Пластинчато роторный насос

Пластинчато роторный насос

Устройство и принцип действия пластинчато-роторных вакуумных насосов

  1. Корпус

  2. Ротор

  3. Лопасть

  4. Вход / выход

  5. Рабочая камера

  6. Выпускной клапан

Пластинчато-роторный вакуумный насос представляет собой роторный вытесняющий насос с масляным уплотнением. Насосная система состоит из корпуса (1), внецентренно установленного ротора (2), лопастей, двигающихся радиально под силой сжатия пружины (3), а также входа и выхода (4). Выпускной клапан имеет масляное уплотнение. Впускной клапан разработан по подобию вакуумного предохранительного клапана и при работе всегда находится в открытом состоянии. Рабочая камера (5) расположена внутри корпуса. Ротор и лопасти разделяют рабочую камеру на два отдельных, разных по объему отсека. После включения ротора газ поступает в расширяющую камеру всасывания до тех пор, пока его не перекроет второй лопастью. Газ внутри камеры сжимается, пока не откроется выпускной клапан под атмосферным давлением. В случае использования газового балласта открывается наружное отверстие, через которое газ выпускается в герметичную камеру всасывания, расположенную на передней стороне.

Рабочая жидкость, масло

Масло для насоса, именуемое также рабочей жидкостью, выполняет в пластинчато-роторном насосе несколько функций.

Оно смазывает все подвижные части, заполняет вредное пространство под выпускным клапаном, а также узкие промежутки между входом и выходом. Масло уплотняет зазор между лопастями и рабочей камерой, а также дополнительно обеспечивает оптимальное температурное равновесие за счет теплообмена.

Вследствие того, что рабочая жидкость входит в контакт с откачиваемой средой, она подвергается воздействию данной среды. Следовательно, рабочую жидкость необходимо выбирать на индивидуальной основе в соответствии с конкретной областью применения. Pfeiffer Vacuum предлагает четыре различных типа рабочих жидкостей, которые пригодны для всех основных областей применения. Для насосов на заводе устанавливаются соответствующие рабочие жидкости.

Указанные предельные давления пластинчато-роторных вакуумных насосов обеспечиваются только при использовании рабочей жидкости, рекомендованной Pfeiffer Vacuum. Производитель не несет ответственность за ущерб, связанный с использованием другой рабочей жидкости. Смешивание различных типов масел не допускается. Некоторые масла не пригодны для смешивания, что может вызвать неисправность насосной системы.

Многоступенчатые насосы

Пластинчато-роторные насосы бывают двух видов — одноступенчатые и двухступенчатые.

Двухступенчатые насосы отличаются более низким предельным давлением по сравнению содно ступенчатыми насосами. Кроме того, влияние газового балласта на предельное давление является меньшим, поскольку балластный газ используется только на второй ступени.

Вакуумный предохранительный клапан

В зависимости от конкретного типа насоса пластинчато-роторные вакуумные насосы могут оснащаться вакуумными предохранительными клапанами. В случае преднамеренной или непреднамеренной остановки этот клапан отсекает насос от вакуумного приемника, и с помощью вытесняемого газа происходит отвод из насосной системы с целью предотвращения поднятия масла в приемник. После включения насоса, когда давление в насосе приблизительно достигает давления в приемнике, клапан открывается с некоторой задержкой.

Примечания по применению

Пластинчато-роторные вакуумные насосы могут применяться повсеместно во всех диапазонах низкого и среднего вакуума. Возможно применение одноступенчатых или двухступенчатых насосов в зависимости от конкретного диапазона давления. Идеальными рабочими условиями считаются те, при которых откачиваемое вещество не конденсируется при рабочем давлении насоса или атмосферном давлении.

