Объемные насосы

В объемном насосе жидкость перемещается благодаря периодическому изменению объема занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся с входным и выходным патрубками насоса. Насос действует по принципу вытеснения жидкости рабочими органами — поршнями, пластинами, зубьями, движущимися в рабочих полостях — цилиндрах, корпусах специальных форм. К объемным насосам относятся роторно-поршневые (радиально-поршневые и аксиально-поршневые), пластинчатые, шестеренные, винтовые и др.

В радиально-поршневом насосе (рис. 3.1, а) цилиндры расположены звездообразно, причем оси их находятся в общей плоскости и пересекаются в одной точке. Ротор 2 насоса, представляющий собой блок из нескольких цилиндров, вращается в одном направлении. Вместе с блоком вращаются находящиеся внутри его цилиндров плунжеры 3 и шарнирно связанные с ними ползуны 4. Ползуны к внутренней поверхности направляющего кольца 5 прижимаются под действием центробежной силы и скользят по этой поверхности. Направляющее кольцо при помощи тяг 6 подвешивается в корпусе 7 насоса так, что может смещаться вправо или влево. Цапфа 1 насоса имеет перемычку, разделяющую верхнюю внутреннюю а и нижнюю б полости насоса.
При установленном направлении вращения ротора и правом положении кольца 5 в верхнюю внутреннюю полость а жидкость будет нагнетаться, а нижняя полость б станет всасывающей. Если направляющее кольцо сместить влево, плунжеры также получат возвратно-поступательное движение в цилиндрах, но верхняя полость насоса окажется в этом случае всасывающей, а нижняя — нагнетательной, т. е. в присоединенных к этим полостям трубопроводах направление движения жидкости изменится. Изменяя положение кольца, т. е. эксцентриситет, по отношению к ротору, можно увеличивать или уменьшать ход плунжеров в цилиндрах, это будет изменять подачу насоса.

Роторно-поршневой насос аксиально-поршневого типа (рис. 3,2, а) состоит из блока 2 цилиндров с поршнями 3, связанными шатунами 4 с наклонным диском 5.
Ход поршней зависит от угла наклона диска к оси блока цилиндров. Жидкость распределяется через серпообразные окна а и b в опорно-распределительном диске 1 и отверстия в в блоке цилиндров. В мертвых точках поршней отверстия каждого цилиндра перекрываются нижней и верхней разделительными перемычками, находящимися между окнами а и b. На рисунке опорно-распределительный диск смещен для возможности показа окон. Приводной вал 7 и диск 5 соединены с блоком цилиндров универсальным шарниром (карданом) 6. Применяют также насосы с бескарданной связью блока цилиндров с наклонным диском, что позволяет уменьшить диаметр блока и улучшить вибрационные характеристики.

Пластинчатые насосы применяют на судах в гидравлических приводах палубных механизмов.
По числу циклов работы за один оборот вала пластинчатые насосы могут быть одно-, дву- и многократного действия.
Преимуществом насосов многократного действия является уравновешенность радиальных давлений жидкости на ротор, благодаря чему насосы пригодны для работы при более высоком, чем насосы однократного действия, давлении жидкости.
Полная уравновешенность ротора достигается в пластинчатых насосах двукратного действия (рис. 3.3). Ротор 1 с пластинами 2 наводятся в статоре 3 специального профиля. Число пластин z четное (не менее 8). За один оборот две любые соседние пластины совершают два рабочих цикла, перемещая жидкость из окна в окно через перемычку.
В пластинчатом насосе двукратного действия статору придается такая форма, чтобы объем жидкости, запертый между двумя пластинами, во время перемещения по перемычкам не изменялся по значению. Этим устраняются пульсация давления и шум, вызываемые изменением запертого объема. Для обеспечения герметичности в насосе под внутренние торцы пластин в камеры а через отверстия б подается жидкость под давлением. С такой же целью предусмотрен гидравлический поджим боковых дисков 4 и 5. С этой целью диск 5 со стороны полости, находящейся под давлением, выполнен подвижным в осевом направлении. Начальный поджим дисков осуществляется пружинами 6. Неизменное направление вращения в насосе позволяет устанавливать пластины под некоторым углом к радиусам вперед по ходу вращения. Этим снижается защемляющий момент от сил трения о статор.

В шестеренном насосе жидкость перекачивается посредством вращающихся шестерен, находящихся в зацеплении. Шестеренные насосы выполняют с внутренним или внешним зацеплением, с прямозубыми, косозубыми и шевронными шестернями. У косозубых и шевронных шестерен зацепление происходит не сразу по всей ширине, как у прямозубых, а постепенно. Такие насосы менее чувствительны к погрешностям изготовления и монтажа, меньше изнашиваются и работают плавно и бесшумно, обладают высокой равномерностью подачи. Чаще шестеренные насосы выполняют одноступенчатыми, иногда применяют многоступенчатые и многопоточные насосы.
На судах распространены шестеренные насосы с внешним зацеплением (рис. 3.4). Насос представляет собой пару одинаковых шестерен 1, находящихся в зацеплении и помещенных в камеру, стенки которой охватывают их с малыми зазорами.
Камеру образуют корпус 3 и боковые диски 2. По обе стороны от области зацепления шестерен в корпусе имеются полости а, b, соединенные с трубопроводами высокого и низкого давления. Перекачиваемая из полости а жидкость заполняет впадины между зубьями и перемещается в полость b, где вытесняется в трубопровод под давлением.
Наиболее распространен трехвинтовой насос с двухзаходными винтами и циклоидным герметичным зацеплением (рис. 3.5). Ведущий 1 и ведомые 2 винты вращаются, как в подшипнике, в обойме 3. Находясь в зацеплении, винты образуют изолированные камеры. Теоретически камеры полностью отделены одна от другой, однако в местах сопряжения боковых поверхностей зубьев камеры разделяются не протяженными щелями, а линиями касания, поэтому для создания насосов с малыми утечками точность изготовления винтов должна быть высокой. При вращении винтов жидкость в камерах перемещается поступательно.