 |
Шестерённые гидравлические машины
|
|
|
|
Шестерённые насосы выполняются с шестернями внешнего (рис. 4.1) и внутреннего зацепления (рис. 4.2).
Рис. 4.1 – Схема насоса с шестернями наружного зацепления
Они могут использоваться как в качестве насосов, так и гидродвигателей. Шестерни бывают прямо, косозубыми или шевронными.
Гидравлические машины 1-го типа более распространены, так как имеют более простую конструкцию. При вращении шестерен жидкость, заключённая во впадинах зубьев переносится из камеры всасывания «в» в камеру нагнетания «н», которая образована корпусом насоса и зубьями шестерен. Разность объёмов, описываемых рабочими поверхностями, вытесняется в нагнетательную линию насоса.
Насосы отличаются: надёжностью, малыми габаритами и массой. Давления достигают 30 МПа, подачи – 20 м3/с. Частоты вращения до 4000 ÷18000 об/мин. Объёмный к.п.д., ηо достигает 0,98, а общий к.п.д., η – 0,9.
Рис. 4.2 – Шестеренный насос с внутренним зацеплением
1, 4 – отводящие и подводящие окна; 2 – внутренняя шестерня; 3 – наружная шестерня; 5 – уплотняющий серповидный элемент
Срок службы до 5000 часов. Насосы работают на жидкостях с диапазоном вязкостей – от 10 до 800 сст и выше. Предназначены для перекачки нефти, масел и нефтепродуктов (даже мазутов).
При расчётах насосов пользуются следующими формулами
1) теоретическая подача насоса определяется из выражения
,
где dн – диаметр начальной (делительной) окружности ведущей шестерни;
m – модуль зацепления;
b – ширина шестерни;
n – частота вращения вала.
2) модуль зацепления для эвольвентного профиля определяется по эмпирической зависимости
или 
,
где h1 – высота зуба (проекция расстояния от точки зацепления до вершины зуба)
|
|
|
Qт – теоретическая подача, л/с.
3) диаметр делительной окружности определяется по формуле
,
где z – число зубьев.
Полученное выражение округляется до целого числа.
Эффективная подача определяется по формуле
,
где ηо – объёмный к.п.д.
4) приводная мощность определяется по формуле
,
где Рн – давление нагнетания;
ηм – механический к.п.д.
При конструировании насосов принимают b = (4…8)·m; b/dн = 0,4…0,6.
При расчёте гидродвигателя пользуются следующими формулами
1) рабочий объём
;
2) расчётный крутящий момент на валу
,
где Δр – перепад давления на входе и выходе из двигателя.
3) мощность на валу
.
4) эффективный момент
.
5) эффективная мощность
.
6) расчётный расход насоса для привода гидродвигателя
.
7) фактическая подача насоса
.
8) подводимая мощность
или 
.
9) полный к.п.д.
.
Винтовые гидравлические машины
Их можно рассматривать как машины с косозубыми шестернями, число зубьев которых равно числу заходов винтовой нарезки. Бывают 1-о, 2-х и 3-х винтовыми. Могут работать как в режиме насоса, так и гидродвигателя.
Одновинтовые насосы
Для перекачки жидкостей под невысоким давлением применяют одновинтовые насосы (рис. 3), которые отличаются простотой изготовления и
надежностью в эксплуатации. Насос имеет 1-у движущуюся деталь - винтовой ротор.
Рабочая камера образуется ротором и неподвижной обоймой. Подача происходит без пульсаций, отсутствуют инерционные потери, что улучшает условия всасывания. В местах герметизации деталей имеет место скольжение с качением, поэтому насосы пригодны для работы на загрязненных жидкостях, их применяют при добыче нефти из скважин, для откачки воды из угольных шахт и т.д. Д авление до 5,0 МПа расходы от 0,05 до 15 л/с; частота вращения до 15 000 об/мин.
На рис. 4.3 показана схема одновинтового насоса
Рис. 4.3 – Схема одновинтового насоса
|
|
|
1 – корпус; 2 – ротор; 3 – обрезиненная обойма; а – замкнутая полость
Винтовой ротор 2 насоса обычно однозаходный; поперечные его сечения в любом месте представляют собой окружность диаметром d. Центр сечения ротора смещен относительно его оси О симметрии на величину е. При вращении он совершает движения в прорези корпуса высотой h. Обойма 3 представляет собой двухзаходный винт.
Подача насоса определяется по формуле
где h – высота сечения обоймы;
d – диаметр сечения винта;
t – шаг винта;
n – частота вращения винта;
e – эксцентриситет.
При выборе параметров насоса можно использовать опытные соотношения 20 ≤ tОБ/е ≤ 35, где tОБ – шаг обоймы и 1,5 ≤ 1/d ≤ 3,5.
Эффективная подача определяется по формуле
.
Двухвинтовые насосы
В 2-х винтовом насосе замкнутая камера образована 2-я винтами, находящимися в зацеплении, и неподвижной обоймой. Такие насосы (рис. 4.4) обычно выпускаются на подачи до 300 л/с при давлении до 10 МПа. В последнее время широко используются на нефтеперекачивающих станциях. 2-х винтовые насосы выполняются обычно с прямоугольной резьбой, что упрощает их изготовление. При этой резьбе ухудшается герметичность насоса. Винты связаны друг с другом при помощи зубчатой пары, размещаемой в общем с винтами корпусе.
Расчетная подача двухвинтового насоса определяется по формуле
Рис. 4.4 – Конструктивная и расчетная схемы двухвинтового насоса
где Dн, Dв – наружный и внутренний диаметры винта;
t – шаг винта;
n – частота вращения винта.
Трёхвинтовые насосы
Широко распространены также 3-х винтовые насосы. Схема такого насоса представлена на рис. 15. Средний винт является ведущим, а два боковых – ведомыми. При этом угол винтовой линии выбирается таким, чтобы боковые винты вращались за счёт давления жидкости. Нарезка винтов обычно 2-х заходная, винты циклоидального профиля с углом подъёма винтовой линии 30÷450.
Теоретическая подача 3-х винтового насоса определяется по формуле
,
где dн – наружный диаметр ведомых винтов.
При проектировании насосов принимают:
Рис. 15 – Трехвинтовой насос
Dв = dн; Dн = 5/3 · dн; dв = 1/3 · dн; t = 10/3 · dн;
где Dв и Dн – внутренний и наружный диаметры нарезки ведущего винта;
|
|
|
dв – внутренний диаметр ведомых винтов;
t – шаг винтовой нарезки.
Общая длина винтов определяется по формуле
,
где n – число перекрытий витков, принимается таким образом, чтобы перепад давления на каждое перекрытие был ≤ 2÷3 МПа.
|
|
|
