Схема радиально поршневого насоса

Схема радиально поршневого насоса

РАДИАЛЬНО-ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ И ГИДРОМОТОРЫ

Радиально-поршневым насосом называют поршневой насос, у которого рабочие камеры образованы рабочими поверхностями поршней и цилиндров, а оси поршней расположены перпёндикулярно к оси блока цилиндров или составляют с ней угол более45°.

Схема радиально-поршневого насоса однократно. действия Статор 1 расположен эксцентрично относительно ротора 2 (е—эксцентриситет). В цилиндрах, радиально расположенных в роторе, находятся поршни 3, которые опираются сферической головкой на опорную поверхность статора. Оси цилиндров расположены в одной плоскости и пересекаются в одной точке. Распределение рабочей жидкости осуществляется неподвижным цапфенным золотниковым распределителем 4, в котором А — всасывающая и Б — нагнетающая полости, аб — перемычка. Вал 5 жестко соединен с ротором 2.

Принцип работы насоса следующий. При вращении ротора, например, по часовой стрелке, поршни совершают сложное движение — они вращаются вместе с ротором и движутся возвратно поступательно в своих цилиндрах так, что постоянно контактируют с направляющёй статора. Поршни прижимаются к статору центробежными силами, давлением жидкости (при наличии под питки) и иногда пружинами. В рабочих камерах, расположенных выше горизонтальной осёвой линии, поршни перемещаются в направлении от распределителя 4. Рабочие камеры соединены со всасывающей полостью А. Так как объемы этих рабочих камер увеличиваются, рабочая жидкость заполняет их. Так происходит процесс всасывания. На участке перемычек аб цапфенного распределителя поршни не совершают поступательное движёние и, следовательно, объемы рабочих камер не изменяются. Рабочие камеры, расположенные ниже горизонтальной осевой линии; соединены с полостью Б. Поршни в этих камерах перемещаются в направлении к цапфенному распределителю и вытесняют рабочую жидкость из рабочих камер на выход из насоса. Так происходит процесс нагнетания.

При необходимости увеличения рабочего объема используют радиально-поршневые насосы многократного действия, в которых

за один оборот вала происходит несколько рабочих циклов.

Рабочий объем радиально-поршневого насоса однократного действия

где S— площадь поршня; е — экcцентриситет; z—число поршней; k—число рядов поршней,

Рабочий объем радиально-поршневого насоса многократного действия

где m — число циклов.

Так как эксцентриситет е определяет ход поршня (h = 2е), то изменением эксцентриситета е регулируют рабочий объем насоса. При возможности смещения статора в обе стороны от оси ротора появляется возможность реверсирования потока рабочей жидкости.

Конструкция высокомоментного радиально-поршневого гидромотора шестикратного действия. Его основными конструктивными’ элементами являются корпус (статор) 7 с крышками 6 и 9, блок цилиндров (ротор) 10 с двумя подшипниками качения, одиннадцать поршней 8 в сборе, торцовый распределительный диск 5 с втулками З и 4, крышка 2 распределителя со штуцерами 1 и 12, уплотнительные кольца и уплотнительная манжета 11. Рабочие камеры А гидромотора образованы рабочими поверхностями блока цилиндров и поршней. Каждая рабочая камера при помощи каналов и отверстий блока и торцового распределительного диска соединена со штуцерами 1 или 12, предназначенными для подвода и отвода рабочей жидкости. Торцовый распределительный диск 5 прижат к торцу блока цилиндров 10 через компенсационную шайбу пружиной втулки З. В распределительном диске установлены втулки З и 4, которые соединяют каналы распределительного диска с каналами крышки 2. При работе каждый из одиннадцати поршней совершает за один оборот вала в определенной последовательности шесть двойных ходов, при которых в рабочих камерах происходит сначала нагнетание, а затем вытеснение.

Принцип работы гидромотора следующий. При подсоединении напорной линии к штуцеру 12 рабочая жидкость под давлением поступает через соединительные втулки 4 к распределитель ному диску 5 и далее через шесть торцовых отверстий распредёлительного диска и торцовые отверстия блока цилиндров 1О в те рабочие камеры, поршневые группы которых в этот момент расположены на рабочих участках (участках скатывания по профилю) копира корпуса 7. В этих камерах начинается процесс нагнетания. Под действием силы давления жидкости поршни выдвигаются из цилиндров. При этом каждый поршень. развивает усилие, которое передается через ось двум подшипникам качения поршневой группы. В точке контакта подшипников с копиром возникает сила N, нормальная к рабочему участку копира. Поскольку сила N направлена под углом к оси поршней, возникает тангенциальная сила Т, которая создает момент, вращающий блок цилиндров и вал гидромотора.

При вращении блока цилиндров в других рабочих камерах гидромотора происходит вытеснение рабочей жидкости В этот момент подшипники качения поршнёвых групп расположены на холостых участках (участках накатывания на профиль) копира. Поршни под действием возникающих сил вдвигаются в цилиндры, и происходит вытеснение рабочей жидкости из рабочих камер, которая через соответствующие торцовые отверстия блока цилиндров и распределительного диска поступает на выход гидромотора через штуцер 1.

Частота вращения вала нерегулируемого гидромотора прямо пропорциональна. расходу жидкости, через гидромотор

Для изменения направления вращения вала необходимо изменить направление подвода рабочей жидкости под давлением к гидромотору. При подводе рабочей жидкости к штуцеру 1 вал гидромотора вращается в противоположную сторону. При этом принцип работы гидромотора остается прежним.

Читайте также:  Откосы из пенопласта внутри квартиры

Кулачковые радиально-поршневые насосы выполняют с клапанным’ распределением

Рабочая камера насоса заполняется жидкостью через всасывающий клапан 2 с пружиной 1; Вытеснение жидкости производится поршнем 5 через нагнетательный клапан3. Движение поршню 5 передается кулачком 6, к которому поршень поджимается пружиной 4. Ось 01, вокруг которой вращается кулачок, смещена относительно его геометрической оси 02 на эксцентриситет е. При вращении кулачка поршень совершаёт в цилиндре возвратно-поступательное движение. Ход поршня равен 2е. По такой схеме выполняются насосы серии ВНР для гидропривода механизированных крепей в горной промышленности. Максимальное давление 32 МПа, подача до 10 л/с; насосы работают на водной эмульсии.

Кулачковые радиально-поршневые насосы с клапанным распределением являются необратимыми гидромашинами, т. е. они не могут работать в режиме гидромоторов. Кроме того, подобные насосы не допускают изменения направления вращения.

Материалы основных деталей радиально-поршневых гидромашин выбирают с учетом режимов и условий эксплуатации, а также в зависимости от типа конструкции. для повышения антифрикционных свойств распределительного диска и блока цилиндров соответственно применяют бронзу или сталь с цементацией рабочей поверхности на глубину 0,7- 0,9 мм и закалкой до твердости НRС 58—62. Поршни изготовляют из стали 20Х или ШХ 15 с твердостью поверхности после термообработки НRС.58—62, а для стали 40Х с наибольшей возможной твердостью. Копир выполняют из стали ШХ 15 с твердостью НRC 56—62. Статор изготовляют из чугуна СЧ 12 или стали.

№16 НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ШЕСТЕРЕННОГО НАСОСА. ТИПЫ КОНСТРУКЦИЙ,ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ НА СХЕМАХ.

Шестеренным называется роторный насос с рабочими звёньями в виде шестерен (зубчатых колес), обеспечивающих геометрическое замыкание рабочих камер и передающих вращающий момент. Шестеренные насосы применяю в гидроприводах как самостоятельные источники питания невысокого давления, или как вспомогатёльные насосы для подпитки гидросистем.

