Рис. 9.9. График подачи шестеренного насоса с внешним зацеплением

где R - радиус начальной окружности; Л - высота головки зуба; f-расстояние от полюса зацепления до точки касании.

В теории эвольвентиых зацеплений доказывается, что / зависит от угла поворота а зубчатых колес.

Уравнение (9.10) в координатной системе а, Q представится квар,., ратичной параболой (рнс. 9.9).

Пусть подача первой пары зубьев, находнщихсн в зацеплении, дает изменение подачи по ветви аЬ.

Прн а=аь происходит защем- ление некоторого объема жидко.; сти во впадине между зубьямн подача резко снижается по линии* Ьс. Подача, соответствующая точке с, обеспечивается теперь другим зубом колеса.

В связи с увеличением / при изменении угла от аь до про-! исходит увеличение подачи до Затем ввиду уменьшения/- произойдет снижение Q и защем-! леиие (отсечка) некоторого объема в точке * и т. д. Линия подачи представится совокупностью параболических кривых, показанных ка чертеже штриховкой. График указывает на существенные колебания подачи.

Роторные насосы часто применяют в таких системах, где ранно-мерность подачи и давления имеет не очень большое значение. Для повышения равномерности подачи насосы делают с увеличенным количеством зубьев, пластин илн поршней и конструктивными мерами устраняют защемление объемов жидкости во впадинах между зубьями. В некоторых случаях имеет смысл установка воздушных колпаков (см. § 8.3).

9.3. Мощность и КПД

В зависимости от подачи и давления, создаваемых роторным насосом, мощность его определяется формулой

В роторных насосах основное значение имеют объемные потери и потерн, обусловленные механическим трением. Потерн энергии, обусловленные трением жидкости, здесь незначительны, н практически Т)гя; 1. Следовательно,

*1 = ЧоПм- (9.12)

Внутренние объемные потерн определяются типом насоса, шириной зазоров, вязкостью жидкости и давлением, которое создает насос.

Ширина зазоров оказывает существенное влияние на объем жидкости, циркулирующей внутри насоса; износ элементов насоса, связанный с увеличением зазора, понижает объемный КПД и ухудшает энергетическую эффективность насоса.

Вязкость жидкости непосредственно влияет иа гидравлическое сопротивление потоков в зазорах. Чем больше вязкость, тем меньше утечки через зазоры и выше tJo. Отсюда выясняется влияние температуры жидкости на объемный коэффициент роторного насоса; г\о понижается с повышением температуры жидкости. Средине Значения i]o для разных типов иасосов приведены в § 9.1:

Механические потери энергии, оцениваемые м, зависит главным образом от сил трения между движущимися поверхностями деталей насосов. Основной фактор, влияющий на м, - давление, создаваемое насосом. Если давление повышается, но не превосходит некоторого предела, то г] увеличивается; это объясняется тем, что силы трения возрастают медленнее, чем увеличивается полезная мощность насоса. При повышении давления сверх некоторого предельного значения давление начинает уменьшаться вследствие выдавливания жидкости с трущихся поверхностей. Такие режимы работы нежелательны ввиду значительного износа.

На г]м влияют вязкость и, следовательно, температура жидкости. Чем выше вязкость, тем интенсивнее трение в тонком слое жидкости, разделяющем движущиеся поверхности, и меньше н. При малой вязкости (высокая температура жидкости) велико. Но прн этом имеется опасность выдавливания жидкости и возникновения сухого и полусухого трения, вызывающего износ. Поэтому для роторных насосов разных типов существует максимальная температура жидкости, превышение которой в эксплуатации недопустимо.

Механическое трение в роторных иасосах проявляется в сальниках, подшипниках, между зубьями и винтовыми поверхностнми рабочих элементов, в пазах роторов пластинчатых насосов и т. д.

Для нормальных условий работы роторных насосов

Пм = 0,85 0,98.

9.4. Характеристики. Регулирование подачи

Для роторных насосов приняты два типа характеристик: 1) р= 4(Q) и 2) Q=f(p); V=F(P); 11 = ф(р).

Характеристики первого типа аналогичны характеристикам поршневых насосов и применяются для исследования совместной работы насоса и трубопровода (см. § 8.5 и 8.6).

Рис. 9.10. Характеристика Q-f{p) шестеренного насоса

Характеристики p-f{Q) однотипны для всех объемных насосов, поэтому кривые на рис. 8.8 и 8.9 для поршневых насосов могут рас-сматриваться и как характеристики роторных иасосов.

Рассмотрим характеристики второго типа (рис. 9.10). Здесь за ap-.jj гумент принимается давление, создаваемое насосом; вязкость жидкости i считается постоянной.

Зависимость Q=F(p) изображается линией, отклоняющейся-от горизонтали. Это объясняется пони-1 жением to при повышении давле-, ния.

Если бы Но оставалось при j изменении р постоянным, то зави симость N=F{p) была бы почти, прямой линией. Но в действительности io=H=const и зависит от ря- да факторов, указанных в преды-, дущем параграфе. При изменении] р КПД сушественно изменяется, и это приводит к особой форме кривой N=F{Q), отклоняющейся; от прямой линии.

На графике рис. 9.10 отмечено предельное давление Рпред, превышение которого влечет за собой работу насоса с быстрым износом. Давление Рпред устанавливает предел работоспособности насоса. 3aj этим пределом наблюдаются быстрое снижение КПД и рост мощности васоса.

Величина Рпред, допустимая для роторного насоса, устанавливается/ натягом пружины предохранительйого клапана, перепускающего жидкость из напорной полости насоса во всасывающую. Такой клапан является необходимой принадлежностью ка <дого роторного иасоса.

Регулирование подачи роторных иасосов может производиться раз-, личными способами.

Подачу всех типов роторных насосов можно регулировать измеие-Д нием частоты вращении и перепуском жидкости из напорного патрубка во всасывающий.

Подача пластинчатых иасосов в соответствии с формулой (9.5) может регулироваться также изменением эксцентриситета (см. рис.9.3) потому что площадь /а прортранства между пластинами зависит от-

Из (9.7) следует, что подача радиально-поршневых насосов так может регулироваться изменением эксцентриситета.

Аксиально-поршневые насосы (см. рис. 9.5) регулируются изменеГ] нием угла а. Это достигается карданным соединением ротора насоса и ведущей шайбы и установкой двигателя на подвижной поворотной плат-J форме.

9.5. Области применения. Конструкции

Роторные насосы применяютси для малых подач при высоком дав-.icMini.

На рис. 9.11 дан продольный разрез шестеренного насоса. Шестеренные насосы изготовляют на давления до 20 МПа при подачах до 1000 л/мин и частоте вращения до 4000 об/мин. В энергетике такие иасосы применяют в системах смазки и регулирования тепловых двигателей и центробежных машин большой мощности.

Рис. 9.11. Продольный разрез шестеренного насоса:

, RPnviiiero колеса- г - ось ведомого колеса; 3 - зубчатые колеса: *-ста-

ш,на 5-КОРПУС-Т-крь,шка: 7-регулирующие прокладки; в - оси стяжных ш ш№к; 9-сальАик манжетного типа; /О-крышка сальника

Рис. 9.12. Поперечный разрез пластинчатого насоса

Конструкция пластинчатого насоса представлена на рнс. 9.12. Эти насосы предназначены для давлений до 15 МПа при подачах до 200 л/чин н частоте вращения до 3000 об/мин.

На рис. 9.13 и 9.14 представлены разрезы аксиально- и радиально-поршневых насосов.

Рис. 9.13. Продольный разрез аксиально-поршневого насоса

Рис. 9.14. Поперечный разрез радиа.чьно-поршневого насоса 294 .

Аксиально-поршневые насосы выполняются для давлений до 3S д1Па, подач до 400 л/мнн; частота вращения обычно не превышает 2000 об/мии.

Раднально-поршневые насосы развивают давления до 100 МПа при подаче до 8000 л/мин. Частота вращения до 1500 об/мнн.

Одна из конструкций винтового насоса показана иа рнс. 9.8. Давление таких насосов достигает 20 МПа, подача - 900 м/ч. Для этих иасосов характерна высокая частота вращения, доходящая в уникальных конструкциях до 18 000 об/мнн.

Корпуса роторных насосов низкого давления изготовляются обычно нз конструкционного чугуна; высокое давление требует применения стального литья. Рабочие органы насосов - роторы, зубчатые колеса, пластины - выполняютсн из специальных сталей. Применяют особую обработку поверхностей трении с целью повысить износостойкость деталей.

Достоинством всех типов роторных насосов является возможность непосредственного соединения их с двигателем, что обусловливает компактность агрегата. Возможность самовсасывання, присущая ротационным насосам, является нх положительным свойством.

К нeдocтaтiaм роторных - шестеренных, пластинчатых и поршневых насосов относятся ограниченность частоты вращения и некоторая неравномерность подачи. Винтовые насосы практически лишены этих недостатков и обладают высокой равномерностью подачи, большой частотой вращения, бесшумностью работы, высоким КПД. При одинаковых рабочих параметрах винтовые насосы дороже роторных вследствие сложности технологии винтов специального профиля.