Ротационные насосы

Эти насосы можно рассматривать как насосы с вращающимися поршнями, выгодно отличающиеся от поршневых отсутствием возвратно-поступательного движения. Как следствие этого, подача их равномерна, они не требуют установки воздушных колпаков, не имеют клапанов и допускают непосредственное соединение с двигателями, в частности, с электромотором.

На рис. 106 схематически изображен ротационный пластинчатый насос. В точеном цилиндрическом корпусе А эксцентрично вращается сидящий на валу барабан В. В радиальных пазах барабана свободно пригнаны пластины С, которые под действием центробежной силы инерции, возникающей при вращении барабана, скользят в своих пазах, прижимаясь к поверхности цилиндра А, чем создается необходимое уплотнение при разделении камер всасывания и нагнетания. Конструктивно другой тип ротационного насоса схематически представлен на рис. 107. На верхнем из двух параллельных валов сидит диск, снабженный с каждой стороны четырьмя поршнями А. При вращении вала поршни движутся в кольцеобразном пространстве, образуемом корпусом насоса В и полым телом С внутри него. При указанном на рис. 107 направлении вращения жидкость поступает в насос слева и нагнетается справа. На нижнем валу, получающем вращение от верхнего вала помощью зубчатой передачи, вынесенной обычно за пределы корпуса, сидит распределительный поршень D. Назначение его — отделять всасывающее и нагнетательное пространства. В его выемы вступают рабочие поршни при переходе их со стороны нагнетания к стороне всасывания. Форма сердечнику С придается такая, чтобы при вступлении рабочего поршня в камеру распределительного поршня D, а равно при выходе его на стороне всасывания жидкость могла бы проходить свободно, избегая потерь от сильного ее сжатия и возможного удара поршневого вала. Выемка К в стенке корпуса сообщается с напорным пространством и служит для разгрузки вала от одностороннего на него давления.

В подобной схеме насосы с вращающимися поршнями встречаются довольно разнообразных конструкций.

К числу ротационных насосов относятся также весьма распространенные зубчатые насосы. Такой насос показан на рис. 108. Он имеет две цилиндрические шестерни, ведущую и ведомую, заключенные в общин кожух. Вал ведущей шестерни, пройдя сальник, соединяется муфтой с валом двигателя. Ведомая шестерня своими концами свободно лежит на двух опорах. Шестерни пригоняются к стенкам корпуса с возможно минимальными зазорами. Во время вращения зубчатых колес всасывание жидкости происходит с той стороны, где зубья выходят из зацепления. Жидкость заполняет пространство между зубьями и в направления вращения шестерен переносится в напорную камеру.

Количество жидкости, которое теоретически за один оборот подается ротационным насосом, можно определить по его чертежу. Практически же подача насоса будет меньше теоретической, так как уплотнения вращающихся частей по линиям или плоскостям несовершенны и часть жидкости перетекает из нагнетательного пространства во всасывающее.

Как видно, объемный к. п. д. насоса тем больше, чем больше число оборотов. С другой стороны, с увеличением числа оборотов растут потери гидравлические и механические, вследствие больших скоростей, а последние, кроме того, с увеличением нагрузки насоса, т. е. с высотой подачи. Величина напора оказывает также существенное влияние на коэфициент подачи. Помимо этого при больших скоростях увеличивается износ, особенно в случае пластинчатых насосов.

Величина к. п. д. подобных насосов в значительной мере определяется степенью совершенства его конструкции и исполнения и зависит от размеров насоса, колеблясь примерно в пределах = 0,6÷0,8.

Количество подаваемой жидкости может регулироваться или изменением числа оборотов или посредством специальных клапанов, перепускающих часть жидкости во всасывающую камеру насосов.

Ротационные насосы могут применяться для подачи различных жидкостей, легких и тяжелых, содержащих даже всевозможные примеси, а потому они имеют довольно большое распространение. Особенно широко они применяются для подачи масла в системах самых разнообразных агрегатов и станков. Для жидкостей, содержащих твердые частицы, как например песок, ротационные насосы не пригодны ввиду быстрого износа и вызываемого этим падения производительности.

Основными рабочими органами шестеренчатого насоса являются две шестерни. Одна из ннх жестко посажена на приводном валу, а другая — вращается (рис. 109). Жидкость переносится со всасывающей стороны на нагнетательную во впадинах между зубьями шестерен, плотно охватываемых кожухом насоса. Для большей эффективности работы такого насоса необходимо, чтобы зацепление шестерен было плотным. В противном случае жидкость будет переходить из области нагнетания в область всасывания. Поэтому по мере износа зубчатых колес объемный КПД насоса падает. Подача шестеренчатых насосов может быть определена зависимостью

где, q — объем впадины между зубьями;

z— количество впадин на одной шестерне;

п — частота вращения;

— объемный КПД (обычно равен 0,7—0,8).

Шестеренчатые насосы часто устанавливаются с приводом от электродвигателя через редуктор (рис. 110). Такие насосы, например, в спиртовой промышленности применяются для транспортировки заторов, картофельной массы. На сахарных заводах такими насосами перекачиваются патоки.

Шестеренчатый насос модели НШМ-10 показан на рис. 111.

Кулачковые ротационные насосы. В промышленности применяются ротационные насосы, работающие по принципу шестеренчатых, у которых для вытеснения жидкости служат специально профилированные сопрягающиеся лопасти. Такие насосы обычно называют коловратными. На рис. 112 показана схема работы кулачкового с трехзубчатым ротором насоса, который применяется для перекачки вязких молочных продуктов и сиропов.

Преимуществом таких насосов перед шестеренчатыми является то, что их роторы силовой нагрузки не несут. Силовая нагрузка воспринимается синхронизирующими шестернями, жестко посаженными на валах роторов. Наряду с этим следует отметить, что равномерность подачи жидкости в нагнетательный трубопровод у кулачковых насосов меньшая по сравнению с шестеренчатыми.

Техническая характеристика насоса модели НРМ-5 следующая:

Подача, м³...................................... 5

Напор, м....................................... 30

Частота вращения роторов, мин^-1......... 930

Диаметр всасывающего и нагнетательного патрубков, мм …. 36

Мощность электродвигателя, кВт........ 1,7

Частота вращения электродвигателя, мин^-1... 930

Для перекачивания высоковязких, пастообразных молочных и других продуктов применяются ротационные насосы модели НРТ, имеющие два ротора. На каждом из роторов смонтированы две специально профилированные лопасти-вытеснители, которые, перемещаясь, делят проточную часть насоса на замкнутые камеры. Вал одного из роторов является ведущим. Передача движения к ведомому валу осуществляется с помощью синхронизирующих шестерен, жестко посаженных на роторные валы. Все детали насоса, соприкасающиеся с перекачиваемым продуктом, изготовляются из нержавеющей стали.

За полный оборот вала четыре порции продукта переносятся к нагнетательному патрубку насоса и вытесняются в нагнетательный трубопровод.

Зная объем одной камеры (межлопастного пространства), можно определить массовую подачу такого насоса:

где п — частота вращения роторов;

V —объем одной камеры;

р — плотность продукта;

— объемный КПД.

Следует заметить, что объемный КПД этого насоса сильно зависит от консистенции подаваемого продукта.

Техническая характеристика насоса модели НРТ, имеющего редуктор и вариатор частоты вращения, следующая:

Подача массовая, кг/ч........ 500—1000

Напор, м.......................... 50

Частота вращения, мин-¹....... 210—372

Мощность электродвигателя, кВт..... 1,7

Частота вращения электродвигателя, мин ^-1 ….. 930

Пластинчатые ротационные насосы. Насос состоит из корпуса 6, у которого имеется верхняя съемная крышка /, закрепляющаяся специальными гайками с рукоятками 3. Снизу имеется крышка 5. Нагнетательный патрубок 4 расположен справа, а всасывающий патрубок — слева (рис. 113). В корпусе 6 насоса смонтирована гильза 7, по внутренней поверхности которой перемещаются выдвижные лопасти 8 ротора 9, жестко посаженного на вал 2. Ротор насоса делается меньшего диаметра, чем диаметр статора, и располагается в нем с некоторым эксцентриситетом. В роторе 9 сделаны радиальные пазы, в которых свободно перемещаются пластины 8. В тех случаях, когда центробежной силы недостаточно для выхода пластин из пазов (при малой частоте вращения ротора), внутри пазов с тыльной стороны пластин устанавливаются выталкивающие пружины.

При вращении ротора (рис. 113) против часовой стрелки, вследствие его эксцентричного расположения, в статоре образуется серповидное пространство, разделяемое выдвижными лопастями на несколько камер. Камеры ограничиваются с внешней стороны внутренней поверхностью гильзы, с внутренней стороны — наружной поверхностью ротора, а с боков — выдвижными лопастями. Объем камер при вращении ротора в левой верхней части увеличивается, а затем при переходе в нижнюю правую часть уменьшается. Со стороны камеры с максимальным объемом в гильзе статора делается окно, соединяющее эту камеру со всасывающим патрубком насоса. Аналогично со стороны камеры с минимальным объемом в гильзе статора делается окно, соединяющее эту камеру с нагнетательным патрубком. Соответственно, в левой части происходит всасывание перекачиваемого продукта, а в правой — его нагнетание в нагнетательный патрубок.