Пары

Для проведения процессов дистилляции и осушки необходимо обеспечить отведение паров, которые могут конденсироваться полностью или частично в насосе на стадии сжатия. При этом открытие газобалластного клапана позволяет вывести пары через насос без конденсации. Тем не менее, отведение паров не всегда является достаточным условием для предотвращения конденсации. Конденсат, смешиваясь с маслом, вызывает рост предельного давления и снижает смазочную способность рабочей жидкости, что может вызвать возникновение коррозии в насосе.

Фильтры

В определенных пределах фильтры и сепараторы способны защищать вакуумный насос от износа и коррозии. Сепараторы, в которых используются бумажные фильтрующие элементы (типа STP), кольца Рашига (типа STR) или дополнительный циклон (типа STZ), предназначены для задерживания пыли. Активированные угольные фильтры (типа FAK) задерживают неорганические пары, а фильтры с фуллеровой землей (типа FBL), устанавливаемые на входе, абсорбируют органические пары. Сетки фильтра подлежат замене. Всасывающиеся гидрокарбонаты (пары масла) каталитически сжигаются в подогреваемой каталитической ловушке (типа URB), а цеолитовые ловушки адсорбируют различные виды паров. После насыщения пары можно регенерировать путем прогрева. Конденсат собирается в сепараторе конденсата (типа KAS) и сливается вручную. Химические масляные фильтры (типа OFC) очищают масло насоса с помощью масляного насоса, встроенного в пластинчато-роторный насос.

При высокой производительности газа и использовании газового балласта производится отвод воздушной взвеси масла из насоса. Допускается потеря масла в 4 мл при производительности газа 1 бар . м³. Пары масла собираются в сепараторе воздушной взвеси масла (типа ONF) и возвращаются в насосную систему циркуляции масла по дополнительной линии отвода.

В случае если вытесняемые вещества химически отрицательно воздействуют на масло в насосе или имеют настолько низкое давление пара, что образуется конденсат, несмотря на использование газового балласта и выше указанных принадлежностей, то необходимо выбрать другой тип форвакуумного насоса.

Роторные насосы. Классификация общие свойства насосов

Лекция 8

РОТОРНЫЕ ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ

Роторные насосы .Классификация общие свойства насосов.

Шестеренные насосы.

Винтовые насосы.

Роторно-поступательные насосы.

Неравномерность подачи роторных насосов.

Роторные насосы. Классификация общие свойства насосов

Роторный насос — это объемный насос, в котором вытеснение жидкости производится из перемещаемых рабочих камер в результате вращательного или вращательного и возвратно-поступательного движений рабочих органов — вытеснителей.

Рабочая камера роторного насоса ограничивается поверхностями составных элементов насоса: статора, ротора и вытеснителя (одного или нескольких). По характеру движения рабочих органов (вытеснителей) роторные насосы бывают роторно-вращательные и роторно-поступательные (классификационную схему по ГОСТ 17398—72 см. на рис. 8.1).

Рис. 8.1. Классификация роторных насосов.

В роторно-вращательных насосах вытеснители совершают только вращательное движение. К ним относятся зубчатые (шестеренные, коловратные) и винтовые насосы. В зубчатых насосах рабочие камеры с жидкостью перемещаются в плоскости, перпендикулярной к оси вращения ротора, в винтовых насосах — вдоль оси вращения ротора.

В роторно-поступательных насосах вытеснители одновременно совершают вращательное и возвратно-поступательное движения. К ним относятся шиберные (пластинчатые, фигурно-шиберные) и роторно-поршневые насосы (радиальные, аксиальные). В роторно-поршневых насосах вытеснители обычно выполнены в виде поршней или плунжеров, которые располагаются радиально или аксиально по отношению к оси вращения ротора. Все роторно-поступательные насосы могут выполняться как в виде регулируемых машин, т.е. с изменяемым рабочим объемом, так и нерегулируемых.

Все роторно-вращательные насосы являются нерегулируемыми.

