ПРОМЫШЛЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Обзор роторных винтовых насосов


Все насосы в гидросистемах машин работают по одному принципу. При каждом обороте входного вала качающий узел вытесняет в гидросистему определенный объем рабочей жидкости.

Поэтому гидроприводы называются объемными, в отличие от гидродинамических трансформаторов и гидромуфт, которые передают энергию за счет скорости потока рабочей жидкости.

Но качающие узлы в объемных насосах различные. На схеме на рис. 1 представлена классификация семейства гидравлических объемных насосов, нашедших широкое применение в гидроприводах мобильных машин и производственного технологического оборудования.

В данной статье остановимся на принципах работы и конструкции роторно-винтовых насосов.



Рис. 1. Идеальная характеристика гидронасоса

На графике на рис. 1 показана идеальная характеристика любого объемного насоса. При изменении давления величина расхода не меняется. Однако в реальной действительности рост давления оказывает влияние на расход рабочей жидкости.

Он несколько снижает расход. Принцип действия роторно-винтовых гидронасосов заключается в перемещении объема рабочей жидкости винтовой парой. На рис. 2 показана принципиальная схема роторного винтового насоса.



Рис. 2. Принципиальная схема роторно-винтового гидронасоса

Роторно-винтовые насосы имеют в корпусе два, три или пять вращающихся роторов с винтовой нарезкой. Ротор с правой резьбой, соединенный с приводным двигателем, передает вращение на другие роторы, имеющие левую резьбу.

При этом между винтовыми поверхностями роторов образуется замкнутый промежуток, который заполнен определенным объемом рабочей жидкости. При вращении он перемещается без изменения своей величины от всасывающего порта к напорному.

Таким образом обеспечивается равномерная, почти без пульсаций подача насоса и, следовательно, его малошумная работа.



Рис. 3. Конструкция роторного винтового насоса

На рис. 3 показана типовая конструкция роторного винтового насоса, качающий узел которого состоит из трех винтовых роторов. В корпусе этого насоса также размещен предохранительный клапан.

Качающие узлы подобных насосов выпускаются в различных версиях. Они содержат, как было указано ранее, два, три или пять винтовых роторов. На рис. 4 показаны двух- и трехроторные качающие узлы.

В двух роторных насосах первичный двигатель вращает ведущий осевой ротор. Благодаря зацеплению винтовой пары он приводит во вращение ведомый ротор.



Рис. 4. Качающие узлы роторных винтовых гидронасосов

В трех- или пяти роторных насосах центральный ведущий винтовой ротор передает вращение непосредственно другим (ведомым). В машиностроительной гидравлике чаще применяются трехроторные насосы. Характерный профиль ведомых винтов противоположен профилю ведущего винта.

Он является ответным контуром по аналогии с вращающейся парой зуб-впадина шестеренных насосов. Так же как и в шестеренных насосах, перемещение рабочей жидкости осуществляется за счет ее вытеснения при вращении винтовой (по аналогии с зубчатой) пары.

За счет быстрого вращения роторно-винтовой пары во входном порту создается разряжение жидкости (вакуум), которое помогает ей поступать в качающий узел.

Рабочая жидкость при движении заполняет зазоры между винтовыми роторами и корпусом гидронасоса. Находясь под давлением, она компенсирует радиальные силы, осуществляя балансировку роторов. Смазочные свойства гидравлической жидкости снижают трение между роторами.

Очень точное исполнение характерных профилей роторов предотвращает вытеснение жидкости в их зацеплении и обеспечивает высокую степень постоянства потока среди объемных насосов. Слабая пульсация потока фактически происходит в результате сжимаемости жидкости на выходе насоса.

Отличительные особенности роторно-винтовых насосов таковы:

- доступная технология изготовления;

- постоянный рабочий объем;

- рабочее давление – до 12,0 МПа, пиковое давление – до 20,0 МПа;

- частота вращения приводного вала – до 5000 об/мин;

- очень низкий уровень шума;

- небольшие вибрации;

- широкий диапазон вязкости рабочей жидкости;

- практическое отсутствие пульсации;

- относительно высокий расход рабочей жидкости;

- давление всасывания – до 0,09 МПа;

- общий КПД – около 75% при оптимальных условиях работы;

- совместимость с большинством гидравлических жидкостей;

- высокая долговечность;

Некоторые из этих показателей, с одной стороны, выражают преимущества роторных винтовых типов гидронасосов, с другой – отражают ряд недостатков, ограничивая область их применения.

Например, большой расход резко падает при повышении давления, даже если оно не достигло высокого уровня. Это сравнимо только с характеристиками шестеренных насосов.

В некотором отношении роторно-винтовые насосы лучше, чем шестеренные с внешним зацеплением. Пульсация подачи рабочей жидкости у роторно-винтовых насосов практически отсутствует, следовательно, генерируется очень маленький шум и наблюдаются небольшие вибрации.

Роторные винтовые насосы совместимы с обычными и вязкими рабочими жидкостями. Они долговечнее шестеренных аналогов и более производительны при средних давлениях. С другой стороны, шестеренные насосы с внешним зацеплением более компактны и механически совместимы друг с другом.

Они могут соединяться между собой на одной оси, образуя многопоточный насосный агрегат. При этом секции (качающие узлы) часто имеют различные величины рабочих объемов.

Шестеренные насосы часто устанавливаются и на аксиально-поршневые с наклонной шайбой, образуя дополнительные качающие секции.

Шестеренные насосы производятся многими компаниями в различных исполнениях широкими типоразмерными рядами. С точки зрения экономики, хотя их цены не чрезмерно высокие, роторные винтовые насосы более дорогие по сравнению с шестеренными аналогами.