Объемные ротационные насосы

В зависимости от конструкции и принципа действия ротационные насосы подразделяются на кулачковые, пластинчатые, шестеренные, винтовые и водокольцевые. К группе ротационных следует отнести также насосы переменной (регулируемой) производительности, применяемые в электрогидравлических рулевых машинах.

К достоинствам ротационных насосов относятся: малые габаритные размеры, способность сухого всасывания и создание высокого вакуума (до 700—740 мм рт. ст.), большой напор, относительно высокий КПД даже при малых производительностях, равномерность подачи. Благодаря этому ротационные насосы широко применяют на судах для перемещения вязких жидкостей, создания вакуума, а также в качестве гидравлических и пневматических приводов различных вспомогательных механизмов.

Кулачковые (коловратные) насосы получили свое название потому, что рабочими элементами (толкателями) ротора являются кулачки специальной формы. Эти насосы бывают одно- и двухроторными, с двух- и трехкулачковыми роторами. Наиболее часто их применяют в качестве воздушных продувочных насосов судовых двухтактных двигателей внутреннего сгорания.

На рис. 26 показано устройство двухроторного двухкулачкового насоса. Ведущий ротор 2 соединен с приводом, а ведомый 3 свободно вращается в подшипниках. Чтобы избежать протечки воздуха из нагнетательной полости 4 во всасывающую полость 5, внутреннюю поверхность корпуса 1 и наружную поверхность кулачков 2 и 3 обрабатывают очень тщательно, с минимальным зазором между ними. При направлении вращения роторов, указанном на рисунке стрелками, воздух, засасываемый снизу, перемещается в замкнутых объемах и выталкивается из насоса вверх. Ввиду трудности обеспечения необходимых зазоров в местах касания рабочих поверхностей производительность таких насосов сравнительно невысока (до 400 м³/мин). При частоте вращения 200—400 об/мин давление нагнетания не превышает 30 кН/м² (0,3 кгс/см²).

Пластинчатыми называют насосы, рабочими элементами которых являются подвижные пластины, свободно размещаемые в радиальных пазах ротора. Число пластин всегда четное, что обеспечивает достаточно равномерную подачу жидкости. По устройству пластинчатые насосы бывают простого и двойного действия, в одно- или двухступенчатом исполнении.

На рис. 27 показана конструкция пластинчатых насосов. У насоса простого действия (рис. 27, а) ротор расположен эксцентрично по отношению к корпусу 1. В продольные пазы барабана 3 ротора вставлены рабочие пластины 2. При вращении ротора действием центробежных сил пластины выдвигаются из пазов и прижимаются к внутренней поверхности корпуса. Вследствие этого в левой части корпуса образуется разрежение, и сюда засасывается жидкость. Захватываемая рабочими пластинами, она нагнетается в верхнюю часть корпуса и далее в трубопровод. У некоторых насосов под пластины в пазах вставляют пружины для создания дополнительной выдвигающей силы. Вал 4 ротора вращается в подшипниках. У насоса двойного действия (рис. 27, б) оси корпуса и ротора совпадают, но корпус имеет эллипсообразиый профиль внутренней поверхности, благодаря этому в насосе образуются две рабочие полости.

Давление нагнетания у пластинчатых насосов находится в пределах от 20·10² до 125·10² кН/м² (от 20 до 125 кгс/см²). Эти насосы используют в качестве топливоперекачивающих, а также применяют в системах гидроприводов судовых вспомогательных механизмов и устройств.

У шестеренных насосов роторами являются шестерни, что и определило название насосов. Одна шестерня у них ведущая, а вторая — ведомая; может быть и несколько ведомых шестерен. Эти насосы могут быть простого и двойного действия, в одно-, двух- и трехступенчатом исполнении. Производительность шестеренного насоса достигает 45—50 м³/ч, а напор до 400— 800 кН/м² (40—80 м вод. ст.). Применяют такие насосы для перемещения вязких жидкостей (масла, топлива) в системах, обслуживающих главную энергетическую установку судна, а также, в системах гидроприводов вспомогательных механизмов и устройств.