Вследствие того, что в роторных насосах происходит перемещение рабочих камер с жидкостью из полости всасывания в полость нагнетания, эти насосы отличаются от насосов поршневых (и плунжерных) отсутствием всасывающих и напорных клапанов. Эта и другие конструктивные особенности роторных насосов обусловливают их некоторые общие свойства, также отличные от свойств поршневых насосов, а именно: обратимость, т.е. способность работать в качестве гидродвигателей (гидромоторов) при подводе к ним жидкости под давлением; более высокая быстроходность (до 3000—5000 об/мин) и большая равномерность подачи, чем у однопоршневых насосов; возможность работы лишь на чистых, неагрессивных жидкостях, обладающих смазывающими свойствами (применение роторных насосов для подачи воды исключается).

Идеальная подача роторного насоса выражается через его рабочий объем Vо и частоту вращения n:

(8.1)

Действительная подача Q меньше идеальной вследствие утечек через зазоры, что учитывается объемным КПД :

(8.2)

Момент М на валу насоса и его рабочий объем при отсутствии потерь энергии связаны формулой

(8.3)

где р — давление насоса.

Механические потери энергии в насосе увеличивают момент, т. е.

(8.4)

где — механический КПД насоса. Мощность насоса

(8.5)

где — угловая скорость ротора; Рп — полезная мощность насоса; — КПД насоса.

Гидравлические потери в роторных насосах относительно малы, поэтому обычно принимается, что .

По теории подобия роторных гидромашин имеются три вида потерь энергии:

— объемные — на утечки (по закону Пуазейля);

— механические — на жидкостное трение (по закону трения Ньютона);

— механические — на «сухое» трение (по закону трения Кулона).

Каждая из этих потерь для данной гидромашины оценивается постоянным безразмерным коэффициентом.

Объемный и механический, а следовательно, и общий КПД роторной гидромашины определяются тремя указанными коэффициентами, но, кроме того, зависят еще от безразмерного критерия подобия, характеризующего режим работы машины и равного

(8.6)

где — динамическая вязкость жидкости.

Согласно теории Мишке, для роторного насоса имеем:

(8.7)

(8.8)

Примерные значения коэффициентов для разных видов роторных насосов можно найти в работе. Кроме того, эти коэффициенты для каждого насоса могут быть приближенно оценены по его опытным характеристикам.

Зная коэффициенты, можно пересчитывать значения КПД насоса с одних условий его работы на другие. Однако при этом следует иметь в виду приближенный характер формул и не рассчитывать на точность перерасчета при широком диапазоне изменения критерия σ.

На рис.8.2 дан примерный вид кривых изменения коэффициентов насоса в зависимости от критерия . Объёмный КПД при увеличении от неуклонно падает по линейному закону, механический КПД возрастает, но лишь до известного предела, после чего вопреки теории подобия начинает резко падать, так как наступает предел работоспособности насоса — выжимание смазки с поверхностей трения вследствие высокого давления. При некотором оптимальном значении критерия получается максимальное значение КПД роторного насоса.

Примерно такой же вид имеют и характеристики роторных насосов.

Неравномерность подачи роторных насосов оценивается коэффициентом неравномерности

(8.9)

где Qmax, Qmin и Qcp — соответственно максимальная, минимальная и средняя подачи насоса.

Рис. 8.2. Кривые изменения коэффициентов насоса в зависимости от критерия .

Шестеренные насосы

Шестеренные насосы выполняются с шестернями внешнего и внутреннего зацепления. Наибольшее распространение имеют насосы с шестернями внешнего зацепления. На рис.8.3 приведена схема такого насоса. Он состоит из двух одинаковых шестерен — ведущей 2 и ведомой 3, помещенных в плотно охватывающем их корпусе — статоре 1. При вращении шестерен в направлении, указанном стрелками, жидкость, заполняющая впадины между зубьями, переносится из полости всасывания в полость нагнетания.

Вследствие разности давлений (P2>P1) шестерни подвержены воздействию радиальных сил, которые могут привести к заклиниванию роторов. Для уравновешивания последних в корпусе насосов иногда устраивают разгрузочные каналы 4. Такие же каналы могут быть выполнены и в самих роторах.

