ПРОМЫШЛЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Пластинчатые насосы


Пластинчатые насосы нашли широкое применение в гидроприводах стационарного оборудования и ряде образцов мобильной техники. Они отличаются простотой конструкции, хорошим соотношением цена/качество, достаточно высоким развиваемым номинальным давлением, приемлемым КПД.

Принципиальная схема такого агрегата показана на рис. 1. В корпусе гидронасоса установлен цилиндрический статор. В нем расположен вращающийся ротор.



Рис.1. Принципиальная схема насоса НПЛ

В роторе выполнены радиальные пазы, в которые вставлены подвижные пластины. Ребра этих пластин контактируют с поверхностью цилиндрической рабочей камеры, образованной между статором и ротором. Ось вращения ротора располагается в корпусе эксцентрично (со смещением) относительно оси статора.

При вращении ротора пластины выдвигаются (за счет действия центробежных сил) и, скользя по контуру цилиндрической поверхности статора, захватывают порцию гидравлической жидкости, доставляя ее в рабочую камеру.

После прохождения значения эксцентриситета (максимально выдвинутого своего положения) пластины за счет контакта с поверхностью рабочей камеры втягиваются в пазы ротора. Поскольку объем, заключенный между поверхностями статора, ротором и пластинами, уменьшается, рабочая жидкость нагнетается в напорную гидромагистраль.

При запуске насоса пластины, находящиеся в пазах ротора, за счет действия центробежных сил начинают двигаться от центра его вращения в сторону статора.

Но для того, чтобы преодолеть силы адгезии (прилипание пластин к поверхностям пазов ротора), приводной вал должен вращаться с частотой не менее 600 об/мин.

При уменьшении температуры вязкость рабочей жидкости увеличивается, поскольку непропорционально возрастают силы сцепления между ее молекулами. Чтобы их преодолеть и выдвинуть полностью пластины, ротор должен вращаться значительно быстрее, достигая значений до 2500 об/мин и выше.

Поэтому использование пластинчатых насосов в мобильной технике, предназначенной для эксплуатации в регионах с холодным климатом, крайне ограничено. Возникают большие проблемы при его запуске.

Рабочую жидкость необходимо предварительно подогревать до температуры эксплуатации (30-65 С). Но в западноевропейских и южных странах насосы НПЛ широко применяются в строительно-дорожных, коммунальных и других специальных машинах.

В любом случае при относительно низкой частоте вращения (800-1000 об/мин) одной центробежной силы не всегда хватает для полного выдвижения пластин из пазов ротора. Чтобы обеспечить надежное их выдвижение, в головной части пазов ротора выполняют осевые отверстия.

По ним рабочая жидкость из нагнетающей полости поступает под торец пластин, и гидравлическая сила помогает центробежной полностью выдвинуть пластину. Вместе с тем в агрегатах, привод которых осуществляется с небольшой частотой вращения, для надежной работы используются подпружиненные пластины.

Для обеспечения полной герметичности рабочих камер пластины имеют острые рабочие концы, которые строго ориентированы: их вершина должна быть расположена в направлении вращения.

Если вершина пластины будет установлена в противоположном положении, силы давления жидкости будут стараться задвинуть ее в паз ротора и создать зазор в рабочей камере.

Из рис. 1 видно, что область всасывания охватывает половину полного поворота ротора, в то время как остальные 180° обеспечивают нагнетание рабочей жидкости. В результате возникают значительные радиальные нагрузки на вал ротора и подшипники.

Чтобы компенсировать действие радиальных сил, существенно снизить дисбаланс и уменьшить размер подшипников, используют схему с двумя диаметрально противоположными рабочими полостями.



Рис. 4. Схема сбалансированного пластинчатого насоса

На рис. 4 показана схема сбалансированного гидронасоса. Такие модели получили наиболее широкое распространение. На рис. 5 показаны типовые сбалансированные качающие узлы.



Рис. 5. Типовые сбалансированные качающие узлы насосов НПЛ

Качающий узел, содержащий статор, ротор с пластинами, боковые закрепляющие втулки, называется картриджем. В боковых втулках выполнены каналы для всасывания, подачи и подвода рабочей жидкости под торцы пластин ротора.

