§ 96. Ротационные насосы
Все разнообразие конструкций ротационных насосов можно свести к одной схеме (рис. 66). В цилиндрическом статоре 3 вращается ротор 2 с лопаткой (вытеснителем) 1. Замыкатель 4, тем или иным способом убирающийся при прохождении лопатки, делит кольцевую камеру на всасывающую и нагнетательную полости в статоре.
Винтовые насосы, обладая такими положительными свойствами насосов объемного действия, как возможность создавать высокое давление и работать при значительной высоте всасывания, имеют и другие существенные преимущества по сравнению с поршневыми насосами. Это – простота конструкции, отсутствие клапанов, более равномерная подача, компактность, значительно меньшие размеры и масса.
Винтовые насосы бывают одно-, двух- и трехвинтовыми. Наибольшее распространение получили одновинтовые насосы – они долговечны при работе с жидкостями, содержащими механические примеси и не обладающими смазывающей способностью.
Одновинтовой насос состоит из корпуса, в который вставлена обойма с профилированной внутренней поверхностью двухзаходного винта. В обойме вращается однозаходный винт, центр сечения которого сдвинут относительно оси вращения на некоторую величину е (эксцентриситет). При повороте винта на 360° осевое перемещение образующей синусоиды равно шагу винта. Шаг Т винтовой поверхности обоймы равен удвоенному шагу t рабочего винта. При вращении винта в обойме образуются замкнутые полости, заполняемые жидкостью.
Принцип работы одновинтового насоса заключается в следующем. Первая полость заполняется жидкостью благодаря разности давлений, возникающей между ней и приемной частью насоса. Давление в первой полости в результате увеличения ее объема уменьшается по сравнению с давлением в приемной части насоса. При дальнейшем вращении винта полость замыкается и начинает двигаться к нагнетательному концу обоймы, перенося туда некоторый объем жидкости. При полном повороте винта жидкость вдоль оси обоймы передвигается на один шаг Т обоймы, выливаясь через постоянное сечение 4eD (здесь 4е – расстояние между центрами двух кругов, образующих двухзаходную винтовую поверхность обоймы; D – диаметр сечения винта). При равномерном движении винта подача насоса остается постоянной и определяется размерами его цилиндра (корпуса) и частотой вращения винта. Напор теоретически не ограничен и зависит от мощности электродвигателя и прочности деталей насоса.
Винтовые насосы типа ВНМ (самовсасывающие) способны перекачивать воду со значительным содержанием твердых абразивных частиц. Насос типа ВНМ-18-2 имеет подачу 18– 20 м3/ч, напор 50–80 м, высоту всасывания 6–8 м, кпд 0,5– 0,55; частоту вращения 1460 мин-1.
Шестеренные насосы просты по конструкции, компактны и надежны в эксплуатации. Применяют их для транспортирования жидкостей большой вязкости, а также химически активных жидкостей. Шестеренный насос состоит из корпуса, в котором помещены два зубчатых колеса – ведущее и ведомое, находящиеся в зацеплении. Вращаясь, зубчатые колеса засасывают жидкость со стороны выхода зубьев из зацепления и выталкивают со стороны входа. Зубья изготовляют эвольвентного профиля. Жидкость проходит во впадинах между зубьями обеих шестерен и выдавливается из них в напорный патрубок, расположенный на противоположной стороне насоса, при вхождении зубьев одной шестерни во впадины другой.
Водокольцевые насосы предназначены для создания вакуума. Применяют их для заливки и создания вакуума во всасывающих линиях крупных насосов перед их пуском. В этих насосах роль эксцентрикового ротора выполняет водяное кольцо.
Схема водокольцевого насоса показана на рис. 67. В кожухе 5 с некоторым эксцентриситетом вращается ротор 4 в виде ступицы с лопастями 6. Всасывающая и нагнетательная камеры, соединенные с корпусом окнами 1 и 3, расположены на торцевой стенке корпуса. Корпус насоса частично заполнен водой.
Рис. 67. Схема водокольцевого насоса
При вращении ротора вода отбрасывается лопастями к периферии и образует замкнутое водяное кольцо 2. Ступица колеса касается внутренней поверхности вращения водяного кольца. При этом между ротором и водяным кольцом образуется серповидное воздушное пространство, разделенное лопастями на неравные по объему отсеки. При вращении ротора против часовой стрелки пространство между лопастями, начиная от точки касания А, увеличивается сверху вниз, а далее уменьшается. Воздух засасывается через всасывающее окно и нагнетается в нагнетательное окно. Вода в этом случае действует наподобие поршня, создавая то разрежение, то сжатие.
Объемный кпд водокольцевых насосов достигает 70%. Полный кпд их невелик и составляет 25–35%.
Несмотря на это, водокольцевые насосы нашли широкое применение в промышленности, так как они обеспечивают вакуум до 96%, не требуя очистки поступающего в них воздуха, а также допускают попадание в насос жидкости вместе с засасываемым воздухом. Эти насосы на обогатительных фабриках применяют главным образом как вакуум-насосы и как воздуходувки с давлением до 0,15–0,17 МПа.