Рис. 8.3. Шестеренный насос: 1- статор; 2 – ведущая шестерня; 3 – ведомая шестерня; 4 – разгрузочные каналы.

Чаще всего применяются насосы, состоящие из пары прямозубых шестерен с внешним зацеплением и с одинаковым числом зубьев эвольвентного профиля. Для увеличения подачи иногда употребляются насосы с тремя и более шестернями, размещенными вокруг центральной ведущей шестерни.

Для повышения давления жидкости применяются многоступенчатые шестеренные насосы. Подача каждой последующей ступени этих насосов меньше подачи предыдущей ступени. Для отвода излишка жидкости каждая ступень имеет перепускной (предохранительный) клапан, отрегулированный на соответствующее максимально допустимое давление.

Кроме прямозубых шестерен, выполняются насосы с косозубыми и шевронными шестернями. Угол наклона зубьев в шевронных шестернях обычно составляет 20—25°.

Современные шестеренные насосы могут развивать давления до 10— 20 МПа.

Для приближенных расчетов минутной подачи насосов с двумя одинаковыми шестернями можно пользоваться формулой:

(8.10)

где — объемный КПД насоса, зависящий от конструкции, технологии изготовления и давления насоса и принимаемый равным 0,7—0,95; А — расстояние между центрами шестерен, равное при одинаковых шестернях диаметру начальной окружности D; Dг— диаметр окружности головок зубьев; b — ширина шестерен; n — частота вращения ротора, об/мин.

Коэффициент неравномерности подачи определяется выражением

(8.11)

гда — угол зацепления; стандартный угол зацепления = 20°.

Рис. 8.4 коловратный насос

Под коловратным насосом, согласно ГОСТ 17398 -72, понимается зубчатый насос с рабочими органами в виде роторов, обеспечивающих только геометрическое замыкание рабочей камеры, а вращающий момент с ведущего ротора на ведомый передает шестеренная пара, расположенная вне корпуса насоса. Профили роторов показаны на рис. 8.1, г, д. В шланговом насосе рабочим органом является упругий шланг, пережимаемый вращающимися роликами (рис. 8.1, е).

3. Винтовые насосы

В зависимости от числа винтов различают одно-, двух-, трех- и многовинтовые насосы. Наибольшее распространение получили трехвинтовые насосы с циклоидальным зацеплением, обладающие рядом существенных достоинств: высоконапорностью, равномерностью подачи и бесшумностью работы.

На рис.8.4. приведена схема насоса, имеющего три двухзаходных винта,. из которых средний 1 — ведущий и два других 2 — ведомые. При этом направление нарезки на ведущем и ведомых винтах противоположное. В корпусе 5 установлена обойма 4, залитая баббитом и сообщающаяся своими окнами с всасывающим патрубком 6. Винты, расположенные внутри обоймы с минимальными зазорами, при зацеплении образуют рабочие камеры, которые при вращении перемещаются вместе с жидкостью вдоль оси к напорному патрубку 3.

При таком конструктивном выполнении винты разгружены от радиальных сил давления, а возникающие осевые силы воспринимаются упорными подшипниками. Основную нагрузку несет ведущий винт, ведомые винты разгружены от моментов и выполняют лишь роль замыкателей (герметизаторов) рабочих камер.

Рис. 8.4. Винтовой насос: 1 — винт ведущий; 2 — винты ведомые; 3- напорный патрубок; 4 — обойма, залитая баббитом; 5 – корпус; 6 — всасывающий патрубок.

Общее выражение для минутной подачи винтовых насосов:

с односторонним подводом жидкости

(8.12)

с двусторонним подводом жидкости

(8.13)

где S —площадь живого сечения насоса, равная разности площади поперечного сечения обоймы и площади поперечного сечения всех винтов, t – шаг винта, м; n – частота вращения винта, об/мин.

