Повітряні ковпаки встановлюються на лінії всмоктування
і нагнітання (рис. 6.31). На лінії всмоктування для збільшення висоти всмоктування при або, навпаки, для збільшення w
при.
Мал. 6.31. Схема установки повітряних ковпаків
На лінії нагнітання повітряні ковпаки встановлюються
для вирівнювання подачі.
Лінія всмоктування. Всмоктуючий повітряний ковпак поміщається під всмоктуючим клапаном і з'єднується з насосом можливо короткій трубою довжиною. Рідина надходить в ковпак знизу через всмоктувальну трубу довжиною. Зазвичай.
Всмоктування рідини з ковпака відбувається нерівномірно,
що викликає в ньому періодичні коливання рівня рідини.
При досить великому обсязі повітря в ковпаку коливання рівня будуть невеликі, завдяки цьому тиск повітря в ковпаку залишається майже незмінним. Це означає, що рух рідини на ділянці труби майже рівномірний. Несталий рух рідини залишається тільки на ділянці. Це значно покращує умови всмоктування насоса, дозволяє збільшити висоту всмоктування.
Для цього випадку максимальна висота всмоктування визначається
за формулою:
де - гідравлічний опір всмоктуючої лінії
на ділянці . Як показують розрахунки, з повітряним ковпаком більше без ковпака, так як>.
Лінія нагнітання. Нагнітальний ковпак відсікає від насоса майже весь нагнітальний трубопровід, і сили інерції проявляються лише на короткій ділянці між насосом і ковпаком. Для цього випадку максимальний тиск нагнітання визначається за формулою:
Максимальний тиск нагнітання з повітряним ковпаком менше, ніж без ковпака.
Розглянемо подачу насоса з повітряним ковпаком. До кута j1 йде подача тільки в лінію нагнітання (рис. 6.32). C зростанням j зростає швидкість нагнітання. отже збільшується і опір лінії нагнітання.
Мал. 6.32. Діаграма подачі поршневого насоса з повітряним ковпаком
До кута j2 йде акумуляція рідини в повітряному ковпаку (заштрихована частина графіка подачі) і подача її в нагнетательную лінію. З кута j2 і далі подача здійснюється тільки в лінію нагнітання. Під час всмоктування (від p до 2p) акумульована частина рідини за рахунок різниці тисків і подається в лінію нагнітання. Таким чином, відбувається вирівнювання подачі по часу.
Визначимо обсяг повітряного ковпака V. З конструктивних міркувань приймається:
де - середній обсяг повітря в повітряному ковпаку.
Тут - тиск повітря в ковпаку, - середній тиск повітря в ковпаку, m - ступінь нерівномірності тиску в ковпаку.
Згідно із законом Бойля - Маріотта можна записати:
Замінимо тиску в рівнянні (6.80), використовуючи співвідношення (6.79). Тоді для середнього обсягу повітря в ковпаку отримаємо рівняння:
Значення залежить від кратності дії і робочого об'єму циліндра насоса:
для насоса простої дії:
Величини m задаються:
для лінії всмоктування: m ³ 5%;
нагнітання: m = 1-2%.
У загальному випадку величина m вибирається потребою технологічного процесу.
За принципом перетворення енергії роторні насоси відносяться
до тієї ж групи, що і поршневі насоси, так як повідомлення енергії рідини в них так само йде переважно за рахунок зміни тиску при незначній зміні швидкісного напору.
Спосіб дії роторного (ротаційного) насоса полягає
в тому, що надходить рідина потрапляє в замкнутий об'єм і потім переміщається шляхом обертального руху ротора, забезпеченого поруч витискувачів, періодично відтинають захоплену рідина до тих пір, поки вона не перейде в лінію нагнітання.
При досить великій кількості витискувачів, безперервно наступних один за іншим, досягається практично рівномірна подача. Цим властивістю, а також відсутністю клапанів, великим числом оборотів і компактністю роторні насоси вигідно відрізняються від поршневих. Вони застосовуються для подачі чистих рідин різної в'язкості,
при високому тиску і малих подачах.
Ці насоси мають оборотністю, тобто здатністю працювати
в ролі гидродвигателей. Це означає, що рідина, що підводиться
до насоса під тиском, змушує обертатися ротор і вал.
Розглянемо класифікацію роторних насосів.
У роторно-обертальних насосах робочий орган здійснює тільки обертальний рух, а в роторно-поступальних - одночасно
і обертальний, і зворотно-поступальний руху щодо ротора.
На рис. 6.33 в корпусі насоса 1 поміщені два зубчастих колеса - провідне 2 і ведене 3. перебуває в зачепленні. При обертанні вони засмоктують рідина з боку виходу зубів із зачеплення
і виштовхують з боку входу зубів у зачеплення. Рідина переноситься між зубами обох шестерень.
Мал. 6.33. Схема шестерневого насоса
Продуктивність шестерневого насоса визначається за формулою:
де f - площа западини зуба, L - довжина зуба, z - кількість зубів, n - обороти вала насоса в секунду, - об'ємний ККД насоса.
Об'ємний ККД насоса має значення = 0,7-0,9. У шестеренних насосах зазвичай використовують евольвентного зачеплення. У цих насосах застосовуються косозубиє, шевронні і циліндричні прямозубі. Вони можуть створювати тиск до 12 МПа, забезпечувати подачу до 10 -2 м 3 / с.
Шестеренні насоси застосовуються в системах змащення машин
і механізмів, в різних гидроприводах, для перекачування нафти, нафтопродуктів та інших в'язких середовищ.
Розрізняють одно-, дво- і тригвинтові насоси. Найбільшого поширення набули тригвинтові насоси.
Одногвинтовий насос. У корпусі насоса 1 з обоймою 2 обертається гвинт 3 (рис. 6.34). Гвинт насоса однозаходний, обойма - порожній циліндр
з профільованою внутрішньою поверхнею двухзаходная гвинта.
При обертанні гвинта в обоймі утворюються замкнуті порожнини, заповнені рідиною. Подача одногвинтових насосів залежить від загального обсягу замкнутих порожнин, утворених в одиницю часу.
При обертанні гвинта замкнуті порожнини, заповнені рідиною, переміщаються по осі насоса, і рідина подається прямо в лінію нагнітання.
Мал. 6.34. Схема одногвинтового насоса
Одногвинтові насоси використовуються при подачі до 1,5 · 10 -2 м 3 / с
і тиску до 3,5 МПа. Вони можуть бути використані для перекачування агресивних рідин з механічними домішками, пульп і інших продуктів.
Тригвинтові насос. У тригвинтові насосі (рис. 6.35) один - середній гвинт 1 - провідний, інші - ведені 2. Нарізка ведучого
і ведених гвинтів протилежна за напрямком. Силові взаємодії між ведучим і веденим гвинтами відбуваються через замкнуту в їх западинах рідина. При цьому виступи ведучого гвинта грають роль поршнів, проштовхують рідину вздовж осі, а нарізка ведених гвинтів запобігає можливість перетікання рідини
гвинтовими западині навколо гвинта.
Мал. 6.35. Схема тригвинтові насоса
При роботі рідина, захоплююча веденими гвинтами з камери всмоктування, заповнює порожнину між їх нарізкою і обоймою. Завдяки обертанню гвинтів рідина переміщається в осьовому напрямку
і подається в камеру нагнітання. Подача триходових гвинтів визначається за формулою:
де S - вільна площа між обоймою і тілом гвинтів, t - крок гвинта, n - обороти ведучого колеса в секунду, - об'ємний ККД насоса.
Тригвинтові насоси призначені для перекачування рідин, що володіють змазує здатністю.
Вони використовуються при подачах до 0,2 м 3 / с, створюють тиск
до 18 МПа.
Довжина гвинтів L визначається в залежності від що розвивається насосом тиску p:
За рахунок перепаду тиску по довжині гвинтів в цих насосах виникає осьова навантаження. Використовується гідравлічна розвантаження гвинтів насоса.
У корпусі 1 обертається ексцентрично розташований ротор 2,
в пазах якого можуть переміщатися пластинки 3 (рис. 6.36). Внутрішня поверхня корпусу оброблена так, що порожнину всмоктування і порожнину нагнітання відділені одна від одної пластинами і замикаються циліндричними поверхнями ab і cd.
Мал. 6.36. Схема пластинчастого насоса
Для роботи насоса необхідно, щоб довжини дуг ab і cd були більше відстаней між кінцями пластинок під час пробіжки їх
по ущільнюючим поверхням. Таким чином, ізолюються поверхні всмоктування і нагнітання. Внаслідок наявності ексцентриситету
при обертанні ротора рідина переноситься з порожнини всмоктування
в порожнину нагнітання в міжлопатевих просторах A.
Продуктивність пластинчастого насоса визначається
за формулою:
де S - площа межлопастное простору при Пробегание його
по замикає дузі, L - ширина пластини, z - кількість пластинок, n - число обертів ротора в секунду, - об'ємний ККД насоса. Об'ємний ККД насоса має значення.
Пластинчасті насоси виготовляються продуктивністю
до 0,06 м 3 / с на тиск до 2 МПа.
Роторно-поршневі насоси виготовляються двох типів - аксіально-поршневі (рис. 6.37) і радіально-поршневі (рис. 6.38).
Аксіально-поршневий насос. У нерухомий корпус 1 щільно вставлений ротор 2. в тілі якого по колу розташовані плунжери 3. Ротор пов'язаний з карданним валом 4 і з похилою обертається шайбою 5. сидить на валу електродвигуна 6.
Мал. 6.37. Схема аксіально-поршневого насоса
Плунжери з'єднані з шайбою шарнірно за допомогою тяг 7.
При обертанні шайби і сполученого з нею ротора шарніри біжать
по колу в площині шайби, встановленої під кутом a
до площини обертання ротора. Завдяки цьому плунжера рухаються
по осі, проходячи шлях, рівний. За 1 оборот ротора кожен плунжер робить рух туди - назад, тобто всмоктує і нагнітає.
Середня продуктивність такого насоса може бути визначена за формулою:
де S - площа поперечного перерізу плунжера, L - хід поршня
. z - число плунжерів, n - число обертів ротора в секунду, - об'ємний ККД насоса.
Об'ємний ККД насоса має значення. число плунжеров доходить до. Середнє експлуатаційне тиск для цих насосів складає.
Радіально-поршневий насос. Обертовий ротор 1 розташований всередині корпусу 2 ексцентрично. У роторі радіально розташовані поршеньком 3. Усередині осьової розточення ротора розташована нерухома розподільна перегородка 4 (див. Рис. 6.38).
Мал. 6.38. Схема радіально-поршневого насоса
При обертанні ротора за годинниковою стрілкою поршеньком, що біжать
по дузі ab. відсуваються від центру і всмоктують рідину з внутрішньої порожнини. Рух решт поршенька по дузі ba викликає переміщення їх до центру і подачу рідини в порожнину B і далі
до нагнітальної лінії.
Середню подачу радіально-поршневого насоса можна визначити за такою формулою:
де S - площа поперечного перерізу поршенька, e - ексцентриситет (хід поршня по циліндру), z - число поршенька, n - число обертів ротора в секунду, - об'ємний ККД насоса.
Роторні насоси часто застосовуються в таких системах, де подача
і тиск мають не дуже велике значення. Для підвищення рівномірності необхідно збільшити кількість зубів, пластин поршнів або ж встановити на лінії нагнітання насосної установки повітряний ковпак.