Когда Гидронасос насос работает, он выполняет две функции. Во- первых, его механическое действие создает вакум на входе в насос, что позволяет атмосферному давлению нагнетать жидкость из резервуара во впускной трубопровод к насосу. Во-вторых, его механическое действие доставляет эту жидкость к выходу насоса и нагнетает ее в гидравлическую систему.
Насос создает движение или поток жидкости , а не давление . Он создает поток, необходимый для развития давления, которое является функцией сопротивления потоку жидкости в системе. Например, давление жидкости на выходе насоса равно нулю для насоса, не подключенного к системе (нагрузка). Далее, для насоса, подающего в систему, давление будет повышаться только до уровня, необходимого для преодоления сопротивления нагрузки.
Классификация насосов
Все насосы могут быть классифицированы как объемные или объемные. Большинство насосов, используемых в гидравлических системах, являются объемными.
Непрямой объемный насос создает непрерывный поток. Однако, поскольку он не обеспечивает положительного внутреннего уплотнения от проскальзывания, его производительность значительно меняется при изменении давления. Центробежные и пропеллерные насосы являются примерами насосов прямого вытеснения.
Если бы выходное отверстие насоса прямого вытеснения было заблокировано, давление повысилось бы, а производительность уменьшилась бы до нуля. Хотя насосный элемент продолжал бы двигаться, поток останавливался из-за проскальзывания внутри насоса.
В объемном насосе проскальзывание незначительно по сравнению с объемным выходным потоком насоса. Если бы выходное отверстие было забито, давление мгновенно увеличилось бы до такой степени, что насосный элемент насоса или его корпус вышли бы из строя (возможно, взорвались бы, если бы приводной вал не сломался первым) или первичный двигатель насоса остановился.
Принцип положительного смещения
Объемный насос — это насос, который вытесняет (подает) одинаковое количество жидкости за каждый цикл вращения насосного элемента. Постоянная подача во время каждого цикла возможна благодаря посадке с жесткими допусками между насосным элементом и корпусом насоса. То есть количество жидкости, проскальзывающей мимо насосного элемента в объемном насосе, минимально и незначительно по сравнению с теоретически максимально возможной подачей. Подача за цикл остается почти постоянной, независимо от изменений давления, против которого работает насос. Обратите внимание, что если проскальзывание жидкости существенное, насос работает неправильно и его следует отремонтировать или заменить.
Насосы прямого вытеснения могут быть как постоянного, так и переменного объема. Производительность насоса постоянной производительности остается постоянной в течение каждого цикла откачки и при заданной скорости насоса. Производительность насоса с переменным рабочим объемом можно изменить, изменив геометрию камеры рабочего объема.
Другими названиями для описания этих насосов являются гидростатические для объемных насосов и гидродинамические насосы для объемных насосов. Гидростатический означает, что насос преобразует механическую энергию в гидравлическую при сравнительно небольшом количестве и скорости жидкости. В гидродинамическом насосе скорость и движение жидкости большие; выходное давление фактически зависит от скорости, с которой жидкость течет.
Поршневые насосы
Принцип объемного вытеснения хорошо иллюстрируется насосом поршневого типа, самым элементарным насосом объемного вытеснения, рис. камера. Частичный вакуум помогает надежно зафиксировать выпускной обратный клапан. Объем жидкости, всасываемой в камеру, известен из-за геометрии корпуса насоса, в данном примере цилиндра.
Когда поршень втягивается, впускной обратный клапан возвращается в исходное положение, закрывая клапан, а сила поршня смещает выпускной обратный клапан, вытесняя жидкость из насоса в систему. При каждом возвратно-поступательном цикле из насоса вытесняется одинаковое количество жидкости.
Все объемные насосы перекачивают один и тот же объем жидкости за каждый цикл (независимо от того, являются ли они возвратно-поступательными или вращающимися). Это физическая характеристика насоса, не зависящая от скорости движения. Однако чем быстрее работает насос, тем больший общий объем жидкости он перекачивает.
Ротационные насосы
В насосе роторного типа вращательное движение переносит жидкость от входа насоса к выходу насоса. Ротационные насосы обычно классифицируют в зависимости от типа элемента, передающего жидкость, поэтому мы говорим о ротационном насосе шестеренчатого, лопастного, лопастного или поршневого типа.
Насосы с внешним зацеплением можно разделить на типы с внешним зацеплением и с внутренним зацеплением. Типичный насос с внешним зацеплением показан на рис. 2. Эти насосы поставляются с прямозубым, косозубым или шевронным зацеплением. Прямозубые зубчатые колеса легче всего резать и они наиболее широко используются. Косозубые и шевронные шестерни работают тише, но стоят дороже.
Шестеренчатый насос создает поток, перемещая жидкость между зубьями двух зацепляющихся шестерен. Одна шестерня приводится в движение приводным валом и вращает промежуточную шестерню. Полости, образованные между соседними зубьями шестерни, закрыты корпусом насоса и боковыми пластинами (также называемыми изнашиваемыми или прижимными пластинами).
Частичный вакуум создается на входе в насос, когда зубья шестерни выходят из зацепления. Жидкость втекает, чтобы заполнить пространство и разносится по внешней стороне шестерен. Когда зубья снова входят в зацепление на выпускном конце, жидкость вытесняется.
Объемный КПД шестеренных насосов достигает 93% при оптимальных условиях. Зазоры между рабочими поверхностями шестерен, гребнями зубьев шестерен и корпусом создают почти постоянные потери в любом перекачиваемом объеме при фиксированном давлении. Это означает, что объемная эффективность при низких скоростях и потоках низкая, поэтому шестеренные насосы должны работать на скоростях, близких к их максимальным номинальным значениям.
Хотя потери через рабочие зазоры, или «скольжение», увеличиваются с увеличением давления, эти потери почти постоянны при изменении скорости и производительности. Для одного насоса потери увеличиваются примерно на 1,5 галлона в минуту от нуля до 2000 фунтов на квадратный дюйм независимо от скорости. Изменение проскальзывания при изменении давления мало влияет на производительность при работе на более высоких скоростях и выходной мощности. Шестеренчатые насосы с внешним зацеплением относительно невосприимчивы к загрязнениям в масле, которые увеличивают скорость износа и снижают эффективность, но внезапные заедания и отказы маловероятны.
Лопастной насос представляет собой роторный насос с внешним зацеплением, рис. 3. Он отличается от обычного насоса с внешним зацеплением тем, как приводятся в движение «шестерни». В шестеренчатом насосе одна шестерня приводит в движение другую; в лопастном насосе оба кулачка приводятся в движение через подходящие приводные шестерни вне камеры корпуса насоса.
Винтовой насос представляет собой шестеренчатый насос с осевым потоком, аналогичный по принципу действия винтовому компрессору. Винтовые насосы бывают трех видов: одновинтовые, двухвинтовые и трехвинтовые. В одновинтовом насосе спиральный ротор вращается эксцентрично во внутреннем статоре. Двухвинтовой насос состоит из двух параллельно зацепляющихся роторов, вращающихся в корпусе, обработанном с малыми допусками. Трехвинтовой насос состоит из ротора с центральным приводом и двух зацепляющихся холостых роторов; роторы вращаются внутри корпуса, обработанного с малыми допусками.
Поток через винтовой насос осевой и в направлении силового ротора. Впускная гидравлическая жидкость, окружающая роторы, захватывается при вращении роторов. Эта жидкость выталкивается равномерно при вращении роторов вдоль оси и вытесняется другим концом.
Жидкость, подаваемая винтовым насосом, не вращается, а движется прямолинейно. Роторы работают как бесконечные поршни, которые непрерывно движутся вперед. Пульсаций нет даже на высокой скорости. Отсутствие пульсаций и отсутствие контакта металл-металл обеспечивает очень тихую работу.
Насосы большего размера используются в качестве насосов предварительного заполнения низкого давления и большого объема на больших прессах. Другие области применения включают гидравлические системы на подводных лодках и другие области применения, где необходимо контролировать шум.
Насосы с внутренним зацеплением , рис. 4, имеют внутреннее зацепление и внешнее зацепление. Поскольку в этих насосах внутренняя шестерня имеет на один или два зуба меньше, чем внешняя, относительные скорости внутренней и внешней шестерен в этих конструкциях низкие. Например, если бы количество зубьев на внутренней и внешней шестернях было 10 и 11 соответственно, внутренняя шестерня сделала бы 11 оборотов, а внешняя — 10. Эта низкая относительная скорость означает низкую скорость износа. Эти насосы представляют собой небольшие компактные агрегаты.
Шестеренчатый насос с серповидным уплотнением состоит из внутреннего и внешнего шестерен, разделенных серповидным уплотнением. Две шестерни вращаются в одном направлении, причем внутренняя шестерня вращается быстрее, чем внешняя. Гидравлическое масло всасывается в насос в точке, где зубья шестерни начинают расходиться, и подается к выпускному отверстию в пространстве между серпом и зубьями обоих разрывов. Точка контакта зубьев шестерни образует уплотнение, равно как и небольшой зазор между концами на серповидности. Хотя в прошлом этот насос обычно использовался для малой производительности с давлением ниже 1000 фунтов на квадратный дюйм, недавно стала доступна двухступенчатая модель на 4000 фунтов на квадратный дюйм.
Героторный насос с внутренним зацеплением состоит из пары шестерен, которые всегда находятся в скользящем контакте. Внутреннее зубчатое колесо имеет на один зуб больше, чем героторное. Обе шестерни вращаются в одном направлении. Масло всасывается в камеру, где зубья расходятся, и выбрасывается, когда зубья снова начинают зацепляться. Уплотнение обеспечивается скользящим контактом.
Как правило, насос с внутренним зацеплением с уплотнением под давлением в виде гребня зуба имеет более высокий объемный КПД при низких скоростях, чем насос серповидного типа. Объемный и общий КПД этих насосов находятся в том же диапазоне, что и у насосов с внешним зацеплением. Однако их чувствительность к загрязнениям несколько выше.
В лопастных насосах несколько лопастей скользят в пазах ротора, который вращается в корпусе или кольце. Корпус может быть эксцентричным по отношению к центру ротора, или его форма может быть овальной, рис. 5. В некоторых конструкциях центробежная сила удерживает лопасти в контакте с корпусом, в то время как лопасти вставляются в пазы и выходят из них под действием силы тяжести. эксцентриситет корпуса. В одном лопастном насосе легкие пружины прижимают лопасти к корпусу; в другой конструкции насоса штифты под давлением выталкивают лопасти наружу.
Во время вращения, когда пространство или камера, окруженная лопастями, ротором и корпусом, увеличивается, создается вакуум, и атмосферное давление нагнетает масло в это пространство, которое является входной стороной насоса. По мере уменьшения пространства или объема жидкость вытесняется через выпускные отверстия.