Трехвинтовые насосы способны развивать давления Р до 10—20 МПа. Причем, чем выше развиваемое давление, тем для обеспечения нужной герметичности длиннее должны быть винты. Минимальная длина винтов L=l,25t. В зависимости от давления длина винта трехвинтового насоса принимается в следующих пределах: при Р=1,5—2,0 МПа L=(l,5—2)t при Р=5—7,5 МПа L=(3—4)t; при Р = 15—20 МПа L=(6—8)t.

Характеристики винтовых насосов мало отличаются от характеристик шестеренных насосов.

Гидравлика, гидропривод / Насосы / Пластинчатые насосы

2018-02-18

Нерегулируемые пластинчатые насосы

В нерегулируемых насосах отсутствует возможность изменения рабочего объема. Подачу таких насосов можно регулировать путем изменения частоты вращения приводного двигателя или использовать дроссельное регулирование гидропривода.

Устройство пластинчатого насоса двукратного действия

Внутренняя поверхность статора 1 имеет овальную форму. Ротор 2 установлен соосно статору. В пазах 3 ротора установлены пластины 4, которые могут свободно перемещаться внутри пазов. При вращении ротора пластины за счет центробежной силы пластины прижимаются к поверхности статора образуя рабочие камеры. В связи с тем, что внутренняя поверхность статора имеет овальную форму при вращении ротора объем рабочих камер будет изменяться. В зонах 6 и 7 увеличения объема камеры выполнено отверстие для всасывания рабочей жидкости, в зонах 5 и 8 уменьшения объема камеры — отверстие для нагнетания.

В насосах двойного действия устанавливается четное число пластин (не менее 8).

Расчет рабочего объема пластинчатого насоса двойного действия

Рабочий объем насоса определяется минимальным Rc1 и максимальным радиусами Rc2 внутренней поверхности статора, толщиной ∆ и количеством z пластин, а также углом их наклона ξ.

Вычислить рабочий объем насоса двойного действия можно по формуле:

Подача пластинчатого насоса

Подача объемного насоса — это произведение его рабочего объема на частоту вращения приводного двигателя.

Q = V · n

Принцип работы пластинчатого насоса однократного действия

Пластинчатый насос однократного действия показан на рисунке.

Ротор 1 установлен в статоре 2 с эксцентриситетом. В роторе 1 в радиальном направлении выполнены пазы 3, в которых установлены подвижные пластины 4. При вращении ротора пластины под действием центробежной силы прижимаются к цилиндрической поверхности статора. За счет эксцентриситета между осями вращения ротора и статора обеспечивается изменение объемов рабочих камер.

В зоне 6 увеличения объема камеры происходит всасывание рабочей жидкости, зоне 5 уменьшения — нагнетание.

В насосах одинарного действия используется нечетное число пластин (не менее 3).

Расчет рабочего объема пластинчатого насоса одинарного действия

Рабочий объем насоса зависит от радиусов ротора r статора R и эксцентриситета e.

Эти величины связаны зависимостью:

e = R — r — a

где a — минимальный зазор между ротором и статором.

Максимальный рабочий объем пластинчатого насоса одинарного действия можно определить по формуле:


Если полости под пластин при их выдвижении соединяются с линией всасывания, а при задвижении — с линией нагнетания, то рабочий объем такого насоса можно определить по формуле:

∆ — толщина пластин
z — количество пластин
b — ширина статора

Для точного определения объема рабочей камеры необходимо учесть закон перемещения пластин в роторе во время его вращения. Уточненная формула для определения рабочего объема однократного пластинчатого насоса выглядит следующим образом:

Значение коэффициента k будет зависеть от количества пластин в насосе.

Особенности применения насосов одинарного и двойного действия

В пластинчатых насосах однократного действия нагрузки неравномерны, сила давления действует на ротор только со стороны полости нагнетания. По этой причине насосы однократного действия предназначены для работы на давлении до 12 МПа. Эта проблема устранена в насосах двойного действия, где действие сил давления на ротор уравновешено.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *