Классификация объемных насосов

3.3.1 Классификация объемных насосов

ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ

- ПОРШНЕВЫЕ

-- КРИВОШИПНЫЕ ПЛУНЖЕРНЫЕ

-- ЭКСЦЕНТРИКОВЫЕ

-- АКСИАЛЬНЫЕ

-РОТОРНЫЕ

--РОТОРНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫЕ

---РАДИАЛЬНЫЕ

---АКСИАЛЬНЫЕ

--РОТОРНО-ВРАЩАТЕЛЬНЫЕ

---ШИБЕРНЫЕ

---ШЕСТЕРЁННЫЕ

---ВИНТОВЫЕ

В поршневых насосах рабочая камера-полость цилиндра непод­вижна, а поршень (плунжер) совершает возвратно-поступательное движение.

Роторные насосы делятся на роторно-поступательные и ротор-но-вращательные. В цилиндрической рабочей камере роторно-поступательного насоса расположен поршень, совершающий при вращении вала насоса два движения - переносное (вращение вместе с камерой) и относительное (возвратно-поступательное движение внутри камеры). В роторно-вращательных насосах рабочая камера ограничена поверхностями статора и ротора. Периодическое изме­нение объема камеры при вращении вала насоса обусловлено гео­метрией поверхностей статора и ротора.

По способу распределения жидкости, или, что то же, по спосо­бу соединения рабочей камеры с линиями всасывания и нагнетания, различают клапанные и бесклапанные насосы. В последних распре­деление жидкости реализуется благодаря тому, что при вращении ротора рабочая камера перемещается из зоны всасывания в зону на­гнетания.

Роторные насосы обратимы - они могут работать как в режиме гидронасоса, так и в режиме гидродвигателя вращательного движе­ния (гидромотора), преобразующего энергию жидкости в механиче­скую работу, совершаемую вращающимся валом . В мебельном производстве именно роторные насосы в приводах механизмов применяются в подавляющем большинстве случаев и поэтому в данной работе рассматриваются именно этот класс агрегатов.

3.3.2 Роторно-поступательные насосы.

3.3.2.1 Аксиально-поршневые насосы

Схема роторно-поступательного аксиально-поршневого регули­руемого бесклапанного насоса приведена на рис. 15. В корпусе на­соса 1 установлен наклонный диск 2. Угол наклона диска 2 к валу 3 может изменяться в определенных пределах, однако при работе на­соса диск остается неподвижным. На валу 3 жестко закреплен ротор 4, в отверстиях которого расположены поршни 5. Под действием пружины 6 ползушки 7, шарнирно соединенные с поршнями 5, на­ходятся в постоянном контакте с рабочей плоскостью диска 2. При вращении ротора 4 поршни 5 совершают переносное движение, вращаясь вокруг оси вала 3 вместе с ротором, а также движутся воз­вратно-поступательно относительно ротора.

В корпусе 1 неподвижно закреплен распределительный диск 8 с двумя дуговыми пазами (рис. 16), один из которых соединен с лини­ей всасывания, а другой - с линией нагнетания. При вращении вала 3 по часовой стрелке (если смотреть со стороны, где вал выступает из корпуса) с линией всасывания соединен паз А, а с линией нагне­тания - паз Б. При движении поршня по дуге a-в-с поршневой объем увеличивается, происходит всасывание жидкости. При движении поршня по дуге c-d-a жидкость вытесняется в линию нагнетания

Рис. 15. Схема аксиально-поршневого регулируемого насоса

.

Рис. 16. Распределительный диск (вид

регулируемого насоса

со стороны ротора)

Подачу можно бесступенчато регулировать путем изменения угла у вручную или с помощью гидравлического механизма, питае­мого жидкостью от вспомогательного шестеренного насоса (на рис. 10 не показано). Серийные насосы этого типа рассчитаны на работу при давле­нии 20 МПа. Их подача находится в пределах от 4,2-10 до 6,7-10" м/с, объемный КПД г\₀ = 0,93 ... 0,95. Частота вращения вала 1500 мин"¹.

3.3.2.2 Радиально-поршневые насосы

Схема радиально-поршневого насоса показана на рис. 12. В корпусе насоса 1 неподвижно закреплена ось 2, на которой уста­новлен вращающийся вокруг нее ротор 3. В радиальных отверстиях, выполненных в роторе, расположены поршни 4. Статор 5 установ­лен в корпусе 1 таким образом, что центр его внутренней (рабочей) поверхности не совпадает с центром оси 2. В оси 2 выполнены че­тыре осевых отверстия, два из которых соединены с линией всасы­вания, а два других - с линией нагнетания. В случае вращения рото­ра по часовой стрелке, как показано на рис. 17, с линией всасывания соединены отверстия, расположенные ниже горизонтального диа­метра, а с линией нагнетания - расположенные выше него.