В расточках корпуса 2 размещены ведущая шестерня 1 и ведомая 3,находятциеся в зацеплении. Шестерни имеют одинаковые модули и число зубьев. Корпус, является статором, ведущая шестерня ротором, а ведомая — замыкателем. В насосе имеются вал 7, ось 6 и боковые крышки 4 и 5. Рабочие камеры образуются рабочими поверхностями корпуса, двух боковых крышек и зубьев ше-стерен. Корпус 2 имеет полость всасывания А и нагнетания Б. Принцип работы шестеренного насоса следующий. В насосе полость всасывания расположена с той стороны, где. зубья шестёрен выходят из зацепления. При вращении вала к ведущей шестерни, например,. по часовой стрелке, в полости всасывания А создается разрежение, так как при выходе из зацепления зубьев шестерен объем полости увеличивается. Под действием перепада давлений рабочая жидкость заполняет освободившееся. пространство в полости А. Так происходит процесс всасывания. После этого каждая из шестерен перемещает в противоположных кольцевых направлениях рабочую жидкость,. находящуюся во впадинах зубьев, из полости А в полость Б. Происходит процесс вытеснения (нагнетания), при котором встречные объемы жидкости сначала соединяются в полости В, а затем жидкость вытесняется из полости Б на выход насоса зубьями шестерен, входящими в зацепление.

Обычно не вся жидкость вытесняется из полости нагнетания. Часть жидкости по радиальным зазорам (между расточкой корпуса и наружным диаметром шестерни), торцовым зазорам (между торцами шестерен и боковых крышек) и в местах зацепления перетекает в полость всасывания, а часть ее запираётся при зацеплении шестерен во впадинах между ними, что может привести к поломке насоса. Для устранения резкого увеличения давления (для разгрузки) предусматривают специальные разгрузочные канавки. Например, в боковых крышках втулок и в других местах, с которыми запертый объем жидкости соединяется с полостями А или В.

Рабочий объем шестеренного насоса

V=

где б =(3…6)m — высота зуба; m — модуль зубьев; z — число зубьев шестерни; b — ширина венца шестерни.

Число зубьев шестерен следует выбирать меньшим (z = 6 .. 16), а модуль большим (при этом значительно уменьшаются габариты насоса). Ширину венца шестерни обычно принимают равной b = (3 . 6) m.

Так как параметры, определяющие рабочий объем шестеренного насоса, постоянные, то шестеренные насосы являются нерегулируёмыми.

В расточках корпуса 1 размещены две шестерни 8 и 11, которые через шпонки 6 связаны с ведущим валом З и осью 5.

В осевом направлении шестёрни фиксируют на валу и оси пружинными кольцами 4. Посадка колес на валу и оси допускает возможность самоустановки их относительно сопряженных торцовых поверхностей втулок 2, одновременно выполняющих роль подшипников скольжения.

Корпус 1 имеет крышки 7 и 9 В крышке 9 установлена уплотнительная манжета. 10 для предотвращения утечек по валу З. В валу и оси выполнены отверстия Е, а на крышке — канавки Ж для отвода утечек во всасывающую линию. Для исключения за- пирания рабочей жидкости в замкнутых объемах на торцовых поверхностях втулок 2 со стороны рабочих камер выполнены разгрузочные канавки Г. Полость А по сравнению с полостью Б выполнена большего диаметра с целью улучшения условий всасывания.

Читайте также:  Основа букета из конфет

Корпуса шестеренных насосов изготовляют из чугуна, стали или алюминия. для изготовления шестерен используют легированные стали (20Х, 40Х, 18Х НЗА и др.) с применением цементации и закалки или азотирования. Боковые крышки. выполняют, как и корпуса, из чугуна и стали, иногда из бронзы.

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.

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 πd 2 /2 , м 3 /с

где:
h = 2e — ход поршня в цилиндре;
S = πd 2 /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.
Читайте также:  Как класть ковролин на линолеум

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.

В радиально-поршневых насосах вытеснителями также являются поршни или плунжеры, но расположенные радиально. На рис. 1 представлена конструктивная схема радиально-поршневого насоса однократного действия.

Основным элементом насоса является ротор 4 с плунжерами 5, который вращается относительно корпуса 6 насоса. Ротор 4 установлен в корпусе 6 со смещением оси (с эксцентриситетом e). Полости всасывания и нагнетания располагаются в центре насоса и разделены перемычкой 2.

