Роторные (ротационные) насосы: разновидности, конструкция, принцип работы
Насос роторный – это устройство, которое используется в тех случаях, когда необходимо обеспечить перекачивание различных жидких сред в больших объемах. Различные типы роторных насосов, предлагаемых на современном рынке, отличаются между собой как конструктивным исполнением и техническими характеристиками, так и принципом действия. Разнообразием видов такого насосного оборудования определяется его эффективное использование в различных сферах.
Роторные насосы высокого давления используются в системах охлаждения, обратного осмоса и циркуляции воды или других жидкостей
Принцип работы и виды
Принцип, по которому работают роторные насосы, заключается в следующем. Перекачиваемая жидкость сначала поступает во внутреннюю камеру устройства, из которой она выталкивается вращательными и поступательными движениями, совершаемыми рабочим органом – ротором. Части ротора наряду с внутренними стенками рабочей камеры формируют замкнутое пространство, в которое и попадает жидкость. При уменьшении объема такого пространства, что происходит при движении ротора, жидкость по законам физики выталкивается.
Принцип действия роторного насоса
В зависимости от конструктивного исполнения рабочего органа роторные (или ротационные) насосы могут относиться к разным категориям. Кроме того, на различные виды роторные насосы делятся и по типу движения, совершаемого их рабочим органом. По этому признаку выделяют устройства роторно-вращательные и роторно-поступательные. Рабочий орган роторных насосов первого типа, как понятно из их названия, совершает только вращательные движения, а в установках второго типа это движение комбинированное – как вращательное, так и поступательное.
Роторно-вращательные насосы в зависимости от конструктивного исполнения рабочего органа и принципа действия подразделяются на шестеренчатые (зубчатые) и винтовые. В первых рабочая камера формируется внутренними стенками корпуса и зубчатыми колесами, которые делают как с внутренним, так с внешним зацеплением. Изменение рабочей камеры при этом происходит за счет вращения шестерен. Элементами, из которых формируется рабочая камера роторных насосов винтового типа, являются внутренние стенки корпуса и один или несколько винтов. Вращающийся вокруг своей оси винт формирует внутри насоса временные рабочие камеры, которые вместе с транспортируемой жидкостью двигаются вдоль оси винта к нагнетательному патрубку.
Схема роторного пластинчатого насоса
Роторные насосы поступательного типа делятся на шиберные, или пластинчатые, и плунжерные. В устройствах шиберного типа рабочим органом является вращающийся ротор, в продольные прорези на корпусе которого вставляются специальные пластины, называемые шиберами. Ось ротора в таких насосах не тождественна оси цилиндрического корпуса, в котором он совершает вращательное движение. Рабочая камера пластинчатых насосов формируется двумя расположенными рядом шиберами, самим ротором и внутренними стенками корпуса. Чтобы обеспечить герметичность рабочей камеры, создаваемой таким образом, пластины должны плотно прижиматься к стенкам корпуса. Решается такая задача либо за счет центробежной силы, прижимающей рабочую часть пластин к стенкам корпуса, либо за счет специальных приспособлений пружинного типа. Роторные насосы шиберного типа могут отличаться друг от друга конструкцией ротора и оснащаться различным количеством пластин, в зависимости от чего они подразделяются на устройства одно-, двукратного и т.д. действия.
Роторные плунжерные насосы по принципу работы и конструктивному исполнению делят на аксиально- и радиально-поршневые. Их рабочими органами являются плунжеры (поршни), которые совершают одномоментное вращательное и поступательное движение внутри корпуса устройства. Отличие таких роторных машин от обычных поршневых заключается в том, что они могут работать и как насосы, и как гидравлические моторы, то есть обладают обратимостью.
Схема роторного плунжерного насоса
Преимущества и недостатки
Можно выделить несколько наиболее значимых преимуществ использования роторных насосов:
- более равномерная, если сравнивать роторные насосы с устройствами возвратно-поступательного типа, подача жидкости в трубопроводную систему (между тем из-за особенностей конструкции роторного оборудования обеспечить полностью равномерную подачу не удастся);
- обратимость, то есть возможность использования таких устройств как в качестве насоса, так и в роли гидромотора;
- отсутствие клапанов, что способствует снижению потерь мощности и, соответственно, повышению КПД;
- высокая производительность благодаря работе на значительно более высоких оборотах, по сравнению с устройствами поршневого типа.
Эффективность процесса перекачивания кулачковым ротационным насосом обеспечивается выверенными допусками между корпусом и ротарами
Если говорить о недостатках, которыми обладает роторный насос, то к наиболее значимым из них можно отнести следующие.
- К среде, перекачиваемой такими насосами, предъявляются высокие требования, так как она не должна препятствовать плотному прилеганию подвижных рабочих элементов к внутренним стенкам корпуса. В частности, перекачиваемая роторными насосами жидкость должна обладать минимальной химической агрессивностью и не содержать абразивных включений.
- Роторный насос имеет более сложную конструкцию, если сравнивать его с устройствами возвратно-поступательного типа, что сказывается как на его надежности, так и на стоимости производства и технического обслуживания.
Сферы применения
Благодаря широкой универсальности насосы роторного типа успешно используют для перекачки жидкостей следующих типов:
- продуктов переработки нефти:
- химических веществ, в том числе и кислот;
- лакокрасочных материалов;
- технических жидкостей различной степени загрязнения;
- пищевых жидкостей, в том числе и масел и др.
Ротационные насосы с полым вращающимся диском
Рабочим элементом роторных насосов данного типа является полый диск, который в ходе своего вращения в корпусе устройства совершает колебания, что приводит к перемещению жидкости от впускного патрубка к выпускному.
Принцип работы роторного насоса с полым диском
Роторные установки, оснащенные полым вращающимся диском, относятся к самовсасывающим реверсивным устройствам, которые можно использовать даже для перекачки жидкостей, содержащих в своем составе твердые примеси. Благодаря невысокой скорости вращения рабочего органа ротационный насос рассматриваемого типа отличается надежностью и долгим эксплуатационным сроком. Для оснащения таких роторных насосов применяют один или два полых диска, вращение которых синхронизируется при помощи специальных механизмов.
Самовсасывающая роторная насосная установка с полым вращательным диском
Среди преимуществ использования роторных насосов с полым диском можно выделить следующие: