Шестеренні або зубчасті насоси
Насоси шестеренні (зубчасті)
Шестеренні насоси є об'ємними роторними гідромашинами з витіснювачами у вигляді зубчастих коліс. З усіх роторних насосів вони мають найпростішу конструкцію.
Шестеренні насоси бувають із зовнішнім та внутрішнім зачепленням. У насосах із зовнішнім зачепленням, що набули найбільшого поширення, при обертанні шестерень рідина, укладена у западинах шестерень, переноситься з порожнини всмоктування в порожнину нагнітання і потім видавлюється в напірну лінію зубцями шестерень, що вступають у зачеплення. Число зубів у шестерень приймають зазвичай рівним 6...12. У порожнині всмоктування зуби виходять із зачеплення, і об'єм, що звільняється, заповнюється рідиною. Процес має циклічний характер і повторюється безперервно з обертанням шестерень.
Величина об'ємного ККД шестеренного (зубчастого) насоса в основному залежить від витоків рідини через зазори, утворені головками зубів і корпусом насоса, а також між торцевими поверхнями шестерень та бічними стінками насоса. Крім того, додатково виникають витоку по лінії контакту зубів. Максимально об'ємний ККД таких насосів вбирається у 0,8…0,95. Для зменшення витоків прагнуть підігнати деталі насоса, що сполучаються, і зробити мінімальними зазори між шестернями і корпусом насоса. При виготовленні зубів з високою точністю витоку по лінії їхнього контакту можуть бути зведені до нуля. Шестеренні насоси з внутрішнім зачепленням застосовують значно рідше, ніж насоси із зовнішнім зачепленням через високі вимоги до точності виготовлення. Основна їхня перевага в порівнянні з шестеренними насосами зовнішнього зачеплення – компактність.
Перераховуючи технічні особливості шестеренних насосів, варто відзначити, що в таких насосахзастосовуються лише прямозубі шестірні.
Переваги та недоліки шестеренних насосів
Зубчастим (або шестерним) насосам притаманні всі переваги та недоліки об'ємних насосів, які описані тут. Окремо слід зазначити, що шестеренні насоси - найпростіші за конструкцією та найдешевші з об'ємних насосів. Вони відрізняються компактністю, високою надійністю роботи, відносно високим ККД (до 80%), низькими вимогами до очищення робочої рідини (насоси працездатні, якщо тонкість фільтрації не гірша за 100 мкм). У цих машинах відсутні елементи, схильні до неврівноваженої дії відцентрових сил або що рухаються з прискоренням, що дозволяє експлуатувати їх при частоті обертання до n = 30 с -1 .
З технічної точки зору дуже зручним є те, що більшість шестеренних насосів не потребують мастила, так як роль її виконує робоча рідина.
Істотний недолік шестеренних насосів - пульсація рідини на виході, що викликається конструктивними особливостями зубчастого зачеплення. Пульсація потоку призводить до пульсації тиску та підвищеного шуму (до 90 дБ). Крім того, при роботі шестеренних насосів виникає велике за величиною і постійне у напрямку навантаження на опори шестерень, викликане різницею тисків у напірній та всмоктувальній камерах. Ця сила викликає підвищений зношування опор, що знижує довговічність насоса.
Повний ККД більшості шестерінчастих насосів зазвичай не перевищує 0,6 ... 0,75, ця величина є найменшою в порівнянні з повним ККД об'ємних насосів інших типів. Крім того, шестеренні насоси характерні невеликим терміном служби під час роботи з високим тиском. Тому їх рекомендується застосовувати в тих гідромашинах та гідроприводах, де величина ККД не має суттєвого значення.
Область застосування шестеренних насосів
Шестеренні насоси застосовують у приводах технологічного обладнання при порівняно невеликих тисках (до 2,5 МПа). Такі насоси застосовуються найчастіше для перекачування в'язких рідин: олії, нафти, мазуту, дизельного палива, легко застигаючих рідин (наприклад, бітуму, парафіну або віскози), що не містять механічних домішок. Вони широко поширені в машинобудуванні, нафтовій та хімічній промисловості, комунальному та сільському господарстві, будівництві.
Принцип роботи шестеренного насосу
Найпростіший шестеренний насос складається з пари однакових шестерень - ведучої та веденої, що знаходяться в зачепленні і поміщених у корпусі насоса (статор) з малими торцевими і радіальними зазорами. Провідна шестерня обертається двигуном.