На торцах боковых втулок часто устанавливают профильные пластины из латуни для снижения трения подвижных частей агрегата. Конструктивный чертеж гидронасоса с картриджем показан на рис. 7.



Рис. 7. Чертеж насоса НПЛ с картриджем

Картридж является сменным элементом. При его износе задняя часть корпуса снимается без полного демонтажа агрегата с машины, и картридж легко заменяется новым.

Использование качающих узлов в виде стандартных картриджей позволяет легко создавать многосекционные модели с различным рабочим объемом. Такие агрегаты с переменным рабочим объемом снабжены пружинным регулятором, который меняет величину эксцентриситета между геометрическими центрами статора и ротора.

При росте давления поток жидкости по управляющему каналу поступает в рабочую полость подпружиненного плунжера, который перемещает ротор относительно статора и изменяет рабочий объем, т.е. снижает величину расхода гидронасоса.

В зависимости от версии исполнения они могут развивать рабочее давление 8,0-10,0 МПа (80-100 бар) с расходом до 150 дм3/об при частоте вращения вала 1500 об/мин (v = 100 см3). Рекомендуемая вязкость рабочей жидкости должна составлять от 25 до 45 мм2/с, а ее температура изменяться в пределах от 10 до 70 С.

Эффективное выдвижение пластин под действием центробежных сил происходит при n = 800 об/мин, а максимальная частота вращения вала составляет 1800 об/мин. Тонкость фильтрации рабочей жидкости не должна превышать 20 мкм.

Специальные варианты исполнения версий с переменным рабочим объемом от 8 до 16 см3 могут развивать давление до 21,0 МПа (210 бар). Принципиальная схема агрегата с переменным рабочим объемом показана на рис. 9.



Рис. 9. Схема пластинчатого насоса с переменным рабочим объемом

1 – корпус; 2 – регулировочный винт положения качающего узла; 3 – подвижный статор; 4 – выходной канал управления; 5 – винт регулирования рабочего объема; 6 – управляющий плунжер; 7 – дренажное отверстие; 8 – регулировочный винт; 9 – пружина управления; 10 – распределитель; 11 – кольцевая канавка осевой балансировки; 12 – приводной вал

Регулирование в насосах НПЛ с переменным рабочим объемом может осуществляться тремя винтами. Первый винт (поз. 5, рис. 9) изменяет величину эксцентриситета статора, определяя максимальный расход агрегата.

Второй винт (поз. 2, рис. 9) изменяет вертикальное положение статора, определяя уровень шума и динамические характеристики гидронасоса. Третий винт (поз. 8, рис. 9) изменяет предварительное натяжение пружины, определяя величину максимального давления.

Упомянутые выше регуляторы имеют несколько разновидностей: регуляторы давления, регуляторы потока, LS регуляторы. Регулятор давления определяет максимальное значение давления в гидросистеме. Он обладает высоким быстродействием.

В зависимости от тех нических требований и конструктивного исполнения как регулятора, так и всей гидросистемы, приводимой данным агрегатом, время процессов регулирования составляет от 50 до 500 миллисекунд (мс). Во всех гидросистемах с регулируемым давлением в той или иной степени происходят колебательные процессы.

Поэтому регулятор давления хорошо реализовывает компромисс между быстродействием и устойчивостью. В процессе управления давлением некоторая часть расхода насоса отводится через регулятор в гидробак.

Эта потерянная мощность рассчитывается минимальной, и в то же время она гарантирует достаточную динамику и устойчивость регулятора. Регулятор потока обеспечивает поддержание постоянного максимального расхода агрегата при изменении давления в гидросистеме во всем его диапазоне.

Требования к динамике регуляторов потока аналогичны вышеописанным. Конструкция регулятора потока очень близка к регулятору давления. Изменяются только гидравлические связи между дросселирующими элементами.

Комбинация из регуляторов давления и потока позволила создать LS регуляторы (Load-Sensing — чувствительные к нагрузке). Их использование в гидронасосах обеспечивает особо экономичную работу приводов.