Страница 7 из 13
Идеальная (теоретическая) подача шестеренного насоса в секунду может быть выражена через его характерные размеры, если предположить, что насос подает непрерывный слой жидкости толщиной, равной высоте зуба h и шириной b со скоростью u, равной окружной скорости вращения колес на начальной окружности, т. е.
где S – площадь поперечного сечения слоя, равная hb;
h – высота зуба, принимаемая равной 2m;
DH.O диаметр начальной окружности колес, DH.O = mz;
n – частота вращения в минуту.
Для уменьшения габаритов выгодны колеса с малым числом зубьев и большим модулем. Однако уменьшение числа z влечет за собой увеличение неравномерности (пульсации) подачи. На практике применяют шестеренные насосы с числом зубьев z=8¸15, чему соответствуют примерные значения коэффициента неравномерности s=0,22¸0,14. Для повышения герметичности, а, следовательно, и напороспособности насоса его шестерни обычно выполняют с перекрытием зацепления, т. е. так, что угол поворота, соответствующий контакту двух зубьев, превышает угловой шаг 2п/z. При этом в процессе зацепления в контакте могут находиться одновременно две пары зубьев. Объем жидкости между ними оказывается запертым и переменным по времени. Для устранения местных перегрузок используют различные конструктивные решения.
Достоинства шестеренных насосов заключаются в простоте их изготовления и надежности работы. Недостатки: большая неравномерность подачи, невозможность получения давлений свыше 150–200 бар и невозможность регулирования рабочего объема насоса. Последнее обстоятельство заставляет снабжать шестеренные насосы переливными (и/или предохранительными) клапанами.
Шестеренные насосы с внутренним зацеплением являются более компактными, чем с внешним зацеплением, но обладают значительно меньшей напороспособностью. Они не могут создавать давление более 50, 70 бар даже при изготовлении с минимальными зазорами.
Аксиальный роторно-поршневой насос
Аксиальный роторно-поршневой насос – это роторно-поршневой насос, в котором рабочие камеры и поршни (плунжеры) расположены параллельно оси вращения ротора или под некоторым углом, меньшим 450. Такие насосы выполняют либо с наклонным диском, либо с наклонным блоком.
Роторно-поршневой насос с наклонным диском состоит из ротора, в котором расположены плунжеры или поршни, выталкиваемые выталкиваемые из своих гнезд-цилиндров пружинами и избыточным давлением на входе в насос, статора с распределителем и наклонного диска, в который упираются сферическими головками плунжеры и который выполнен в виде упорного подшипника качения.
Насос такого типа позволяет получить давление до 300–500 бар.
Двухроторный, объемный насос
Правильно ли назван в патентном описании насос, изобретенный всего 20 лет тому назад? Правда, автор имеет право дать имя своему детище сам. Корпус насоса имеет две цилиндрические камеры, соединенные в нижней части прорезью. Вытеснительный элемент, выполненный из стальной прецизионной ленты со скругленными краями, намотан и закреплен на валах. Насос имеет два впускных и два нагнетательных шариковых клапанов. При полном заполнении камеры на валу в другой остается два-три витка. Рабочее тело – преимущественно густое масло. При вращении вытеснительный элемент попеременно наматывается то на один, то на другой вал. Предназначен для создания высоких давлений, до нескольких тысяч атмосфер, в относительно небольших объемах.
Рис. 3.15. Ленточный насос (pump)
3.6. Центробежные насосы
Первое устройство, имевшее 10 деревянных искривленных лопастей, относится историками к V веку. Оно было найдено в заброшенном медном руднике в Сан-Доминго (Португалия) в 1772 году. Однако пока не создана достаточно достоверная гипотеза его использования.
Подача воздуха в металлургические печи с древнейших времен была одной из важнейших задач техники. Поэтому не удивительно, что в средние века появилась воздуходувная машина «Неssians», изобретенная неизвестным мастером. Она не получила широкого применения, так как требовала высокоскоростного привода, не существовавшего в то время. Воздуходувка имела ротор с четырьмя прямыми лопастями, ротор размещался с небольшим зазором в цилиндрическом корпусе. Входное отверстие размещалось в боковой стенке, через другую торцевую стенку выходил вал для вращения ротора, выходная труба постоянного сечения присоединилось к боковой поверхности корпуса. Подобную машину сейчас называют центробежным вентилятором или воздуходувкой в зависимости от величины напора.
Несколько эскизов центробежных машин сделано рукою великого Леонардо да Винчи. В 1657 г. описан насос Бланкино в виде двух вращающихся на общей раме наклонных трубок, нижние концы которых опущены в воду, а верхние расположены над круговым сосудом, куда стекает вода. Дени Папен (Denis Papin, 1647–1714), французский врач, физик и инженер, решил приспособить воздуходувку для подачи воды. После первой конструкции в 1689 году он усовершенствовал машину и в 1705 году создал насос, приближающийся по виду к современным. Папен применил спиральный кожух с постепенно увеличивающимся по направлению вращения сечением. Нужно отметить, что и до Папена и после него изобретались заново и по всей вероятности независимо от него центробежные машины для подачи воздуха и воды менее удачные по конструкции. А одним из изобретателей был великий Леонард Эйлер (1707–1783), который впервые дал математический анализ рабочего процесса радиальной лопастной машины. В России первые центробежные машины для подачи воздуха и воды (под названием «водогон») были созданы инженером, генерал-лейтенантом А. А. Саблуковым (1783–1857) в 30-х годах XIX века.
Рис. 3.16. Насос Саблукова
Название центробежный насос означает, что жидкость в этой машине перемещается от центра к периферии. Основными силами являются не центробежные силы инерции, равнодействующая которых проходит через центр вращения и поэтому, имея нулевой момент, не может участвовать в силовом взаимодействии лопастей и жидкости, а кориолисовы силы инерции и силы, подобные подъемной силе крыла самолета. По всей вероятности изобретатели первых центробежных машин не могли правильно понимать все особенности рабочего процесса своих созданий.
Рис. 3.17. Центробежный насос Папена
В 1818 году на основе разработок Папена американская насосная фабрика в штате Массачуcетс начала производство центробежных насосов с открытым рабочим колесом, имеющим прямолинейные лопасти. Через 13 лет, в 1831 году, фирма «Blake Co» в штате Коннектикут приступила к выпуску вертикальных насосов с полуоткрытым рабочим колесом. В 1838 году появляется статья Джона Комбса (Combs) о значении кривизны лопастей, которая явилась важным фактором в разработке лопастных насосов. Уже через год Уильям Эндрюс (Andrews) начинает выпуск насосов со спиральной камерой, а в 1846 году создает модель с закрытым рабочим колесом. Приблизительно в это же время Джон Эппольд (Jhon Appold) проводит серию специально поставленных экспериментов для определения наилучшей формы рабочего колеса.