История науки и техники. Энергомашиностроение
Шрифт:
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
Рис. 3.12. Насос Рамелли с замыкателем
Следующий важный шаг был сделан Иоганном Лейрехоном (Iogann Leirechon, 1571–1670), ректором иезуитского колледжа в городе Бар ле Дюк и духовником герцога Лотарингии. Лейрехон является автором книги «Математические задачи» (первое издание – 1624 год), которая многократно переиздавалась книготорговцами Франции и Германии из-за большого спроса. В задаче 88 «О водяных насосах, гидравлических машинах и других опытах с водой и подобными жидкостями» описаны все известные машины и одна новая, явившаяся предтечей многих современных. Дадим слово автору. «Эта машина с зубчатыми колесами, которые заключены в овальном кожухе так, что зубцы одного колеса захватывают зубцы другого, и так точно, что ни вода, ни воздух – ни в середине, ни по сторонам – не могут проникнуть в овальный кожух, ибо колеса так плотно прилегают к стенкам, что не остается свободного пространства. На каждом колесе имеется ось, так что его можно извне вращать рукояткой. Когда ручка колеса вращает его в одном направлении, то вследствие этого другое колесо вращается в обратном направлении, и в результате этого движения вода из пространства между зубьями колес направляется в обе стороны так, что при вращении колес вода принуждена подняться по трубе и вытечь». Кажется, что этот текст переписывался в течение сотен лет из первоисточника в учебники и монографии различных авторов. А между тем, несмотря на то, что машину Лейрехона описывают путешественники, видевшие ее в действии в городе Майнце (юго-запад Германии), этот насос изобретается заново несколько раз и описывается как насос Брама или Леклерка, как воздуходувка Рутса. И в настоящее время, когда идея роторного объемного насоса известна, ежегодно появляются сотни новых изобретений, каждое из которых в той или иной мере улучшает известную машину.
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
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.