Эксцентриситет статора е может бесступенчато изменяться от максимальной величины до нуля с помощью регулировочного уст­ройства. В реверсивных насосах центр статора может располагаться по разные стороны от центра вращения ротора, благодаря чему мо­жет изменяться направление потока жидкости (линии всасывания и нагнетания меняются ролями).

На рис. 18 показана конструкция насоса в продольном разрезе.

Рис. 17. Схема радиально-поршневого насоса

Рис. 18. Продольный разрез радияльно-поршневого насоса

Как видно из рис. 13, статор состоит из двух частей - наружной 5а и внутренней - 56, которые связаны через подшипники качения 7 и 8. Во внутреннюю часть статора запрессовано кольцо 9, с кониче­скими поверхностями которого контактируют сферические поверх­ности поршней. Приводной вал 10 связан с ротором 3 жесткой со­единительной муфтой. На валу 10 установлена ведущая шестерня 11 встроенного шестеренного насоса, который используется в системе управления радиально-поршневым насосом. Выпускаются ради-ально-поршневые насосы и без встроенного шестеренного насоса.

При вращении ротора 3 поршни 4 совершают два движения: пе­реносное - вместе с ротором и относительное - возвратно-посту­пательное. Когда подпоршневая полость сообщена с линией всасы­вания, поршень перемещается от центра ротора под действием цен­тробежной силы до упора в кольцо 9 статора. Всасывание происхо­дит пока поршень находится ниже горизонтального диаметра ( рис. 17). При перемещении поршня в зоне, расположенной вы­ше горизонтального диаметра, подпоршневой объем уменьшается, так как в относительном движении поршень приближается к центру ротора, и жидкость из-под поршня вытесняется в линию нагнетания.

Механизм радиально-поршневого насоса кинематически экви­валентен кривошипно-ползунному механизму с длиной кривошипа равной е и длиной шатуна, равной расстоянию от центра ротора до точки контакта поршня со статором. Ход поршня 4 относительно ротора 3 составляет 2е.

Помимо упомянутых выше переносного и относительного дви­жений, поршень 4 совершает вращательное движение вокруг своей оси под действием момента силы трения при контакте сферической головки поршня с конической поверхностью кольца 9. Вращение поршня способствует более равномерному его износу. Под действи­ем указанной силы трения внутренняя часть статора 56 (рис. 18) вращается вокруг центра статора, что не влияет на движение порш­ня, но существенно снижает износ в контакте поршня со статором.

Регулирование подачи реализуется путем изменения эксцентри­ситета е при перемещении статора относительно ротора.

Радиально-поршневые насосы рассчитаны на давление р = 20 МПа, их подача составляет от 1,67-10"³ до 6,67-10"³ м³/с (100 ... 400 дм³/мин) при частоте вращения п = 1000 мин"¹. Объемный КПД г)₀ = 0,85 ... 0,87, полный КПД ti = 0,77 ... 0,82. Высота всасывания Д,с ⁼ 0,5 м. Подача встроенного шестеренного насоса составляет 0,20 ... 0,35 от подачи основного насоса; давление, развиваемое шестеренным насосом, достигает 1,6 МПа.

По способу регулирования подачи различаются насосы: с руч­ным управлением, с электрогидравлическим управлением, со сле­дящей системой управления и с автоматическим управлением в функции давления.

В насосе с ручным управлением перемещение статора выполня­ется при помощи пары винт-гайка (рис. 17).

Схема насоса с электрогидравлическим управлением показана на рис. 19. Эта система обеспечивает работу насоса в трех режимах: холостой ход, высокая подача, низкая подача. Применительно к гид­роприводу пресса в первом режиме насос работает в период паузы в работе пресса, когда ползун пресса неподвижен. В это время удаля­ется из рабочей зоны пресса отштампованное изделие и туда поме­щается очередная заготовка. Второй режим насоса - используют во время хода приближения ползуна с инструментом к заготовке, а также при обратном ходе ползуна. Эти движения ползуна должны происходить с большой скоростью, поэтому требуется высокая по­дача насоса. Третий режим используют во время рабочего хода ползуна.

