Основы гидравлики





Насосы пластинчатые (шиберные)



Пластинчатые (шиберные, коловратные) насосы нашли широкое применение в гидроприводах технологического оборудования, работающих при давлениях жидкости до 6,3 или до 12,5 МПа. Это объемные гидромашины, функцию вытеснителей в которых выполняют две или несколько пластин (шиберов).
принцип работы пластинчатого насоса Не следует путать пластинчатые насосы с лопастными насосами, поскольку термин "лопастные" в настоящее время закреплен за динамическими насосами, имеющими рабочий орган в виде центробежного, осевого или диагонального вентилятора.

Различают пластинчатые насосы:

  • однократного действия,
  • двукратного действия.

Работу пластинчатого насоса легко уяснить из примеров, приведенных на рисунках 1, 2, 3.
Пластинчатый насос однократного действия (рис. 2, 3) состоит из корпуса 1, в цилиндрической расточке которого эксцентрично (со смещением) расположен ротор 2.
В пазах ротора размещены незакрепленные пластины 3.
К торцам ротора крышками поджаты распределительные диски с окнами B всасывания и H нагнетания, соединенные каналами в корпусе соответственно с входным и выходным отверстиями насоса.

Насос представляет собой многокамерную роторную гидравлическую машину.
Каждая камера образована поверхностями двух соседних пластин, ротора, корпуса и распределительных дисков.
При вращении ротора насоса от приводного электродвигателя пластины выдвигаются из пазов, и постоянно прижимаются к поверхности расточки корпуса центробежными силами.
Если ротор вращается по часовой стрелке, то рабочие камеры, расположенные слева от вертикальной оси, увеличивают свои объемы. В них создается вакуум, и жидкость за счет разности давлений поступает из бака насосной станции через окно B в камеры насоса, - происходит всасывание.
Одновременно камеры, расположенные справа от оси, уменьшают свои объемы, и находящаяся в них жидкость вытесняется через окно H в напорную линию с избыточным давлением - происходит процесс нагнетания.
За один оборот ротора каждая камера совершает один полный цикл, то есть осуществляет всасывание и нагнетание.

принцип работы пластинчатых или шиберных насосов

Если поместить ротор внутри кольца, которое может перемещаться в корпусе насоса, то можно создать регулируемую гидравлическую машину.
Производительность такого насоса будет зависеть от величины эксцентриситета, а направление движения потока жидкости от направления (вверх или вниз) смещения оси кольца от оси ротора, причем подача насоса будет равна нулю, если е = 0, то есть когда оси ротора и статора совпадают.

Недостатком рассмотренной схемы является значительная по величине и постоянная по направлению нагрузка F на опоры ротора, вызванная разностью давлений ризб и рвак в камерах нагнетания и всасывания.

Теоретическую производительность пластинчатого насоса однократного действия определяют по формуле:

Qm = 2e(2πR – zS)bn,   м3    (1)

где:
e – эксцентриситет (смещение оси статора насоса по отношению к оси ротора);
R – радиус цилиндрической расточки статора;
z – число пластин;
S и b – толщина и ширина пластин;
n – частота вращения ротора насоса (вала приводного электродвигателя).

Регулируемые пластинчатые насосы однократного действия нашли применение в приводах технологического оборудования с объемным способом регулирования (в том числе и автоматического) скорости гидравлических двигателей, работающих под давлением жидкости до 6,3 МПа.

***



Принцип работы пластинчатого насоса двукратного действия

Пластинчатый насос двукратного действия (рис. 4) имеет ряд существенных конструктивных и эксплуатационных отличий от насоса однократного действия.
Корпус 1 насоса имеет внутреннюю расточку, профиль которой образован двумя дугами радиусов R и r, а также переходными кривыми, сопрягающими указанные дуги на участках всасывания и нагнетания. Две зоны всасывания B и две зоны нагнетания H расположены в корпусе насоса симметрично друг против друга.
Оси расточки корпуса и ротора 2 совпадают.