При работе насоса плунжеры 5 вращаются вместе с ротором 4 и одновременно скользят по корпусу 6. За счет этого и пружин внутри рабочих камер обеспечивается возвратно-поступательное движение плунжеров 5 относительно ротора 4. Когда рабочая камера перемещается из верхнего положения 3 в нижнее 1, ее объем увеличивается. При этом перемещении она через отверстие в роторе 4 соединена с полостью всасывания, поэтому обеспечивается ее заполнение рабочей жидкостью — всасывание. При обратном перемещении — из нижнего положения 1 в верхнее 3 — камера уменьшается и происходит вытеснение жидкости в полость нагнетания.

Объем рабочей камеры Wk найдем как произведение площади плунжера Sп и его рабочего хода (L) (Wk = Sп * L). Из анализа рис. 1 следует, что (L = 2е). Тогда с учетом

получим формулу для рабочего объема насоса:

В формулу включена кратность работы (k), так как радиально-поршневые насосы могут быть двух и многократного действия. Это обеспечивается за счет создания на внутренней поверхности корпуса специального профиля, благодаря которому каждый плунжер совершает два или более рабочих ходов за один оборот ротора.

Следует также отметить, что эти насосы однократного действия могут быть регулируемыми. В регулируемом насосе изменение рабочего объема обеспечивается за счет смещения ротора 4 относительно корпуса 6, т.е. за счет изменения величины (е).

Радиально-поршневые насосы применяются существенно реже, чем аксиально-поршневые. Их главное отличие от других роторных насосов заключается в том, что они выпускаются с большими рабочими объемами.

В роторных насосах взаимодействие рабочего органа с жидкостью происходит в подвижных рабочих камерах, которые попеременно соединяются с полостями всасывания и нагнетания. Это дает возможность исключить из конструкций насосов клапаны.

Отсутствие клапанов позволяет иметь у роторных насосов значительно большую быстроходность, т. е. число рабочих циклов в единицу времени. Кроме того, это обеспечивает роторным насосам и второе отличие от поршневых насосов — обратимость, т. е. практически любой роторный насос может быть использован в качестве гидродвигателя.

Важной конструктивной особенностью роторных насосов является многокамерность. Это обеспечивает им большую равномерность подачи по сравнению с возвратно-поступательными насосами. Однако их подача не может быть абсолютно равномерной, и ее пульсация всегда имеет место. Эта пульсация всегда меньше для насосов с нечетным числом рабочих камер.

Роторные насосы обладают и существенным недостатком, который вытекает из их конструктивных особенностей. Дело в том, что жидкость, которую перекачивает роторный насос, должна одновременно обеспечивать смазывание его поверхностей. Поэтому она должна быть чистой и неагрессивной по отношению к материалу насоса, а также обладать смазывающими способностями.

Отсутствие клапанов в роторных насосах повлекло за собой значительное уменьшение гидравлических потерь, что позволяет пренебрегать ими и принимать гидравлический КПД равным единице (зг = 1). Таким образом полный КПД (зн) роторного насоса равен произведению объемного (зo) и механического (зм) КПД (з н = з м *з0)

Роторные насосы имеют чрезвычайно большое разнообразие конструкций. Классификацию этих насосов определяет ГОСТ 17398—72, который включает всевозможные конструктивные исполнения. В данной схеме приводится упрощенный вариант классификации роторных насосов, в которую включены наиболее используемые в машиностроении насосы (рис. 1).

Как следует из анализа схемы (см. рис. 1), все роторные насосы делятся на две большие группы. В первую группу входят насосы, использующие только вращательное движение. Во вторую группу включены насосы с вращательным и возвратно-поступательным движением.

Из роторно-вращательных насосов наибольшее распространение получили шестеренные насосы, которые применяются практически во всех отраслях машиностроения. Из роторно-поступательных достаточно широко используются пластинчатые и роторно-поршневые насосы которые в свою очередь делятся на аксиально-поршневые и радиально поршневые.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector