История науки и техники. Энергомашиностроение

Другой тип роторного насоса Рамелли с замыкателем и ротором из дерева, имевшим несколько выступов, устанавливался в корпус с внутренней цилиндрической поверхностью концентрично с малым зазором. Замыкатель имел возможность возвратно-поступательного движения и под действием своего веса прижимался к ротору, создавая рабочую камеру. Машины с замыкателем используются и в наше время и имеют различное конструктивное исполнение в зависимости от области применения. Так, известны паровая машина Юля (1836 год) и паровая машина Холла (1869 год), которые аналогичны описанному насосу, но имеют на роторе только один выступ. По такой же схеме выполнен вакуумный насос с катящимся ротором. Одно из последних изобретений в этой области – роторная машина с замыкателем, которая может быть и насосом и двигателем внутреннего сгорания.

Рис. 3.12. Насос Рамелли с замыкателем

Следующий важный шаг был сделан Иоганном Лейрехоном (Iogann Leirechon, 1571–1670), ректором иезуитского колледжа в городе Бар ле Дюк и духовником герцога Лотарингии. Лейрехон является автором книги «Математические задачи» (первое издание – 1624 год), которая многократно переиздавалась книготорговцами Франции и Германии из-за большого спроса. В задаче 88 «О водяных насосах, гидравлических машинах и других опытах с водой и подобными жидкостями» описаны все известные машины и одна новая, явившаяся предтечей многих современных. Дадим слово автору. «Эта машина с зубчатыми колесами, которые заключены в овальном кожухе так, что зубцы одного колеса захватывают зубцы другого, и так точно, что ни вода, ни воздух – ни в середине, ни по сторонам – не могут проникнуть в овальный кожух, ибо колеса так плотно прилегают к стенкам, что не остается свободного пространства. На каждом колесе имеется ось, так что его можно извне вращать рукояткой. Когда ручка колеса вращает его в одном направлении, то вследствие этого другое колесо вращается в обратном направлении, и в результате этого движения вода из пространства между зубьями колес направляется в обе стороны так, что при вращении колес вода принуждена подняться по трубе и вытечь». Кажется, что этот текст переписывался в течение сотен лет из первоисточника в учебники и монографии различных авторов. А между тем, несмотря на то, что машину Лейрехона описывают путешественники, видевшие ее в действии в городе Майнце (юго-запад Германии), этот насос изобретается заново несколько раз и описывается как насос Брама или Леклерка, как воздуходувка Рутса. И в настоящее время, когда идея роторного объемного насоса известна, ежегодно появляются сотни новых изобретений, каждое из которых в той или иной мере улучшает известную машину.

Рис. 3.13. Зубчатый насос Лейрехона

Шестеренные насосы

Наиболее распространенным типом роторного насоса является в настоящее время шестеренный, который имеет своим прототипом машину, созданную Лейрехоном. Шестеренный насос – это зубчатый насос с рабочими органами в виде шестерен, обеспечивающих передачу момента с ведущего звена на ведомое. Различают шестеренные насосы с внешним и внутренним зацеплением.

Насосы с внешним зацеплением обычно выполняются в виде пары одинаковых зубчатых колес с эвольвентным зацеплением, заключенных в плотно охватывающий их корпус – статор. Ротором считается ведущее колесо, вытеснителем – ведомое. Во всасываемой (приемной) полости насоса жидкость заполняет собой впадины между зубьями обеих шестерен, а затем происходит замыкание (изоляция) этих объемов и перемещение их по дугам окружностей в напорную (отдающую) полость насоса.

Рис. 3.14. Современный шестеренный насос наружного зацепления

В процессе зацепления каждый зуб каждой шестерни входит в соответствующую ему впадину и вытесняет при этом из нее жидкость. Так как объем впадины больше объема зуба, то в месте зацепления некоторое количество жидкости возвращается обратно во всасывающую полость. Таким образом, функцию вытеснения жидкости в данном насосе выполняют обе шестерни, т. е. ротор и вытеснитель одновременно, а рабочими камерами в насосе являются впадины между зубьями.

Идеальная (теоретическая) подача шестеренного насоса в секунду может быть выражена через его характерные размеры, если предположить, что насос подает непрерывный слой жидкости толщиной, равной высоте зуба h и шириной b со скоростью u, равной окружной скорости вращения колес на начальной окружности, т. е.

где S – площадь поперечного сечения слоя, равная hb;

h – высота зуба, принимаемая равной 2m;

D_H.O диаметр начальной окружности колес, D_H.O = mz;

n – частота вращения в минуту.