Жидкость из зон нагнетания H подведена в кольцевую проточку 3, из которой она поступает под торцы пластин 4, поэтому радиальное перемещение пластин и прижим их к профилированной поверхности корпуса производится не только центробежной силой, но и силой давления жидкости.
В некоторых моделях насосов жидкостью поджимают и распределительные диски, расположенные по торцам ротора. Эти конструктивные решения уменьшают внутренние утечки в насосе.

принцип работы пластинчатых или шиберных насосов

При вращении ротора насоса против часовой стрелки, камеры, расположенные справа от вертикальной оси и ниже горизонтальной оси увеличивают свой объем, давление в них падает до величины меньше атмосферного (создается разрежение) и жидкость из бака поступает в насос - происходит процесс всасывания.
Следующую четверть оборота камеры уменьшают свой объем, пластины оказывают силовое действие на жидкость и вытесняют ее в напорный трубопровод под избыточным давлением - происходит процесс нагнетания.
Таким образом, за один оборот ротора полный цикл работы насоса повторяется дважды, то есть происходит двукратное действие насоса.

Из-за диаметрально противоположного размещения рабочих полостей в насосе силы давления жидкости на ротор уравновешены, а опоры ротора разгружены, что является существенным преимуществом по сравнению с ранее рассмотренными конструкциями насосов.

Пластинчатые насосы могут использоваться в режиме гидромотора только в том случае, если в пространстве под пластинами расположены пружины, осуществляющие прижим пластин к корпусу статора. При отсутствии таких пружин насос не является обратимым, и не способен преобразовывать энергию потока жидкости в механическую энергию (т. е. не способен выполнять функции гидродвигателя).

Теоретическая производительность пластинчатого насоса двукратного действия определяется по формуле:

Qm = 2bn(R – r)[π(R + r) – zS],   м3     (2)

где:
b – ширина пластины;
R и r – соответственно большой и малый радиусы расточки корпуса;
z – число пластин;
S – толщина пластины;
n – частота вращения ротора (вала приводного электродвигателя).

Анализ формулы (2) показывает, что производительность (подачу) данного насоса можно изменять только за счет регулирования частоты вращения вала приводного двигателя, следовательно, сам пластинчатый насос двукратного действия представляет собой нерегулируемую машину.

***

Достоинства и недостатки шиберных насосов

В сравнении с шестерёнными, пластинчатые гидромашины создают более равномерную подачу, а в сравнении с роторно-поршневыми и поршневыми гидромашинами - конструктивно проще, менее требовательны к загрязнениям рабочей жидкости, и, как следствие, - значительно дешевле в изготовлении и эксплуатации.

пластинчатые насосы

Пластинчатые гидромашины широко применяются в системах объёмного гидропривода (например, в приводе металлорежущих станков, системах гидроусилителей рулевого управления автомобилей и т. п.).
Пластинчатые (шиберные) насосы применяют в приводах технологического оборудования с объемным или дроссельным регулированием скорости гидравлического двигателя при сравнительно высоких давлениях (до 12,5 МПа).
Эти насосы не на много дороже шестеренных (зубчатых) насосов, отличаются простотой конструкции, компактностью, высоким КПД (до 85%), допускают эксплуатацию при частотах вращения ротора до n = 30 с-1. Именно благодаря этим качествам пластинчатые насосы нашли применение в таких ответственных системах автомобилей, как гидравлические усилители рулевого управления.

Достоинства пластинчатых насосов

  • сравнительно низкая, по сравнению с другими типами объемных насосов, пульсация подачи (для насосов) и расхода (для гидромотора);
  • достаточно низкий уровень шума (в сравнении, например, с шестерёнными гидромашинами);
  • возможность регулировать рабочий объём за счет геометрических параметров проточной камеры или эксцентриситета вала насоса относительно камеры.

Недостатки пластинчатых (шиберных) насосов

  • сложность конструкции и низкая ремонтопригодность (отражается на стоимости изготовления и эксплуатации);
  • относительно низкие рабочие давления (в сравнении, например, с шестеренными насосами);
  • залипание пластин при низких температурах и вероятность их заклинивания при слишком высоких температурах (конструкционный недостаток).

***

Поршневые насосы