При перекачке кашеобразных и пластичных, т.е. малотекучих продуктов, последние подаются во всасывающий патрубок насоса принудительно при помощи специального шнека.

Подача пластинчатых ротационных насосов колеблется в больших пределах (от 1 до 30 м³/ч и более). Напор насосов, которые применяются в пищевой промышленности, обычно составляет 20—30 м.

Для определения подачи пластинчатого ротационного насоса с эксцентричным расположением ротора можно пользоваться достаточной для практики точностью формулой:

где D — внутренний диаметр гильзы статора, м;

d — диаметр ротора, м;

е — эксцентриситет, м;

b — длина ротора или пластины, м;

с — толщина пластины, м;

z — число пластин;

п — частота вращения ротора, мин^-1;

— коэффициент, учитывающий уменьшение объема межлопастного пространства в результате смещения зоны всасывания от максимальной щели всасывания, ;

— объемный КПД, зависящий от качества выполнения насоса, давления, вязкости перекачиваемого продукта и способа подвода его к всасывающему патрубку насоса; для нормальных условий .

Техническая характеристика пластинчатого насоса, применяемого для перекачки густых молочных продуктов, следующая:

Подача, л/ч............ 1000

Напор, м............. 20

Частота вращения ротора, мин^-1............... 40

Внутренний диаметр гильзы статора, мм.... 162

Эксцентриситет, мм.......... 12

Длина ротора, мм........... 130

Число пластин, шт............ 6

Мощность электродвигателя, кВт...... 2,8

Частота вращения электродвигателя, мин^-1 …… 950

Водокольцевые насосы. К ротационным насосам относятся и водокольцевые, очень простые по устройству. Эти насосы в пищевой промышленности применяются, главным образом, как вакуум-насосы, реже как воздуходувки с давлением до 0,15—0,17 МПа.

Принцип действия водокольцевого вакуум-насоса состоит в следующем (рис. 114, а). Ротор с несколькими лопастями вращается в кожухе, в котором находится некоторое количество жидкости (рис. 114, а, I).

Если ротор заставить вращаться с достаточно большой угловой скоростью, то под действием центробежных сил вокруг ротора у стенок замкнутого кожуха образуется водяное кольцо и ряд одинаковых по объему незаполненных жидкостью каналов /, 2, 3, 4, 5, 6, разделенных лопастями ротора (рис. 114, а, II).

При эксцентричном расположении ротора по отношению к кожуху (рис. 114, a, III) при вращении ротора каналы, разделенные лопастями, уже не будут одинаковыми по объему. При вращении ротора по часовой стрелке объем каналов /, 2, 3 сначала увеличивается, а затем уменьшается — 4, 5, 6. Если в торцевой крышке кожуха сделать отверстия А и В, то через первое из них должно происходить всасывание воздуха вследствие увеличения объема каналов, а через второе — нагнетание воздуха вследствие уменьшения объема каналов.

При этом для разобщения области всасывания от области нагнетания насоса водяное кольцо должно в верхней части касаться поверхности ступицы ротора, а в нижней — лопасть насоса своим внешним концом (по вертикали) должна быть надежно погружена во внутренние слои водяного кольца. Для повышения качества вакуум-насоса целесообразно всасывающее отверстие А выполнять больших размеров, чем нагнетательное отверстие В.

Кроме этого, должны быть приняты меры к устранению неплотностей у торцевых стенок, так как малейшая неплотность отрицательно сказывается на работе иасоса, снижает его КПД.

На рис. 114, б показана схема установки водокольцевого насоса. В установку входят: собственно насос / со всасывающим и нагнетательным патрубками; всасывающая труба 3, соединяющая всасывающий патрубок насоса с емкостью, из которой отсасывается воздух; нагнетательная труба 2, соединяющая нагнетательный патрубок насоса с верхней полостью приемного бака, в который выбрасывается из трубопровода 2 откачиваемый воздух и отработанная вода. Приемный бак снабжен выхлопным патрубком 4 для выпуска воздуха. Имеется также патрубок 6 для подвода свежей водопроводной воды и сливной патрубок и для выпуска воды из приемного бака.

Объемный КПД водокольцевых насосов при достаточном охлаждении довольно велик и достигает 70%, но общий КПД их мал и составляет 22—40%.

Тем не менее, водокольцевые насосы широко применяются в промышленности, так как они дают возможность обеспечить значительный вакуум до 96%, не требуя очистки поступающего в них воздуха, а также допускают попадание в насос жидкости вместе с засасываемым воздухом.