Страница 6 из 13
Рис. 3.10. Мембранно-поршневой насос
В 1841 году Генри Вортингтон (Wortington) разработал прямодействующий паровой насос, создав агрегат из паровой машины и поршневого насоса. Такие насосы были очень эффективны до появления электрических машин.
Отметим, что трехцилиндровый насос имеет более равномерную подачу, чем четырехцилиндровый. Создано много разновидностей возвратно-поступательных насосов, одинаковых по принципу действия с поршневыми: плунжерный, мембранный….
Очень интересную конструкцию имеет плунжерно-мембранный насос для подачи вредных жидкостей. Рабочая полость ограничена цилиндрическим корпусом с клапанами и мембраной. Нейтральная жидкость вытесняется через отверстия, расположенные равномерно в цилиндре плунжерного насоса при прямом ходе и поступает обратно при увеличении объема.
3.5. Первые роторные насосы
Человек при вращательном движении механизма может развить мощность на 35 процентов больше, чем при возвратно-поступательном: в среднем 66 и 49 ватт, соответственно. Поэтому раньше или позже должен был бы найтись изобретатель насоса с вращательным движением основных рабочих деталей (профессионалы называют их рабочими органами). Первое описание таких машин среди многих других появилось в книге Агостино Рамелли (Ramelli, 1530–1560), инженера христианнейшего короля Франции и Польши (Генрих III – сын Генриха II и знаменитой Екатерины Медичи). Книга вышла в 1588 году в Париже на средства автора. Автор получил образование «в математике и высших науках», к которым относилось тогда и инженерное дело, в школе Леонардо да Винчи под руководством одного из его учеников – маркиза Мариньяно.
Рассмотрим только две конструкции роторных насосов из книги Рамелли, которые почти без изменения применяются и в настоящее время. Первая – пластинчатый насос. Это цилиндрический ротор с четырьмя вырезами, установленный концентрично в цилиндрическом корпусе, погруженном в воду. В вырезы ротора вставлены пластины, которые при вращении прижимаются под действием центробежной силы к внутренней цилиндрической поверхности корпуса. Таким образом, в корпусе образуются серповидные камеры (рабочие камеры). При вращении ротора вблизи входного отверстия объем рабочей камеры увеличивается и она заполняется жидкостью. Затем камера замыкается, становясь закрытой, до тех пор, пока не подойдет к выходному отверстию. После этого объем рабочей камеры уменьшается, и вода из нее вытесняется через выходное отверстие в выходную трубу. Очевидно, что по принципу действия рассмотренный насос относится к объемным, пластины аналогичны поршню, а герметичность обеспечивается фазой замыкания, а не клапанами. Такие насосы имеют меньшую, чем у поршневых насосов, величину напора, но при равных подачах обладают преимуществом по габаритам и массе. Судя по рисунку пластинчатые насосы изготавливались из металла. Пластинчатые насосы применяются в настоящее время главным образом для подачи масла в станкостроении, авиации, системах гидроавтоматики.
Рис. 3.11. Роторный насос Рамелли
Другой тип роторного насоса Рамелли с замыкателем и ротором из дерева, имевшим несколько выступов, устанавливался в корпус с внутренней цилиндрической поверхностью концентрично с малым зазором. Замыкатель имел возможность возвратно-поступательного движения и под действием своего веса прижимался к ротору, создавая рабочую камеру. Машины с замыкателем используются и в наше время и имеют различное конструктивное исполнение в зависимости от области применения. Так, известны паровая машина Юля (1836 год) и паровая машина Холла (1869 год), которые аналогичны описанному насосу, но имеют на роторе только один выступ. По такой же схеме выполнен вакуумный насос с катящимся ротором. Одно из последних изобретений в этой области – роторная машина с замыкателем, которая может быть и насосом и двигателем внутреннего сгорания.
Рис. 3.12. Насос Рамелли с замыкателем
Следующий важный шаг был сделан Иоганном Лейрехоном (Ioga
Рис. 3.13. Зубчатый насос Лейрехона
Шестеренные насосы
Наиболее распространенным типом роторного насоса является в настоящее время шестеренный, который имеет своим прототипом машину, созданную Лейрехоном. Шестеренный насос – это зубчатый насос с рабочими органами в виде шестерен, обеспечивающих передачу момента с ведущего звена на ведомое. Различают шестеренные насосы с внешним и внутренним зацеплением.
Насосы с внешним зацеплением обычно выполняются в виде пары одинаковых зубчатых колес с эвольвентным зацеплением, заключенных в плотно охватывающий их корпус – статор. Ротором считается ведущее колесо, вытеснителем – ведомое. Во всасываемой (приемной) полости насоса жидкость заполняет собой впадины между зубьями обеих шестерен, а затем происходит замыкание (изоляция) этих объемов и перемещение их по дугам окружностей в напорную (отдающую) полость насоса.
Рис. 3.14. Современный шестеренный насос наружного зацепления
В процессе зацепления каждый зуб каждой шестерни входит в соответствующую ему впадину и вытесняет при этом из нее жидкость. Так как объем впадины больше объема зуба, то в месте зацепления некоторое количество жидкости возвращается обратно во всасывающую полость. Таким образом, функцию вытеснения жидкости в данном насосе выполняют обе шестерни, т. е. ротор и вытеснитель одновременно, а рабочими камерами в насосе являются впадины между зубьями.