Шиберний насос (пластинчастий): принцип роботи і конструкція

Для перекачування середовищ, що мають властивість ставати більш в’язкими і густими при зниженні температури, оптимально підходить насос шиберний (або, як його ще називають, пластинчастий). Конструктивною особливістю шиберних насосів, що і дозволяє їм забезпечувати постійну ступінь в’язкості середовища, що перекачується, є наявність в їх корпусі спеціальної сорочки. Теплоносій, який подається ззовні і циркулює у внутрішніх порожнинах такої сорочки, обігріває транспортується через насос середу, не даючи їй загуснути.

Шиберний насос для харчової промисловості

Насоси шиберного типу завдяки особливостям своєї конструкції успішно використовуються для перекачування робочих середовищ різного типу: кашкоподібного, з вмістом абразивних частинок і нерозчинних домішок іншого типу, клейових сумішей і смол. Насосні пристрої даного типу відрізняються підвищеною потужністю всмоктування, а також здатністю працювати з однаковим зусиллям в двох напрямках.

особливості конструкції

Конструкція шиберного насоса складається з:

  • корпусу з двома патрубками (всмоктуючого і нагнітального), який виготовляється з чавуну або сталевого сплаву;
  • приводного двигуна (як правило, асинхронного типу);
  • вала з пластинами (ротора), який обертається усередині корпусу по ексцентрикової траєкторії (робочі пластини розташовуються в спеціальних пазах ротора, крім того, на поверхні даного конструктивного елемента виконані пази, що мають різні кути нахилу в тих місцях, де вони виходять до граней вала).

Основні частини шиберного насоса

Пластинчасті насоси діляться на дві великі категорії: пристрої одинарного і подвійного принципу дії. Їх основне конструктивне відмінність полягає у формі поперечного перерізу статора — елемента, всередині якого і обертається ротор.

Принцип роботи пластинчастих (або шиберних) насосів як одинарного, так і подвійного дії можна описати таким чином.

  • При обертанні ротора пластини, що мають можливість вільно переміщатися в посадочних пазах в радіальному напрямку, висуваються з них під дією відцентрової сили.
  • Торцева частина висунутих пластин входить в щільне зіткнення з внутрішніми стінками статора і починає ковзати по ним, переміщаючи перекачується пристроєм середу.

Принцип роботи шиберного насоса

Залежно від схеми, по якій побудовано управління роботою насоса шиберного типу, такий пристрій може ставитися до регульованих насосів:

  • прямого управління;
  • непрямого.

Схеми управління регульованих шиберних насосів

Пластинчасті гідромашини подвійного або дворазового дії

Основна особливість шиберного насоса дворазового дії полягає в тому, що його статор в поперечному розрізі має овальну форму. Рухаючись по внутрішній поверхні такого статора, кожен шибер ротора робить два такту за один оборот валу. Працює пластинчастий насос дворазового дії за наступним алгоритмом.

  • Тимчасові робочі камери (середовища, що транспортується закачується в них і потім витісняється в нагнітальну магістраль) формуються такими елементами, як зовнішня поверхня ротора, овальна внутрішня поверхня статора, дві поруч розташовані пластини і бічні диски. При цьому тимчасові робочі камери найменшого обсягу створюються в тому місці внутрішньої порожнини шиберного насоса, де зазор між ротором і нерухомою частиною двигуна мінімальний.
  • Висока герметичність тимчасових робочих камер забезпечується за рахунок того, що пластини, ковзаючи своєю торцевою частиною по внутрішній поверхні статора, щільно притискаються до неї.
  • Після проходження пластинами ділянки з мінімальним зазором між ротором і статором обсяг тимчасової робочої камери збільшується. Це призводить до того, що в ній різко знижується тиск, а значить, створюється область розрідження повітря. При проходженні ділянки внутрішньої поверхні статора, де розташований бічний диск, прорізи в якому поєднані з всмоктуючої магістраллю, відбувається наповнення тимчасової камери перекачується середовищем.
  • Коли тимчасова робоча камера, вже наповнена рідиною, що перекачується, проходить наступну ділянку з мінімальним зазором між ротором і статором, в ній збільшується тиск робочого середовища, що і сприяє витісненню останньої в проріз другого бокового диска, з’єднану з нагнітальної магістраллю.
  • Таким чином, за рахунок овальної форми поперечного перерізу статора весь вищеописаний процес за один оборот валу ротора відбувається два рази.

Принцип роботи пластинчастого насоса двократного дії

На силу притиснення торцевої частини робочих пластин до внутрішньої поверхні статора при їх ковзанні по ній впливає тиск рідини, який чиниться на задню поверхню таких елементів. Розрахувати зусилля, з яким пластини в процесі ковзання притискаються до внутрішньої поверхні статора, можна, якщо помножити тиск рідини, що впливає на задню поверхню таких елементів, на площу їх торцевій частині. При перекачуванні під певним тиском рідин, що характеризуються поганими змащувальні властивості, можуть виникати ситуації, коли між торцевою поверхнею пластин і внутрішніми стінками статора буде формуватися тонка плівка робочого середовища. Експлуатація насоса пластинчастого типу в таких умовах сприяє інтенсивному зносу його робочих елементів.

Якщо пластинчастий насос планується використовувати для перекачування рідини, яка надходить до всмоктуючого патрубка під тиском, що перевищує 150 бар, то для вирішення таких завдань вибирають моделі насосних пристроїв, конструкція яких укомплектована подвійними пластинами. Перекачується рідина в таких випадках подається через отвір в задній торцевій частині шиберного насоса і надходить в простір між спареними пластинами, що і дозволяє компенсувати занадто великий тиск рідини, який чиниться на робочі лопатки.

Пристрої одинарної дії

Поперечний переріз ротора шиберних насосів, що працюють за принципом одинарної дії, має циліндричну форму. Зміна обсягу тимчасової робочої камери (це необхідна умова ефективної роботи насосного обладнання пластинчастого типу) забезпечується за рахунок того, що ротор відносно нерухомої частини двигуна здійснює обертальні рухи по ексцентрикової траєкторії.

Принцип роботи шиберних насосів одинарної і подвійної дії, незважаючи на відмінності в їх конструкції, один і той же.

Принцип дії шиберного насоса одинарного типу

Гідромашини регульованого типу

У шиберних насосах регульованого типу становище статорної кільця можна міняти. Регулювання просторового положення статора щодо обертового всередині нього ротора, для виконання якої в конструкції насоса є три гвинта, здійснюється наступним чином.

  • За допомогою гвинта обмеження подачі можна змінювати ексцентрикову траєкторію, по якій рухається ротор. Завдяки цьому регулюється рівень подачі шиберного насоса.
  • За допомогою гвинта регулювання положення опори можна змінювати просторове положення статора в вертикальній площині. Від даного параметра залежать динамічні характеристики насоса і рівень шуму, який він видає при роботі.
  • Гвинт регулювання максимального тиску дозволяє контролювати цей параметр за рахунок зміни ступеня стиснення спеціальної пружини.

Пристрій шиберного насоса з регульованим робочим об’ємом

Принцип роботи шиберного (пластинчастого) насоса регульованого типу полягає в наступному.

  • Тиск перекачується, залежне від величини опору рідини в гідравлічній системі, впливає на внутрішні стінки статора, а через них — на регулювальну пружину. Поки значення такого тиску менше, ніж сила опору пружини, обмотки кільце знаходиться в ексцентриситеті по відношенню до ротора.
  • У міру того як в гідравлічній системі зростає тиск робочого середовища, збільшується і ступінь її впливу на стінки нерухомої частини двигуна і регулювальну пружину.
  • У той момент, коли тиск рідини перевищить тиск протидії пружини, обмотки кільце почне переходити з ексцентриситету в концентрично положення. При цьому відбувається зменшення обсягу тимчасових робочих камер шиберного насоса, і, відповідно, знижується тиск рідини, яку він подає в нагнетательную магістраль. В ході подальшого збільшення тиску рідини, що надходить у всмоктуючий патрубок, натиск робочого середовища в нагнетательной магістралі може наблизитися до нуля (нульовий хід насоса). Однак навіть у цій ситуації насос буде подавати рідину, що перекачується в нагнетательную магістраль, обсяг якої буде дорівнює величині внутрішніх витоків пристрою. Величина тиску рідини в магістралі, що подає, при якому стає можливою вищеописана ситуація, змінюється ступенем стиснення регулювальної пружини.

Принцип роботи регулятора тиску

В оснащення регульованих шиберних насосів, в яких передбачена опція нульового ходу, входить дренажна система. Через неї із зони високого тиску робочої камери пристрою відводяться все внутрішні витоку. Наявність в конструкції шиберного насоса такої системи дозволяє ефективно відводити тепло від тертьових елементів пристрою, а також забезпечує їх мастило.

Регульовані пластинчасті насоси непрямої дії

Сам принцип роботи регульованих шиберних насосів непрямої дії практично нічим не відрізняється від способу функціонування пристроїв з прямим управлінням. Основна відмінність полягає в типах використовуваних регулювальних механізмів. Якщо в шиберних насосах з прямою регулюванням таким механізмом є пружина або одночасно дві пружини, то в регульованих насосних пристроях непрямого типу для цих цілей використовуються поршні, які, перебуваючи під певним тиском, забезпечують необхідну просторове положення статора.

Пристрій регульованого пластинчастого насоса непрямої дії

У конструкції регульованих насосів непрямого принципу дії, як правило, використовуються одночасно два поршня, діаметри яких співвідносяться між собою в пропорції 2: 1. Принцип роботи шиберних (пластинчастих) насосів даного типу полягає в наступному.

  • Граничний ексцентриситет статора в момент запуску шиберного насоса забезпечує регулювальна пружина, яка своєю зворотною стороною впливає на поршень більшого діаметра.
  • Тиск рідини, що надходить в насос по всмоктуючої магістралі, впливає як на поршень меншого діаметра, так і на великий поршень, для чого використовується спеціальний регулятор.
  • Поки значення тисків рідини, що впливає на обидва поршня, рівні, статор знаходиться в точці максимально можливого ексцентриситету, що забезпечується різницею діаметрів поршнів, з якими він пов’язаний. При зміні тиску в більшу або меншу сторону автоматично починає змінюватися і положення статора щодо ротора шиберного насоса.
Ссылка на основную публикацию