Ротационный пластинчатый насос

Ротационный пластинчатый насос — это объёмный насос, в котором перемещение жидкости (газа) осуществляется за счёт изменения объёма рабочих камер, образованных вращающимся ротором, статором и выдвижными пластинами (лопатками). Относится к классу роторно-вращательных насосов, широко применяется для перекачивания жидкостей и создания вакуума (в качестве вакуумного насоса).

Устройство и принцип действия

Основными элементами ротационного пластинчатого насоса являются:

• Цилиндрический статор (корпус) — неподвижная деталь с внутренней цилиндрической полостью.
• Эксцентрично расположенный ротор — цилиндрическая деталь, установленная на валу с эксцентриситетом относительно оси статора. Вал ротора приводится во вращение от электродвигателя.
• Пластины (лопатки) — подвижные элементы, установленные в радиальных пазах ротора. Обычно изготавливаются из графита, текстолита, фторопласта или закалённой стали.
• Всасывающий и нагнетательный патрубки — отверстия в корпусе для подвода и отвода рабочей среды.

Принцип действия основан на геометрическом изменении объёмов камер, образованных между ротором, статором и двумя соседними пластинами. При вращении ротора, из-за эксцентриситета, объём камеры на стороне всасывания увеличивается, создавая разрежение, и жидкость (газ) поступает внутрь. При дальнейшем вращении камера перемещается к нагнетательному патрубку, её объём уменьшается, и среда выталкивается в напорную линию. Пластины прижимаются к внутренней поверхности статора центробежной силой (в быстроходных насосах) или пружинами.

Классификация

Ротационные пластинчатые насосы классифицируются по нескольким признакам.

По типу рабочей среды

• Жидкостные — для перекачивания масел, топлива, гидравлических жидкостей, воды (с ограничениями по абразивности).
• Вакуумные — для создания разрежения в системах (откачка воздуха, газов). В вакуумных насосах часто используется масляное уплотнение для герметизации и смазки.

По конструкции

• Однопластинчатые — имеют одну пластину, просты, но обладают низкой производительностью.
• Многопластинчатые — имеют от 2 до 12 и более пластин, обеспечивают более равномерную подачу и высокое давление.
• Сдвоенные — два ротора в одном корпусе, работают параллельно или последовательно для увеличения производительности или давления.

По способу герметизации

• С масляным уплотнением — рабочая камера заполнена маслом, которое смазывает пластины и уплотняет зазоры. Наиболее распространены в вакуумной технике.
• Сухие (без масла) — пластины из самосмазывающихся материалов (графит, фторопласт). Используются для перекачивания чистых газов или жидкостей, где недопустимо загрязнение маслом.

Основные характеристики

• Производительность (подача) — от нескольких литров в минуту до сотен кубических метров в час (для вакуумных насосов).
• Давление нагнетания — до 2–3 МПа (20–30 бар) для жидкостных насосов, до 0,1–0,5 МПа для вакуумных.
• Вакуум (глубина разрежения) — для вакуумных насосов — до 0,1 Па (10⁻³ мбар) и ниже.
• Частота вращения — обычно 1500–3000 об/мин.
• КПД — 0,7–0,9.

Применение

Ротационные пластинчатые насосы широко используются в различных отраслях промышленности и техники.

В гидравлике

• Гидроприводы — в станках, строительной технике, прессах, подъёмных механизмах. Обеспечивают подачу масла под давлением.
• Системы смазки — подача масла к узлам трения.
• Топливные системы — перекачивание дизельного топлива, бензина, керосина.

В вакуумной технике

• Вакуумные насосы — для создания форвакуума (предварительного разрежения) в вакуумных установках, в лабораторном оборудовании, в системах упаковки, в пищевой промышленности (вакуумная упаковка).
• Откачка газов — в холодильной технике, в системах кондиционирования, в химической промышленности.

В других областях

• Пищевая промышленность — перекачивание вязких жидкостей (сиропы, пасты, масла).
• Нефтегазовая отрасль — перекачивание нефти, мазута, битума.
• Медицина — в вакуумных аспираторах, в системах подачи газов.

Достоинства и недостатки

Достоинства

• Высокая равномерность подачи — практически без пульсаций.
• Способность к самовсасыванию — насос может поднимать жидкость из всасывающего трубопровода без предварительного заполнения.
• Работа с вязкими жидкостями — эффективно перекачивают масла, смолы, пасты.
• Компактность — небольшие габариты и масса по сравнению с поршневыми насосами аналогичной производительности.
• Простота конструкции — относительно низкая стоимость изготовления.

Недостатки

• Чувствительность к загрязнениям — абразивные частицы быстро изнашивают пластины и корпус.
• Ограниченная вязкость — при очень низкой вязкости (вода) возможно снижение КПД из-за утечек.
• Износ пластин — особенно при работе на сухую (без смазки) или при высоких оборотах.
• Шум — при работе на высоких давлениях или при износе пластин.

История

Первые конструкции ротационных пластинчатых насосов были разработаны в конце XIX века. В 1888 году немецкий инженер Генрих Шмидт (Heinrich Schmidt) запатентовал устройство, ставшее прототипом современных вакуумных пластинчатых насосов. В XX веке, с развитием гидравлики и вакуумной техники, насосы этого типа получили массовое распространение в промышленности. В СССР и России серийный выпуск пластинчатых насосов начался в 1930-х годах для нужд станкостроения и авиации.

Интересные факты

• В вакуумных пластинчатых насосах масло не только смазывает, но и герметизирует зазоры, а также отводит тепло, выделяющееся при сжатии газа.
• Существуют конструкции с двумя рядами пластин (сдвоенные насосы), которые позволяют получать более высокое давление или большую производительность без увеличения габаритов.
• В некоторых моделях пластины изготавливаются из графита, что позволяет работать без масла в так называемых «сухих» насосах, используемых в пищевой и фармацевтической промышленности.

Источники

1. Лойцянский Л. Г. «Механика жидкости и газа». — М.: Наука, 1978.
2. Башта Т. М., Руднев С. С. «Гидравлика, гидромашины и гидроприводы». — М.: Машиностроение, 1982.
3. Фролов К. В. (ред.) «Машиностроение. Энциклопедия. Том IV-2. Детали машин. Конструкционная прочность. Трение, износ, смазка». — М.: Машиностроение, 1995.
4. ГОСТ 17398-72 «Насосы. Термины и определения».
5. Патент DE 1888/00001 (Heinrich Schmidt, 1888).