается, и перекачиваемая среда через серповидное окно 6 выталкивается в нагнетательный патрубок. Роль окон будет меняться при изменении направления вращения ротора. Вверху внутренняя поверхность водяного кольца - касается ступицы рабочего колеса и препятствует перетеканию среды с нагнетательной стороны во всасывающую.

Очень важно, чтобы при работе насоса, не было утечек воды из него и чтобы толщина водяного кольца, оставалась постоянной.

Утечки жидкости из насоса происходят постоянно в результате вихре- и брызгообразования на внутренней поверхности водяного кольца и уноса брызг через нагнетательное отверстие. Кроме того, от постоянного перемешивания и трения жидкость в кольце нагревается и ухудшается работа насоса. Поэтому центробежные насосы оборудуются собственной системой с напорным бачком для постоянной замены части воды в кольце.

Основные характеристики водокольцевых насосов:

Подача= Qн, м /час 0,3-12

Напор = Нн м. вод. ст. до 70 (7,0) (МПа)

Вакуум % = 98-99 %

Частота вращения nн, об/мин - до 960