Пластинчатые насосы

Пластинчатые насосы нашли широкое применение в гидроприводах технологического оборудования, работающих при давлениях жидкости до или до . Различают насосы однократного и двукратного действия.

Пластинчатый насос однократного действия (рис. 7) 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 В всасывания и Н нагнетания, соединенные каналами в корпусе соответственно с входным и выходным отверстиями насоса.

Рис. 7. Схема (а) и условные графические обозначения (б, в) пластинчатого насоса однократного действия

Насос представляет собой многокамерную роторную гидравлическую машину. Каждая камера, (на рис. 1.5,а их 8 штук) 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 гидравлического привода или системы через окно В в эти камеры - происходит всасывание. Одновременно камеры, расположенные справа от оси, уменьшают свои объемы, и находящаяся в них жидкость вытесняется через окно Н в напорную гидравлическую линию с избыточным давлением – происходит процесс нагнетания.

За один оборот ротора каждая камера совершает один полный цикл, то есть всасывание и нагнетание.

Если установить 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 , то есть когда оси ротора и статора совпадают.

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

Конструкция регулируемого пластинчатого насоса однократного действия показана на рисунке 8.

Рис. 8. Конструкция регулируемого пластинчатого насоса однократного действия	Конструкция и принцип действия пластинчатого насоса

Насосы этого типа имеют рабочий комплект, состоящий из ротора 1 с пластинами 3, статора 4, наружного кольца 5, переднего 18 и заднего 15 распределительных дисков. Комплект установлен в корпусе 14, закрытом крышкой 19. Шейки ротора опираются на подшипники скольжения, выполненные в распределительных дисках. Ротор шлицами связан с приводным валом 22, опирающимся на шарикоподшипники 20 и 29.

В переднем диске выполнены пазы 24 и 17 для всасывания и нагнетания масла, а также пазы 16 и 25 для соединения обращенных к центру ротора торцовых поверхностей пластин с напорной (на участке нагнетания) или всасывающей (на участке всасывания) линиями. Задний диск имеет связанную с напорной линией кольцевую камеру 26, ограниченную шайбой 28 и кольцами 27.

При вращении ротора рабочий комплект сжимается давлением масла в камере 26, а пластины под действием центробежной силы и давления масла (на участке нагнетания) прижимаются к расположенной эксцентрично внутренней поверхности статора. Объемы рабочих камер, ограниченных двумя соседними пластинами, ротором, статором и распределительными дисками, изменяются: увеличиваются при движении камеры ниже оси I – I и уменьшаются в процессе ее движения выше этой оси. Пазы 24 и 17 выполнены таким образом, что при увеличении объемов камер последние постоянно связаны с всасывающей линией, а при уменьшении – с напорной. Давление масла в зоне нагнетания создает усилие, действующее на ротор сверху вниз (воспринимается подшипниками скольжения) и на статор – снизу вверх (воспринимается опорой 6), что является недостатком такой конструкции.

Благодаря тому, что пазы 24 и 17 выполнены несимметрично относительно оси I – I (повернуты на некоторый угол в направлении вращения), усилие, действующее на статор, отклоняется от вертикали, то есть появляется некоторая составляющая этого усилия, стремящаяся сдвинуть статор, опирающийся на неподвижную 30 и подвижную 6 опоры, вправо, преодолевая усилие пружины 10 регулятора давления. Последний содержит также корпус 8, толкатель 9, подпятник 11, регулировочный винт 12 и гайку 13. Наибольший эксцентриситет ограничивается упором 2. Наружные утечки исключаются манжетой 21, утечки из корпуса отводятся через дренажное отверстие 23 в бак.

Характеристика регулируемого пластинчатого насоса приведена на рисунке 9.

Рис. 9. Характеристика регулируемого пластинчатого насоса

При увеличении давления подача насоса медленно снижается в связи с ростом внутренних утечек ( – номинальная подача; – подача насоса при ). Когда давление достигает величины , усилие преодолевает сопротивление пружины 10, статор 4 смещается, вправо уменьшая эксцентриситет, и при дальнейшем росте давления подача Q резко уменьшается практически до нуля, то есть до величины утечек в элементах гидравлического привода или системы при давлении .

В процессе регулировки насоса нулевая подача при давлении настраивается винтом 12, причем при снижении давления до подача должна быть не менее .

