Основы гидравлики





Радиально-поршневые роторные насосы



Роторными радиально-поршневыми насосами, согласно ГОСТ 17398-72, называют объемные насосы, у которых ось вращения ротора перпендикулярна осям рабочих органов или составляет с ними угол более 45°. Т. е. рабочие камеры таких насосов образованы поверхностями цилиндров и поршней, оси которых перпендикулярны (радиальны) оси блока цилиндров или составляют с ней значительный угол. Если угол между ротором и осями рабочих органов меньше указанного, то такие насосы относят к аксиальному типу.
Радиально-поршневые насосы иногда называют насосами Холла, по имени изобретателя этого вида объемных насосов - американца Генри Холла, жившего в XIX в и создавшего много интересных конструкций гидро- и пневмомашин.

Как и для аксиальных насосов подобной конструкции, для радиально-поршневых насосов, имеющих поршни малого диаметра (плунжеры), применяют термин радиально-плунжерные насосы.

Радиальные роторно-поршневые насосы (как и их близкие "родственники" - аксиально-поршневые насосы) изготовляются для постоянной и регулируемой подачи.
Применение радиальных роторно-поршневых насосов предпочтительно для малых частот вращения и больших крутящих моментов, а аксиальных - для высоких частот вращения и малых крутящих моментов.
Роторно-поршневые насосы используют в гидросистемах с высоким давлением рабочей жидкости. Обычно их используют в приводах, работающих при давлении жидкости до 32 МПа, но они допускают и более высокие давления - в некоторых конструкциях - до 100 МПа.
У большинства радиально-поршневых гидромашин частота вращения ограничена величиной 1500 об/мин. Это связано с увеличением осевого момента инерции в таких конструкциях из-за значительного расстояния между вращающимися массами (поршнями, цилиндрами) и осью вращения.

На рисунке 1 показана конструктивная схема радиально-поршневого насоса.

принцип работы радиально-плунжерного насоса

Насос содержит обойму 1, расположенную в корпусе (на схеме не показан) с возможностью перемещения вдоль оси а – а.
В цилиндрической расточке обоймы на неподвижной распределительной оси 2 расположен вращающийся блок цилиндров 4, приводной вал 5 которого соединен с электродвигателем. В блоке 4 в радиальных расточках (цилиндрах) свободно (без закрепления) расположены поршни 3.

Поршни могут располагаться в блоке в несколько рядов, а общее число поршней иногда достигает нескольких десятков.
В рабочем положении ось обоймы O2 и ось вращения блока цилиндров O1 смещены на величину е, что обеспечивает неравномерный зазор между внутренней поверхностью обоймы и внешней поверхностью блока.



При работе насоса поршни, постоянно прижатые центробежными силами к обойме, совершают вращательное движение вокруг оси O1 и возвратно-поступательное движение в цилиндрах блока.
Если блок вращается по часовой стрелке, то поршни, находящиеся выше оси а – а перемещаются от оси O1, что приводит к увеличению объемов рабочих камер, падению давления p2 до величины меньше атмосферного давления и обеспечивает всасывание масла из бака насосной станции.
Одновременно поршни, располагающиеся ниже оси а – а перемещаются к оси O1 и вытесняют жидкость из рабочих камер с избыточным давлением p1 через отверстие в распределительной оси 2 в напорную линию привода.
Зоны всасывания и нагнетания разделены перегородкой, совпадающей с осью а – а.

Теоретическая производительность радиально-поршневого насоса может быть определена по формуле:

Qm = hSnzn = ezn πd2/2,     м3

где:
h = 2e - ход поршня в цилиндре;
S = πd2/4 - площадь поршня;
d - диаметр поршня (плунжера);
e - эксцентриситет O1O2;
z - число поршней в блоке;
n - частота вращения блока (обычно равна частоте вращения вала электродвигателя).

Производительность в регулируемых насосах зависит от настроенной величины эксцентриситета, который можно изменять не только по величине, но и по направлению (знаку) смещения обоймы 1 в направляющих корпуса. Изменение знака эксцентриситета вызывает изменение направления (реверс) потока масла в насосе.

Радиально-поршневые насосы характеризуются значительными габаритами и массой, большой инерционностью вращающихся частей, сравнительно малой (до n = 16 с-1) частотой вращения ротора. Благодаря способности создавать высокое рабочее давление (до 32 МПа и более), а также высокому КПД (до 85%), эти насосы нашли применение в протяжных станках, гидравлических прессах и подъемных машинах, т. е. в условиях работы в гидроприводах с высокими давлениями.

Достоинства радиально-поршневых насосов:

  • способность создавать высокие рабочие давления в гидроприводе;
  • возможность плавно и в широких пределах регулировать рабочий объем и объемную подачу;
  • высокий КПД при большом давлении;
  • значительная энергоемкость на единицу массы (в некоторых высокооборотных конструкциях до 12 кВт/кг);

Недостатки радиально-поршневых насосов:

Основные недостатки радиально-поршневых насосов аналогичны таковым у аксиально-поршневых насосов:

  • сложность конструкции и связанная с этим низкая надёжность;
  • высокие требования к обработке поверхностей и подгонке сопрягаемых деталей, что сказывается на высокой стоимости данного типа гидромашин;
  • необходимость в тонкой фильтрации рабочей жидкости;
  • значительные пульсации подачи (для насосов) и расхода (для гидромоторов), что приводит к скачкам давления в гидросистеме.

Кроме того, эти насосы имеют ряд специфических недостатков, связанных с особенностями конструкционной компоновки, и приводящих к увеличению осевого момента инерции вращающихся масс.
Характерные недостатки радиально-поршневых насосов, не присущие аксиально-поршневым насосам:

  • в сравнении с аксиально-поршневыми насосами радиально-поршневые не допускают высоких частот вращения;
  • меньшая компактность;
  • сравнительно высокая инерционность (момент инерции вращающихся масс);
  • большие радиальные размеры и габариты.

***

Диафрагменные и мембранные насосы