Внаслідок різниці тисків на всмоктувальній і нагнітальній стороні шестерні піддаються впливу радіальних сил, що може призвести до заклинювання ротора. Щоб запобігти надмірному збільшенню тиску в області нагнітання та утворення вакууму на протилежній стороні при відході зуба з западин, у корпусі насосів виконують розвантажувальні канали для вирівнювання тиску. Для цих же цілей можуть служити канали і в шестернях роторних, отримані свердлінням отворів у западинах зубів. У насосах високого тиску (понад 10 МПа)торцеві зазори ущільнені спеціальними "плаваючими" втулками, які притискаються до шестерень при підвищеному тиску. Для підвищення тиску рідини застосовують багатоступінчасті шестеренні насоси, в яких подача кожного наступного ступеня менше подачі попередньої. Вони розвивають тиск до 20 МПа.
Шестеренний (або зубчастий) насос, представлений на рис. 1 складається з корпусу 1 , в циліндричних розточках якого з мінімальними радіальними зазорами розташовуються зубчасті колеса 2 і 3 . Корпус закритий із двох боків кришками.
При обертанні шестерень зуби виходять із зачеплення в камері, звільняються западини збільшують об'єм камери, що призводить до утворення в ній вакууму рвак. За рахунок різниці тисків в баку насосної станції (рa > рвак) і камері В рідина заповнює об'єм, що звільнився - відбувається процес всмоктування. У западинах шестерні, що обертаються, переносять масло з камери В в камеру нагнітання Н .
При вході зубів у зачеплення рідина витісняється з западин під надлишковим тиском ризб в напірну лінію приводу або системи відбувається процес нагнітання.
Теоретичну продуктивність шестеренного насоса визначають за формулою:
де: m, z, b - модуль, число зубів, ширина вінця провідного зубчастого колеса; n – частота обертання валу насоса.
Аналіз формули (1) показує, що продуктивність (подачу) даного насоса можна змінити тільки за рахунок регулювання частоти обертання приводного двигуна валу, отже, сам по собі шестеренний насосє нерегульованою гідравлічною машиною.
Умовні позначення та маркування шестеренних насосів
Літерні та цифрові позначення в маркуванні шестеренних насосів означають таке:
- НШ - насос шестеренний;
- М – до роботи з маслами;
- Г – насос із обігрівом (охолодженням) корпусу;
- Ф – насос фланцевого кріплення (якщо літери немає – насос на лапах).
Групи цифр і чисел, що проставляються через дефіс:
- Перша група цифр – подача насоса в літрах за 100 оборотів;
- Друга група цифр - максимальний тиск, що розвивається насосом, кгс/см2;
- Третя група цифр - подача насоса в установці (агрегаті), м3/год;
- Четверта група цифр (що позначається через дріб) – тиск на виході з насоса в агрегаті, кгс/см 2 .
Після цифрових груп може бути буквене позначення матеріалу, з якого виготовлена проточна частина (корпус) насоса:
- Ю - алюміній та його сплави;
- Б – бронза;
- К - нержавіюча сталь;
- Якщо літерного позначення матеріалу в маркуванні немає, то проточна частина виконана з чавуну.
Шестеренні насоси випускають як правого, так і лівого обертання, про що є вказівка на їх корпусах знаками "Правий" або "Лівий" (або літерами "Л", "П").
Крім перерахованих вище позначень насосів, у їх маркуванні можуть бути й деякі інші знаки, що пояснюють конструктивні особливості.
Наприкінці маркування зазвичай проставляються технічні умови виготовлення насоса.
Приклад маркування шестеренного насоса:
НМШДФ 0,6-25-0,25/25 Ю ТУ26-06-1558-89
тут: НМШГФ - насос масляний шестеренний з обігрівом корпусута фланцевим кріпленням; 0,6 - подача насоса у літрах на 100 оборотів; 25 - найбільший тиск насоса, кгс/см2; 0,25 - подача насоса в агрегаті, м3/год; 25 - тиск на виході з насоса в агрегаті, кгс/см2; Ю – матеріал проточної частини насоса – алюмінієвий сплав; ТУ 26-06-1558-89 - позначення технічних умов.
У технічних та графічних характеристиках масляних насосів можуть застосовуватись такі умовні позначення:
- Q - подача, м3/годину;
- Р - тиск насоса в агрегаті, кгс/см 2;
- N – потужність насоса, кВт;
- n - частота обертання, об/хв;
- η - ККД, %;
- HВ – вакуумметрична висота всмоктування, м.м.
Надійність шестеренного насоса багато в чому забезпечена використанням запобіжного клапана. Спрацьовуючи, він повинен забезпечувати скидання надлишкового тиску. Межа спрацьовування клапана встановлюється виробником і вказується в супровідній документації. Найчастіше встановлюваний межа спрацьовування становить приблизно 1,5 величини робочого тиску насоса.
Основні характеристики шестеренних насосів
У таблиці нижче наведено основні робочі характеристики деяких типів шестеренних насосів, які часто застосовуються в машинобудуванні. Тут наведено параметри приводних двигунів для цих насосів.