Введение

Насос с положительным смещением, состоящий из лопаток, установленных на роторе, вращающемся внутри полости. Роторный лопаточный насос – это тип насоса с положительным смещением, который состоит из лопаток, установленных на роторе, вращающемся внутри полости. В некоторых случаях эти лопатки могут иметь переменную длину и/или быть подпружинены для поддержания контакта со стенками при вращении насоса. Этот тип насоса считается менее подходящим, чем другие вакуумные насосы, для жидкостей с высокой вязкостью и высоким давлением, но он может выдерживать кратковременную работу всухую и хорошо подходит для жидкостей с низкой вязкостью.

Типы

Самый простой лопастной насос имеет круговой ротор, вращающийся внутри большей круговой полости. Центры этих двух окружностей смещены, что создает эксцентриситет. Лопасти установлены в пазах, прорезанных в роторе. Лопастям позволено ограниченное перемещение внутри этих пазов, чтобы они могли поддерживать контакт со стенкой полости при вращении ротора. Для обеспечения такого контакта лопасти могут быть прижаты к стенке пружинами, силой тяжести или центробежной силой. Небольшое количество масла может присутствовать в механизме для улучшения герметичности между концами лопастей и стенкой полости. Контакт между лопастями и стенкой полости разделяет полость на "лопастные камеры", которые выполняют работу по перекачке. На стороне всасывания камеры лопастей увеличиваются в объеме и заполняются жидкостью, поступающей под действием разрежения во всасывающем патрубке, создаваемого системой, которая откачивается, или, в некоторых случаях, просто атмосферой. На стороне нагнетания камеры лопастей уменьшаются в объеме, сжимая жидкость и выталкивая ее в выпускной патрубок. Лопасти перекачивают одинаковый объем жидкости с каждым оборотом. Многоступенчатые роторные лопаточные вакуумные насосы, которые проталкивают жидкость через последовательность из двух или более механизмов роторного лопаточного насоса для повышения давления, могут достигать вакуумных давлений до 10−6 бар (0,1 Па).

Применение

Ванные насосы обычно используются в качестве гидравлических насосов высокого давления и в автомобилях, включая наддув, усилитель рулевого управления, кондиционеры и насосы автоматических трансмиссий. Насосы для умеренного давления применяются, например, в карбонаторах для диспенсеров газированных напитков и кофемашин эспрессо. Кроме того, лопаточные насосы могут использоваться в газовых приложениях с низким давлением, таких как вторительный впрыск воздуха для контроля выбросов выхлопных газов, или в системах химического осаждения из паровой фазы с низким давлением. Роторные лопастные насосы также являются распространенным типом вакуумных насосов, двухступенчатые модели которых способны достигать давления ниже 10−6 бар. Они применяются в таких областях, как помощь при торможении в большегрузных автомобилях и дизельных легковых автомобилях (двигатели которых не создают вакуум во впускном коллекторе) посредством тормозного усилителя, в большинстве легких самолетов для привода гироскопических авиационных приборов, для откачки хладагентных линий при установке кондиционеров, в лабораторных лиофильных сушилках и вакуумных экспериментах в физике. В лопастном насосе прокачиваемый газ и масло смешиваются внутри насоса, поэтому их необходимо разделять вне его. В связи с этим входное и выходное отверстия имеют большую камеру, возможно, с завихрением, где капли масла выпадают из газового потока. Иногда входное отверстие оснащено жалюзи, охлаждаемыми комнатным воздухом (насос обычно на 40 К горячее), для конденсации разложившегося насосного масла и воды, чтобы они могли стечь обратно во входное отверстие. При использовании этих насосов в системах высокого вакуума (где приток газа в насос становится очень низким) серьезной проблемой является загрязнение всей системы обратным потоком молекул масла.

История

Как и многие простые механизмы, неясно, когда был изобретен роторный лопастной насос. Книга Агостино Рамелли 1588 года «Le diverse et artificiose machine del capitano Agostino Ramelli» («Различные и гениальные машины капитана Агостино Рамелли») содержит описание и гравюру роторного лопастного насоса, а также других типов роторных насосов, что позволяет предположить, что эта конструкция была известна в то время. В более позднее время лопастные насосы также встречаются в патентных записях XIX века. В 1858 году У. Пирсу был выдан патент США на «новое и полезное усовершенствование роторных насосов», в котором в качестве предшествующей разработки упоминались скользящие лопасти, «используемые в сочетании с эксцентричной внутренней поверхностью». В 1874 году канадский патент был выдан Чарльзу К. Барнсу из Саквиля, провинция Нью-Брансуик. С тех пор было внесено множество улучшений, включая лопастной насос с переменным рабочим объемом для газов (1909 год).

Насос с переменным водоизмещением

Одним из основных преимуществ лопастного насоса является то, что его конструкция легко позволяет реализовать изменение производительности, в отличие от насосов с фиксированной производительностью, таких как шестеренчатые (X X) или насосы с героторным механизмом (I X). Расстояние между центром ротора и эксцентриковым кольцом определяет объемную производительность насоса. Изменяя положение эксцентрикового кольца относительно ротора, можно регулировать объемную производительность. Более того, лопастной насос может даже работать в обратном направлении, если эксцентриковое кольцо сместится достаточно далеко. Однако оптимизировать работу для перекачки в обоих направлениях невозможно. Это делает его интересным решением для гидравлического насоса управления. Лопастные насосы с переменной производительностью используются для экономии энергии и применяются во многих областях, включая автомобильные трансмиссии, уже более 30 лет.