Ротационные насосы
Ротационный насос представляет собой насос объемного типа с вращательным движением вытеснителя. По внешним признакам ротационные насосы ближе к центробежным, а по принципу действия соответствуют поршневым насосам. Они обеспечивают непрерывную без пульсации подачу жидкости, осуществляемую за счет вытеснения жидкости вращающимся телом.
Насосы ротационного типа в некоторых случаях не могут быть по условиям работы заменены насосами другого типа — поршневыми или центробежными, например для подачи топлива к форсункам, где требуется непрерывная подача среды с большой вязкостью, или для подачи среды, не допускающей вспенивания.
Ротационные насосы большей частью применяются для перекачивания сред с большой вязкостью. Внутренние протечки при такой вязкости и малых зазорах между корпусом и вытеснителем незначительны, кроме того, сама жидкость образует надежное уплотнение, а смазочные свойства предохраняют контактные поверхности от износа. Отдельные конструкции насосов допускают содержание в среде взвешенных частиц, но при этом быстрее изнашиваются.
Основные преимущества ротационных насосов перед поршневыми следующие:
равномерный без пульсации поток, обеспечиваемый без использования больших воздушных колпаков, предназначенных в поршневых насосах для поглощения ударов и толчков;
более простая конструкция, так как отсутствуют клапаны, периодически открывающиеся и закрывающиеся при подаче жидкости;
возможность применения более высоких частот вращения и непосредственного соединения с приводом, что упрощает конструкцию и позволяет уменьшить габариты и массу насоса;
отсутствие массивных фундаментов для поглощения ударов от движущихся частей;
простота обслуживания, поскольку не требуются периодические осмотры и замена клапанов, уплотнительных колец и пружин.
Теоретическая подача ротационного насоса определяется только объемом тела вытеснения и частотой вращения. Она не зависит от напора и свойств перекачиваемой жидкости. При нормальных зазорах и нулевом напоре теоретическая подача должна быть практически равна действительной. Из-за зазоров в ротационном насосе всегда имеются протечки из напорной полости во всасывающую, величина которых и определяет действительную подачу; таким образом, постоянство вытесняемого объема не означает еще постоянства подачи.
Объемный КПД, выражаемый как отношение действительной подачи к теоретической, зависит для всех типов насосов от разности давлений нагнетания и всасывания, вязкости, высоты всасывания, содержания воздуха в перекачиваемой среде, частоты вращения насоса. Чем больше воздуха в перекачиваемой среде, тем меньше количество самой жидкости в данном объеме. Если учитывать, что расширение воздуха тем больше, чем меньше давление на входе в насос, то влияние содержащегося в жидкости воздуха на подачу особенно сказывается при работе насоса с высотой всасывания и тем больше, чем больше эта высота.
С увеличением вязкости объемный КПД увеличивается, так как внутренние протечки уменьшаются, а теоретическая подача при тех же размерах насоса и той же разности давлений остается неизменной. Объемный КПД возрастает и с увеличением частоты вращения при постоянной разности давлений и той же вязкости, так как в данном случае утечки остаются неизменными, а теоретическая и действительная подачи растут, следовательно, увеличивается их отношение.
В свою очередь, степень влияния вязкости на объемный КПД определяется частотой вращения насоса. С увеличением вязкости объемный КПД увеличивается лишь в том случае, если частота вращения не превышает допустимой величины, т. е. такой, при которой располагаемое давление на всасывании еще достаточно для того, чтобы обеспечить заполнение жидкостью объема, освобождаемого телом вытеснения. Если же частота вращения превышает допустимую величину, то объемный КПД может понизиться с увеличением вязкости, поскольку не будет обеспечиваться заполнение жидкостью объема, освобождаемого вытеснителем и это будет сказываться сильнее, чем уменьшение протечек через зазоры. Потери от неполного заполнения впадин называют объемными потерями на всасывании. Отсюда напрашивается вывод о том, что для одних и тех же характеристик допустимая частота вращения тем выше, чем меньше вязкость.
Давление, развиваемое ротационным насосом, определяется только сопротивлением системы — потерями в трубопроводах и статическим напором — и не зависит от самого насоса. Оно лимитируется мощностью привода, механической прочностью деталей насоса и внутренними утечками. Влияние последних выражается в том, что при условии обеспечения прочности деталей и достаточной мощности привода давление не может быть больше того, при котором утечки становятся равными теоретической подаче.
Все ротационные насосы самовсасывающие, причем геометрическая высота, на которую может быть поднята жидкость, зависит от типа насоса, величин зазоров и других факторов.
На судах ротационные насосы применяют в качестве масляных, топливных, масло-, топливоперекачивающих, грузовых и в системах гидравлики, в большом диапазоне подач (от 0,2 до 1000 м3/ч) и давлений (от 0,1 до 25 МПа). Тип насоса выбирается не только в зависимости от подачи и напора, но и от вязкости, высоты всасывания, физико-механических свойств среды, предъявляемых требований и условий работы.
Самый распространенный вид судовых насосов ротационного типа — шестеренные и винтовые насосы. Другие виды ротационных насосов — роторно-пластинчатые, фигурно-роторные, водо-кольцевые, эксцентриковые поршневые, кулачковые — применяются значительно реже, так как уступают шестеренным и винтовым насосам по надежности и технико-экономической эффективности, и используются только там, где необходимы высокие давления и строгое постоянство подачи независимо от давления.
Каждый вид насоса имеет большое число разновидностей в зависимости от количества и формы тел вытеснения и других факторов.