На рис. 28 показан шестеренный насос простого действия, состоящий из двух шестерен — ведущей 1 и ведомой 4, находящихся в зацеплении. При вращении шестерен по стрелкам (см. рис. 28) жидкость заполняет впадины 2 шестерен и переносится из приемной полости 3 в нагнетательную 5 зубьями, которые, вступая в зацепление, выдавливают жидкость из впадин и направляют ее в нагнетательный трубопровод. Там, где зубья выходят из зацепления, образуется область всасывания.

Винтовые (червячные) насосы получили такое название в связи с конструктивным исполнением ротора. В одном корпусе насоса может быть расположено от одного до пяти роторов, находящихся в зацеплении друг с другом. Всасывающая способность винтовых насосов зависит от точности подгонки винтов (роторов) к корпусу и друг к другу; она несколько хуже, чем у поршневых насосов. Винтовые насосы имеют производительность от 3 до 30 м³/ч, создаваемый ими напор доходит до 20 тыс. кН/м² (200 кгс/см²); они могут обеспечить вакуумметрическую (с учетом потерь в трубопроводе) высоту всасывания до 4—6 м вод. ст. Применяют винтовые насосы для тех же целей, что и шестеренные.

К преимуществам винтовых насосов относятся малые габариты и массы, равномерность подачи, способность к сухому всасыванию, возможность работы с большой частотой вращения и высокий КПД. Их недостатки — сложность изготовления и значительная стоимость.

На рис. 29 показан винтовой насос. Он состоит из корпуса 8, к которому на болтах присоединена крышка 1. Внутри корпуса расположен цилиндр 5 с отверстиями для всасывания жидкости. Внутренняя поверхность цилиндра залита антифрикционным сплавом 7 (баббитом). Цилиндр закрыт крышкой 2, в которой установлены стаканы 3 и 4, служащие опорой левым цапфам ведущего червяка 11 и ведомого червяка 6. Правая часть ведущего червяка опирается на втулку 9. В месте выхода из корпуса ведущий червяк уплотнен сальником 10. Для отвода из сальника просочившейся в него жидкости установлена трубка 12. При вращении червяков в пространстве между крышкой 1 и корпусом насоса 8 создается разрежение (вакуум), что и обеспечивает поступление в насос жидкости, которая через отверстия в стенках цилиндра проходит во впадины червяка, а затем вытесняется в нагнетательную полость.

Водокольцевые насосы находят широкое применение на судах благодаря способности создавать глубокий вакуум. Схема устройства водокольцевого насоса простого действия показана на рис. 30. Насос имеет цилиндрический корпус 2, закрываемый с торцов крышками 1; в корпусе эксцентрично расположен барабан 4 ротора, жестко закрепленный на валу привода. Барабан имеет изготовленные заодно с ним рабочие лопасти, которые бывают прямые или изогнутые. В корпус насоса перед его пуском заливается перекачиваемая жидкость. При вращении ротора лопасти воздействуют на жидкость, заставляя ее вращаться и под действием центробежной силы прижиматься к внутренней поверхности корпуса. В результате этого образуются 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 называется всасывающей. Во время второй половины оборота ротора водяное кольцо приближается к нему, сжимая и выталкивая жидкость или газ в нагнетательное отверстие 5 и нагнетательный патрубок. Эта половина оборота называется нагнетательной. Очень важно, чтобы при работе насоса не было утечек жидкости и чтобы толщина водяного кольца оставалась постоянной. Поэтому насосы, предназначенные для длительной работы, оборудуют собственной системой с напорным бачком для постоянной замены и пополнения утечек воды в водяном кольце.

Эти насосы на судах можно применять в качестве вакуумных насосов и иногда в качестве мокровоздушных насосов вакуумных конденсаторов испарительных установок для откачивания из конденсаторов конденсата и воздуха.