Теоретическую производительность пластинчатого насоса однократного действия определяют по формуле

где – эксцентриситет (смещение оси статора насоса по отношению к оси ротора);
– радиус цилиндрической расточки статора;
– число пластин;
– соответственно толщина и ширина пластин;
– частота вращения ротора (вала приводного электродвигателя).

Пластинчатые насосы нашли применение в гидроприводах технологического оборудования с объемными способом регулирования (в том числе и автоматическим) скорости гидравлических двигателей, работающих под давлением жидкости до .

Пластинчатый насос двукратного действия (рис. 10) имеет ряд существенных конструктивных и эксплуатационных отличий от насоса однократного действия.

Рис. 10. Схема (а) и условные графические обозначения (б, в) пластинчатого насоса двукратного действия	Схема работы насоса и конструкция ротора

Корпус 1 насоса имеет внутреннюю расточку, профиль которой образован двумя дугами радиусов и , а также переходными кривыми, сопрягающими указанные дуги на участках всасывания и нагнетания. Две зоны всасывания В и две зоны нагнетания Н расположены в корпусе насоса симметрично друг против друга. Оси расточки корпуса и ротора 2 совпадают.

Жидкость из зон нагнетания Н 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.

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.

Конструкция пластинчатого нерегулируемого насоса и его рабочий комплект показаны на рисунке 11.

Рис. 11. Конструкция (а) и рабочий комплект (б) пластинчатого нерегулируемого насоса

Рабочий комплект (рис. 11,б) состоит из распределительных дисков 1 и 7, статора 3, ротора 4 и пластин 5. Диски и статор, зафиксированные в угловом положении относительно корпуса штифтом 9, прижимаются друг к другу пружинами (не показаны), а также давлением масла в напорной линии. При вращении ротора 4, связанного через шлицевое соединение с приводным валом, в направлении, указанном стрелкой, пластины 5 центробежной силой и давлением масла, подведенного в отверстия 11, поджимаются к внутренней поверхности 10 статора 3.

Для уменьшения возможности заклинивания пластин под действием давления в зоне нагнетания, пазы в роторе выполняют наклонными в сторону вращения на угол 13°. В связи с этим вращение ротора насоса в обратную сторону не допускается. Масло заполняет рабочие камеры через окна 2 и 12 диска 1, связанные с всасывающей линией, и вытесняется с избыточным давлением в напорную линию гидросистемы через окна 6 и 8 диска 7.

Рабочий комплект установлен в расточках корпуса 15 и крышки 1 (рис. 11,а). Ротор через шлицевое соединение связан с приводным валом 11, опирающимся на радиальные шарикоподшипники 2 и 8. Наружные утечки масла или подсос воздуха по валу исключаются манжетами 10, установленными в расточке фланца 9. Комплект сжимается тремя пружинами 12 и давлением масла в камере 13. Окна 4 диска 3 через отверстия 17 статора соединены с глухими окнами всасывания 14 диска 7, благодаря чему масло из всасывающей линии поступает в рабочие камеры с двух сторон, что облегчает условия всасывания. В напорную линию масло вытесняется через окна 19 диска 7. Поворот комплекта предотвращается штифтом 18 (или винтами), проходящим через отверстия в деталях 1, 3, 5, 7 и 15.

Рис. 12. Конструкция двухпоточного пластинчатого насоса

Пластинчатые насосы выпускаются в одно- и двухпоточном исполнениях.

В двухпоточных насосах (рис. 12) на общем приводном валу установлены два рабочих комплекта (одинаковых или различных), что обеспечивает возможность нагнетания масла в напорную линию привода двумя независимыми потоками (всасывающая линия насоса при этом общая).

Теоретическую производительность пластинчатого насоса двукратного действия определяют по формуле

где – ширина пластины; и – соответственно большой и малый радиусы расточки корпуса; – число пластин; – толщина пластины; – частота вращения ротора (вала приводного электродвигателя).

Анализ формулы 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.

В гидроприводах технологического оборудования пластинчатые насосы применяют в системах с объемным или дроссельным регулированием скорости гидравлического двигателя при сравнительно высоких давлениях (до ). Эти насосы незначительно дороже шестеренных, отличаются простотой конструкции, компактностью, высоким КПД (до 85%), допускают эксплуатацию при частоте вращения ротора до .