§ 29. Объемные ротационные насосы

В зависимости от конструктивного исполнения и принципа действия ротационные насосы подразделяют на кулачковые, пластинчатые, шестеренные, винтовые, водокольцевые, эксцентриковые и поршневые. Эксцентриковые насосы применяются на судах очень редко и поэтому здесь не рассматриваются.

Ротационные насосы имеют малые габаритные размеры, способность сухого всасывания, высокий напор, равномерность подачи, относительно высокий к. п. д. даже при малых производительностях. Благодаря этим достоинствам ротационные насосы широко используют на судах для перемещения вязких жидкостей в качестве вакуумных насосов, а также в качестве гидравлических и пневматических приводов различных вспомогательных механизмов и устройств.

Кулачковые насосы называются так потому, что рабочими элементами (толкателями) ротора являются кулачки специальной формы. Эти насосы бывают одно- и двухроторными, с двух- и трехкулачковыми роторами. Наибольшее применение кулачковые насосы получили в качестве продувочных насосов судовых двигателей внутреннего сгорания, работающих с наддувом.

Устройство двухроторного двухкулачкового насоса, называемого воздуходувкой Рута, приведено на рис. 92. Ведущий ротор 2 насоса соединяется с приводом, ведомый 3 свободно вращается в подшипниках. Чтобы избежать протечки воздуха из нагнетательной полости 4 во всасывающую полость 5, внутренняя поверхность корпуса 1 и наружные поверхности кулачков 2 и 3 обрабатываются очень тщательно с наименьшими зазорами между ними. Трудность обеспечения необходимых зазоров в местах касания рабочих поверхностей является причиной невысокой производительности таких насосов (до 400 м³/мин) при частоте вращения 200 — 400 об/мин и давлении нагнетания не более 30 кн/м² (0,3 кгс/см²).

Рис. 92. Двухроторный двухкулачковый ротационный насос.

Пластинчатые насосы имеют в качестве рабочих элементов подвижные пластины, свободно размещаемые в радиальных пазах ротора. Число пластин у них всегда четное, что обеспечивает более равномерную подачу жидкости. По своему устройству пластинчатые насосы бывают простого и двойного действия, в одно- или двухступенчатом исполнении. Давление нагнетания у таких насосов находится в пределах от 20-102 до 125-102 кн/м² (от 20 до 125 кгс/см²). Пластинчатые насосы используют в качестве топливо-перекачивающих, а также применяют в системах гидроприводов судовых вспомогательных механизмов и устройств. Конструкция пластинчатого (коловратного) насоса была показана ранее на рис. 51.

Шестеренные насосы представляют собой зубчатые механизмы, у которых имеется одна ведущая и одна или несколько ведомых шестерен. Шестерни применяют с прямыми, косыми или шевронными зубьями, с внешним и внутренним зацеплением. Насосы могут быть простого и двойного действия, в одно-, двух- и трехступенчатом исполнении. Производительность шестеренного насоса достигает 45—50 м³/ч, а напор 400-800 кн/м² (40-80 мм вод. ст.). Применяют такие насосы для перемещения вязких жидкостей (масла и топлива) в системах, обслуживающих главную энергетическую установку судна, а также в системах гидроприводов вспомогательных механизмов и устройств. В последнем случае шестеренные насосы могут развивать давление до 10 000 кн/м² (100 кгс/см²) и выше. Описание конструкции и принцип действия наиболее распространенного шестеренного насоса простого действия даны в § 20.

Винтовые (или червячные) насосы получили такое название вследствие конструктивного исполнения ротора. В одном корпусе насоса может быть расположено от одного до пяти роторов, находящихся в зацеплении друг с другом. В двухвинтовом насосе даже при разном направлении вращения винтов жидкость перемещается в одном направлении, так как один винт левый, другой правый. Всасывающая способность винтовых насосов зависит от точности подгонки винтов к корпусу и друг к другу, но она значительно хуже, чем у поршневых насосов. Тем не менее они имеют производительность от 3 до 300 м³/ч, напор до 20 000 кн/м² (200 кгс/см²) и могут обеспечить вакуумметрическую (с учетом потерь напора в трубопроводе) высоту всасывания до 4—6 мм вод. ст. Применяют винтовые насосы для тех же целей, что и шестеренные.

К преимуществам винтовых насосов относятся малые габариты и вес, большая равномерность подачи, способность сухого всасывания, возможность работы с большой частотой вращения и высокий к. п. д. К их недостаткам следует отнести сложность изготовления и повышенную стоимость.

Водокольцевые насосы используют на судах благодаря их способности создавать глубокий вакуум (разрежение) при вращении жидкости в замкнутом пространстве. Схема устройства водокольцевого насоса простого действия приведена на рис. 93. Насос имеет цилиндрический корпус 2, закрываемый с торцев крышкой 1, в котором эксцентрично располагается барабан 4 ротора, жестко закрепленный на валу привода. Барабан имеет изготовленные заодно с ним рабочие лопасти, которые бывают прямые или изогнутые. Внутрь насоса перед пуском заливается вода или другая жидкость. При вращении ротора лопасти воздействуют на жидкость, заставляя ее вращаться и под действием центробежной силы прижиматься к внутренней поверхности корпуса. В результате этого образуется водяное кольцо 6 и серповидное пространство, являющееся рабочей полостью насоса. Во время первой половины оборота ротора жидкость по принципу поршня отходит от ротора, образуя разрежение (правая часть рисунка), и перекачиваемая жидкость или газ засасывается насосом через всасывающее отверстие 3. Эта половина оборота ротора называется всасывающей.

Рис. 93. Водокольцевой насос простого действия.

Во время второй половины оборота ротора кольцо приближается к нему, сжимая и выталкивая жидкость или газ в нагнетательное отверстие 5 и нагнетательный патрубок. Эта половина оборота называется нагнетательной. Всасывающий и нагнетательный патрубки, а также соответствующие им отверстия 3 и 5 находятся на задней торцевой крышке насоса, вследствие чего возможны утечки жидкости или газа из нагнетательной полости во всасывающую, что резко ухудшает работу насоса. Поэтому насосы, предназначенные для длительной работы, оборудуют собственной системой с напорным бачком для постоянной замены и пополнения утечек воды в кольце.

Водокольцевые насосы используют на судах в качестве вакуумных насосов, компрессоров и иногда в качестве мокро-воздушных насосов вакуумных конденсаторов испарительных установок.

К поршневым насосам относятся насосы переменной производительности (рис. 94), применяемые в качестве приводов электрогидравлических рулевых машин. Ротор насоса состоит из нечетного числа звездообразно расположенных цилиндров 1, представляющих собой одну общую отливку и вращающихся с постоянной скоростью в одном направлении. Неподвижная перегородка 9 делит центральную часть на две полости, к которым подведены трубы 3 и 8. При вращении ротора каждый цилиндр своим нижним открытым концом попеременно сообщается с трубами. В цилиндрах имеются скалки 2, шарнирно соединенные с ползунами 5, которые скользят по внутренней поверхности кольца 4. Это кольцо, являясь направляющим для ползунов, одновременно может перемещаться вправо или влево при помощи цапф 7 и 10, проходящих через станину 6 насоса.

Рис. 94. Ротационный поршневой насос переменной производительности.

Когда кольцо 4 перемещено вправо (рис. 94, а), при вращении ротора с цилиндрами против часовой стрелки всасывание будет осуществляться по трубе 8, а нагнетание — по трубе 3. Если кольцо займет крайнее левое положение (рис. 94, б), то назначение труб изменится на обратное. При среднем положении кольца (рис. 94, в) расстояния от оси вращения ротора до внутренней поверхности кольца будут по всем направлениям одинаковы, поэтому скалки в цилиндрах перемещаться не будут и насос не будет иметь подачи. Следовательно, путем перемещения кольца 4 из среднего в любое крайнее положение можно менять производительность насоса от нуля до максимального значения и, кроме того, менять направление движения жидкости в трубопроводе.