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

Роторные насосы

Роторные насосы, тип М

Область применения: химическая и нефтехимическая промышленность, судо- и кораблестроение, нефтегазовая промышленность, пищевая промышленность и напитки, фармацевтическая промышленность, целлюлозно-бумажная промышленность, лакокрасочная промышленность, прочие промышленные области.

Этот тип насоса с одним рабочим колесом идеально подходит для перекачки жидкостей со средней, высокой и очень высокой степенью вязкости, содержащих также небольшое количество взвешенных твердых частиц.

Полый диск насосов серии M во время своего вращательно-колебательного движения создает вакуум, закачивая жидкость внутрь насоса и, одновременно направляет уже попавшую в камеру жидкость к выпускной трубе. Благодаря своим особым характеристикам насосы с полыми дисками рекомендуются для перекачки жидкостей со средней, высокой и очень высокой степенью вязкости, содержащей также небольшое количество взвешенных твердых частиц.

Основные характеристики корпусного насоса с вращающимся диском

Преимущества и основные характеристики:

Самовсас без каких-либо вспомогательных устройств Адаптируемость диска Низкая рабочая скорость Реверс потока путем обратного вращения и поддержание постоянной производительности

Роторный насос, серии D

Область применения: химическая и нефтехимическая промышленность, судо- и кораблестроение, нефтегазовая промышленность, пищевая промышленность и напитки, фармацевтическая промышленность, целлюлозно-бумажная промышленность, лакокрасочная промышленность, прочие промышленные области.

Этот тип насоса с двумя импеллерами идеально подходит для перекачки жидкостей со средней и высокой степенью вязкости и предназначен для применения с трубопроводами, клапанами, фитингами и т.д.

Эти насосы с двумя рабочими колесами позволяют использовать трубопроводы меньшего размера, клапаны, фитинги и т.д., поддерживая высокую скорость потока: благодаря попеременному движению двух дисков они создают постоянный поток в трубопроводе, предотвращая вибрацию и удары системы.

Принцип попеременно действующих дисков позволяет оптимизировать поток на его самом высоком уровне, уменьшив пики пульсации, что позволяет использовать меньшие трубопроводы, меньшее количество клапанов и т.д. по сравнению с другими поршневыми насосами.

Полый диск насосов серии D во время своего вращательно-колебательного движения создает вакуум, закачивая жидкость внутрь насоса и, одновременно направляет уже попавшую в камеру жидкость к выпускной трубе. Благодаря своим особым характеристикам насосы с полыми дисками рекомендуются для перекачки жидкостей с низкой, средней, высокой и очень высокой степенью вязкости, содержащей также небольшое количество взвешенных твердых частиц.

Основные характеристики корпусного насоса с вращающимся диском серии D:

Преимущества и основные характеристики:

Самовсас без каких-либо вспомогательных устройств Адаптируемость диска Низкая рабочая скорость Реверс потока путем обратного вращения и поддержание постоянной производительности

Роторный насос, серии N

Область применения: химическая и нефтехимическая промышленность, судо- и кораблестроение, нефтегазовая промышленность, пищевая промышленность и напитки, фармацевтическая промышленность, целлюлозно-бумажная промышленность, лакокрасочная промышленность, прочие промышленные области.

Этот тип насоса с одним или двумя импеллерами укомплектован выносными опорами и специальными инновационными запатентованными деталями, которые позволяют применять данный насос на производствах с самыми различными требованиями.

Эти насосы с одним или двумя рабочими колесами характеризуются выносными опорами и специальными техническими запатентованными инновациями, которые делают более эффективным применение данных насосов в различных областях с особыми требованиями к их установке. Они спроектированы для перекачки жидкостей с высокой степенью вязкости, содержащих небольшое количество взвешенных твердых частиц. Обычно насосы серии N поставляются уже смонтированными на соответствующие салазки с мотором или с приводом с регулируемой скоростью.

Полый диск насосов серии N во время своего вращательно-колебательного движения создает вакуум, закачивая жидкость внутрь насоса и, одновременно направляет уже попавшую в камеру жидкость к выпускной трубе. Благодаря своим особым характеристикам насосы с полыми дисками рекомендуются для перекачки жидкостей с низкой, средней, высокой и очень высокой степенью вязкости, содержащей также небольшое количество взвешенных твердых частиц.

Основные характеристики корпусного насоса с вращающимся диском серии N:

Роторный насос, серии T

Область применения: пищевая промышленность и напитки, судо- и кораблестроение, химическая и нефтехимическая промышленность, лакокрасочная промышленность, прочие промышленные области.

Этот тип насоса с двумя импеллерами идеально подходит для перекачки жидкостей со средней и высокой степенью вязкости и спроектирован для применения с трубопроводами, клапанами, фитингами и т.д.

Полый диск насосов серии T во время своего вращательно-колебательного движения создает вакуум, закачивая жидкость внутрь насоса и, одновременно, направляет уже попавшую в камеру жидкость к выпускной трубе. Благодаря своим особым характеристикам насосы с полыми дисками рекомендуются для перекачки жидкостей с низкой, средней, высокой и очень высокой степенью вязкости, содержащей также небольшое количество взвешенных твердых частиц.

Основные характеристики корпусного насоса с вращающимся диском серии T:

Преимущества и основные характеристики:

Самовсас без каких-либо вспомогательных устройств Адаптируемость дисков Низкая рабочая скорость Реверс потока путем обратного вращения и поддержание постоянной производительности

Преимущества и недостатки

Можно выделить несколько наиболее значимых преимуществ использования роторных насосов:

1. 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);
2. обратимость, то есть возможность использования таких устройств как в качестве насоса, так и в роли гидромотора;
3. отсутствие клапанов, что способствует снижению потерь мощности и, соответственно, повышению КПД;
4. 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.

Динамические насосы

Динамические насосы по виду сил, действующих на перекачиваемые жидкие среды, делят на следующие группы:

• лопастные насосы;
• насосы трения;
• электромагнитные насосы.

2.1. Лопастные насосы

Лопастный насос — машина для передачи механической энергии через вращающееся лопастное колесо к перекачиваемой жидкой среде с целью придания ей вектора скорости и давления.

К лопастным насосам относят:

• центробежные насосы;
• осевые насосы;
• диагональные насосы.

Центробежный насос — лопастный насос, в котором жидкая среда перемещается через рабочее колесо от его центра к периферии.

Насосный агрегат — устройство, состоящее из насоса и привода совместно с элементами трансмиссии, опорной плитой и другим вспомогательным оборудованием.

Современные центробежные насосы и насосные агрегаты можно разделить на группы по следующим признакам:

• по расположению оси вращения ротора насоса — горизонтальные насосные агрегаты (см., например, рис. 9, а–в; рис. 11, а), вертикальные насосные агрегаты (см. например, рис. 10, а, б; рис. 11, в, д) и насосные агрегаты, у которых в зависимости от способа их установки на насосной станции ось вращения ротора может быть расположена либо горизонтально, либо вертикально (см., например, рис. 9, г; рис. 10, в; рис. 11, б, г);
• по способу соединения насоса с электродвигателем — консольные насосные агрегаты (см., например, рис. 9, а; рис. 10, а) и моноблочные насосные агрегаты (см., например, рис. 9, в; рис. 10, в);
• по количеству комплектов рабочих органов — одноступенчатые насосные агрегаты (см., например, рис. 9, 10) и многоступенчатые насосные агрегаты (см., например, рис. 11);
• по количеству подводов жидкой среды к рабочим органам насоса — насосы одностороннего входа (см., например, рис. 9, а, в, г) и насосы двустороннего входа (см., например, рис. 9, б; рис. 10, б; рис. 11, д);
• по возможности погружения насосного агрегата в перекачиваемую жидкую среду — насосные агрегаты, которые не допускается погружать в перекачиваемую жидкую среду (см., например, рис. 9, а–в); полупогружные насосные агрегаты (см., например, рис. 10, а); погружные насосные агрегаты (см., например, рис. 9, г; рис. 11, б); насосные агрегаты, которые в зависимости от способа их установки на насосной станции могут быть размещены либо без погружения, либо с погружением в перекачиваемую жидкую среду (см., например, рис. 9, г; рис. 11, б).

Ротор — узел насоса, представляющий собой вал с установленными на нем рабочим колесом (колесами), защитными втулками и другими закрепленными на валу деталями.

Консольный насосный агрегат — насосный агрегат, у которого рабочее колесо закреплено на консольном участке вала насоса. При этом соединение вала насоса с валом электродвигателя осуществляется специальной муфтой.

Моноблочный насосный агрегат — насосный агрегат, у которого рабочее колесо насоса закреплено непосредственно на валу электродвигателя. При этом корпус насоса крепится к электродвигателю с помощью фланцевого соединения.

Полупогружной насосный агрегат — насосный агрегат, который устанавливают с погружением корпуса насоса под уровень перекачиваемой жидкой среды и с размещением электродвигателя над поверхностью этой жидкой среды.

Погружной насосный агрегат — насосный агрегат, погружаемый под уровень перекачиваемой жидкой среды.

Рис. 9. Устройство некоторых одноступенчатых горизонтальных центробежных насосов и насосных агрегатов: а — консольный насос одностороннего входа; б — насос двустороннего входа; в — самовсасывающий моноблочный насосный агрегат; г — погружной моноблочный насосный агрегат, установленный горизонтально без погружения в перекачиваемую жидкую среду

Рис. 10. Устройство некоторых одноступенчатых вертикальных центробежных насосов и насосных агрегатов: а — консольный полупогружной насосный агрегат; б — насос двустороннего входа; в — линейный (бесфундаментный) моноблочный насосный агрегат, установленный вертикально

Рис. 11. Устройство некоторых многоступенчатых центробежных насосов и насосных агрегатов: а — горизонтальный секционный насос; б — погружной моноблочный насосный агрегат, установленный горизонтально без погружения в перекачиваемую жидкую среду; в — скважинный вертикальный секционный насосный агрегат погружного типа; г — линейный моноблочный насосный агрегат, установленный вертикально; д — вертикальный конденсационный насос двустороннего входа

Приведенный вариант деления центробежных насосов на группы не является исчерпывающим. Возможны классификации этих насосов и по другим признакам.

Осевой насос — лопастный насос, в котором жидкая среда перемещается через рабочее колесо в направлении его оси.

Рабочее колесо осевого насоса похоже на винт корабля (рис. 12). Оно состоит из втулки, на которой закреплено несколько лопастей. Осевой направляющий аппарат служит отводом насосу. С его помощью устраняется закрутка жидкой среды, в результате чего ее кинетическая энергия преобразуется в энергию давления.

Рис. 12. Схема осевого насоса

Осевые насосы применяют, когда необходимо обеспечить подачу большого объема воды в единицу времени с малым напором.

Разновидностью осевого насоса является диагональный насос.

Диагональный насос — насос, который создает напор как за счет центробежной силы, так и за счет подъемной силы лопастей рабочего колеса. В диагональном насосе жидкая среда входит в рабочее колесо в осевом направлении, а выходит под углом к оси насоса. По конструкции диагональный насос похож на осевой, основное его отличие — в форме рабочего колеса.

Ряд осевых и диагональных насосов и насосных агрегатов представлен на рис. 13.

Рис. 13. Устройство некоторых осевых и диагональных насосов и насосных агрегатов: а — горизонтальный диагональный насос; б — горизонтальный осевой насос; в — вертикальный полупогружной диагональный насос; г — погружной диагональный насосный агрегат; д — погружной осевой насосный агрегат

2.2. Насосы трения

Насос трения — динамический насос, в котором жидкая среда перемещается под воздействием сил трения. К насосам этого типа относят шнековые насосы и вихревые насосы.

Шнековый насос — насос трения, в котором жидкая среда перемещается через винтовой шнек в направлении его оси (рис. 14).

Рис. 14. Устройство шнекового насоса

Вихревой насос — насос трения, в котором жидкая среда перемещается по периферии рабочего колеса в тангенциальном направлении (рис. 15).

Рис. 15. Устройство вихревого насоса

Шестеренные насосы

Это гидронасосы, у которых вытеснение жидкой среды выполняется с помощью вращающихся шестерней, имеющих внешнее или внутреннее зацепление. Существует две разновидности оборудования:

· Героторные

. Особенность конструкции заключается в том, что в ней отсутствует серпообразный разделитель. Вместо нее в конструкцию помещен специальный разделитель. Благодаря его особенной форме, вытеснители постоянно контактируют между собой. В основном героторные машины применяются в системах с давлением не более 15 МПа и подачи жидкости до 120 литров в минуту;

· Роторно-винтовые

. В качестве вытеснителей используются косозубые шестеренки. Число зубьев элемента отвечает количеству заходов винтовой нарезки. Такие агрегаты отличаются тихим ходом и обеспечивают равномерную подачу жидкости, в которой допускается наличие твердых частиц. Устройства демонстрируют стабильную эксплуатацию при давлении до 20 МПа. Несмотря на все свои преимущества, винтовые гидронасосы не получили широкого применения из-за сложности сборки.

В целом шестеренчатые гидроагрегаты предназначаются для приводов с малым давлением (не более 20 Мпа). Простая конструкция и небольшие размеры сделали данные модели востребованными в смазочных системах, мобильном гидрооборудовании, дорожных машинах и сельхозтехнике. Их применение также оправдано в мощных гидроприводах в качестве дополнительных механизмов.