Система содержит встроенный вспомогательный шестеренный насос 1, напорный клапан 2, трехпозиционный золотник 3 и двухпо-зиционный золотник 4, к которому от основного насоса подведены отвод 5 от линии всасывания и отвод 6 от линии нагнетания. По­лость А постоянно соединена с линией нагнетания шестеренного насоса. Давление в линии нагнетания ограничивается напорным клапаном 2. Поступлением жидкости в полости Б и В управляет зо­лотник 3.

Рис. 19. Схема радиально-поршневого насоса с электрогидравлическим управлением

В режиме холостого хода электромагниты Э1 и Э2 обесточены и золотник 3 находится в нейтральным положении, полость Б нахо­дится под давлением, а полость В соединена со сливной линией (т.е. с баком). Под действием давления жидкости в полости Б и усилия пружины поршень 7 занимает крайнее правое положение. Статор при этом оказывается в нейтральном положении либо близком к не­му (е = 0). Золотник 4 под давлением жидкости в правой торцевой полости перемещен в крайнее левое положение, благодаря чему ли­ния нагнетания основного насоса соединена с линией всасывания. Поэтому подача жидкости в линию нагнетания равна нулю даже в том случае, когда центры статора и ротора не совпадают.

Для перехода из первого режима во второй включают электро­магнит Э1. Золотник 3 занимает крайнее левое положение и соеди­няет полости Б и В, а также обе торцевые полости золотника 4 со сливом. Под действием пружины золотник 4 занимает крайнее пра­вое положение, и линии 5 и 6 разъединяются. Статор под действием давления жидкости в полости А перемещается влево на величину /г'. Эксцентриситет е в этом положении будет наибольшим.

Для перехода из второго режима в третий включается электро­магнит Э2. Команда на включение Э2 подается, например, путевым электрическим переключателем, установленным на прессе и сраба­тывающим от кулачка, закрепленного на ползуне. Золотник 3 уста­навливается в крайнее правое положение, полости Б и В соединяют­ся с нагнетательной линией насоса 1. Статор основного насоса под давлением жидкости в полости В перемещается на величину h" в крайнее правое положение до упора в регулировочный винт 8, уста­новленный в крышке полости А*. Величина эксцентриситета во вто­ром режиме регулируется с помощью гайки 9, а в третьем режиме -винта 8.

На рис. 20 показана схема радиально-поршневого насоса со следящей системой управления. Система содержит встроенный шес­теренный насос 7, предохранительный клапан 2 и золотник управле­ния 4, корпус 3 которого жестко связан со статором основного насо­са. Полость А постоянно соединена с нагнетательной линией шесте­ренного насоса.

В положении, показанном на рис. 20, полость Б заперта, статор зафиксирован в корпусе насоса с определенным эксцентриситетом

Рис. 20. Схема радиально-поршневого насоса со следящей системой управления

Так как при переходе из второго режима в третий поток жидкости реверсируется, в системе управления прессом необходимо предусмотреть во относительно ротора. Для уменьшения подачи насоса золотник 4 вручную перемещают вправо на расстояние, равное необходимому изменению эксцентриситета е. Полость Б соединяется с нагнета­тельной линией шестеренного насоса 1, и так как площадь сечения полости Б больше, чем полости А, статор перемещается вправо. Корпус золотника 3 перемещается вместе со статором, а золотник 4 остается неподвижным, так как положение рукоятки 5 фиксирует его относительно корпуса насоса.

Перемещение статора будет продолжаться до тех пор, пока не восстановится первоначальное относительное положение корпуса 3 и золотника 4. Таким образом перемещение статора будет равно пе­ремещению золотника - статор "следит" за положением золотника относительно корпуса, отсюда название "следящая система".

Для увеличения подачи золотник перемещают влево, соединяя полость Б со сливом, после чего статор под действием давления жидкости в полости А, движется влево до тех пор, пока не будет пе­рекрыт выход жидкости из полости Б. Перемещение статора и в этом случае равно перемещению золотника*. Следящая система управления насосом характеризуется высокой чувствительностью и малым усилием, необходимым для перемещения управляемого зо­лотника.

Схема радиально-поршневого насоса с автоматическим управ­лением в функции давления показана на рис. 21. Полость А постоян­но соединена с линией нагнетания.

По мере роста давления в линии нагнетания увеличивается уси­лие Р_А, действующее на пружину 1. Пока оно меньше усилия затяж­ки пружины Р₀ статор неподвижен, и подача насоса остается посто­янной. При Р_А > Ро статор по мере увеличения давления в линии на­гнетания перемещается вправо, сжимая пружину зможность соответствующего переключения.

Рис. 21. Схема радиально-поршневого насоса с автоматическим управлением в функции давления