Шестеренный (шестеренчатый) насос по праву считается объемной роторной гидромашиной. Это обусловлено тем что он может работать как гидромотор так и как гидронасос.
При подаче на него масла под давлением, рабочий вал начинает вращаться, он превращается в гидромотор.
В случае если вращающий момент подается на вал, то насос начинает перекачивать масло и выполнять свое прямое назначение.
Шестеренный насос виды
Различают два основных вида конструкции шестеренчатых насосов:
- Конструкция с внешним зацеплением. Данный вид конструкции наиболее распространен. Две шестерни закреплены напротив друг друга. Одна шестерня является ведущей, и приводит в движение вторую шестерню.
- Конструкция с внутренним зацеплением. Менее распространены, ввиду больших запросов к точности при создании агрегата, но в отличии от внешнего сцепления эти агрегаты более компактны. Две шестеренки закреплены одна в другой, ведущей является внутренняя шестерня с наружными зубцами. Внешняя (охватывающая) шестерня располагается в цилиндрической расточке корпуса и имеет внутренние зубья. Чаще всего в конструкции присутствует серповидный элемент, который разделяет области подачи и нагнетания.
Устройство
Устройство шестеренного насоса
Шестеренный насос имеет следующее устройство в него входят две шестеренки и корпус внутри которого они закреплены. Одна из шестерней является ведущей и приводится в движение внешним механическим приводом. Вторая приводится в движение первой за счет зацепления. Вращаясь они перемещают жидкость, находящуюся между зубьями из камеры всасывания (1) в камеру нагнетания (2).
Принцип работы
Шестеренный насос имеет следующий принцип работы который мы рассмотрим поэтапно:
- Забор жидкости происходит за счет выхода из зацепления шестерен в камере всасывания (1). Расходящиеся зубья расширяют объём камеры всасывания (1), в результате чего в камере образуется вакуум, который стремительно заполняется жидкостью через всасывающий канал. В следствии разности давлений в линии забора и подающей камеры (1).
- Шестерни переносят рабочую жидкость в пространстве промеж зубьев, из камеры (1) в (2);
- При вхождении зубьев шестеренного насоса в зацепление, происходит уменьшение объема камеры. В результате этого происходит выдавливание жидкости из камеры нагнетания.
Проблема запертого объема
Немаловажной проблемой в эксплуатации шестеренного насоса, считается проблема запертого объема. Так как жидкости плохо подвергаются сжатию, и возникновение запертых объемов может серьёзно препятствовать работе гидромашины. Это происходит в следствии высокого момента сопротивления. Дабы решить эту проблему, на шестернях делают специальные канавки отвода жидкости, по которым избыточный объем уходит в зону всасывания или нагнетания.
Расчет производительности
Производительность вычисляется следующим образом:
Исходя из формулы, приведенной выше в рисунке. Можно сделать заключение о том сто производительность, нельзя никак увеличить. Кроме как увеличением частоты вращения ведущего вала. Вывод: шестерные насосы не регулируемые.
Область применения
Шестерные насосы используются для подачи давления до 2,5 МПа. Основное предназначение такого рода устройств это перекачка вязких жидкостей: масла, нефть мазуту и даже цемент и битум.
Основной род применения шестерного насоса перекачка масла. Их применение весьма широко: нефтяная, машиностроительная, химическая промышленность.
Дорожное и сельское хозяйство также применяют такие агрегаты.
Преимущества и недостатки шестерных насосов
Плюсы эксплуатации:
- Самые простые по устройству, в результате чего самые дешевые объемные насосы;
- Очень компактны;
- Высокая надежность;
- Минимальные требования к очистке рабочей жидкости;
- Не нужна смазка, ее роль выполняет рабочая жидкость;
Минусы в работе:
- Низкий КПД, в большинстве случаев его значение не больше 0,6-0,75, этот показатель является самым маленьким, относительно иных типов;
- Пульсация рабочей жидкости в нагнетательной линии, в результате чего происходят скачки давления, что производит относительно высокий шум (до 90 дб). Это вызванно конструктивными особенностями зубчатого зацепления.
- Высока нагрузка на опоры шестерен. Происходит из-за высокой разницы давлений в нагнетательной и всасывающих областях. Приводит к повышенной скорости износа опор, что уменьшает срок эксплуатации устройства.
- Не рекомендуются к эксплуатации в гидросистемах с высоким давлением. В таких системах насосы подвергаются повышенному износу и быстро выходят из строя.
Маркировка шестеренных насосов
В начале маркера используют следующий ряд буквенных обозначений:
- НШ – Насос шестерёнчатого вида;
- М – В качестве рабочей жидкости используется масло;
- Ф – крепление происходит по фланцевому типу;
Затем идет ряд цифр, проставленных через тире описываем каждую по порядку:
- Количество литров, поданных, за 100 оборотов (Литры);
- Величина максимума давления (кг/см2);
- Объем подачи в час (м3/час)
- Величина давления на выходе из нагнетательной камеры (кг/см2)
Далее может идти обозначение вещества из которого изготовлена внутреняя часть, через которую проходит рабочая жидкость:
- Ю – Алюминиевые сплавы;
- Б – Бронза;
- К – Сталь нержавеющая;
- Без буквенного обозначения означает что из чугуна;
Так же в маркировке указывают сторону вращения основного вала. Разделяют два вида:
Пример маркировки «НМШ 8-25 6,3/2,5Б»
- НМШ -Означает что это шестеренный насос, он использует масло в качестве гидравлической жидкости.
- подача 8 литров на 100 оборотов;
- давление 25 кг/см2;
- 6,3 подача в час литров;
- 2.5 на выходе из нагнетающей камеры кг/см2;
- Б- внутренняя проточная часть из бронзы;
Таблица технических характеристик основных видов насосов:
Шестеренный (шестеренчатый) насос Ссылка на основную публикацию 
Шестеренный насос принцип работы
Шестерённый насос относят к виду объемных роторных гидромашин. Шестерённый насос – это роторный насос с рабочим органом в виде двух шестерён.
При вращении шестерён, жидкость поступает из полости всасывания во впадины между зубьями и перемещается в напорную полость.
Как правило, шестерённые насосы используют для подачи нефтепродуктов и других жидкостей без абразивных примесей. Не смотря на то, что принцип работы у всех шестерённых насосов одинаковые, они могут иметь абсолютно разное строение, отличаться деталями и работать в разных условиях.
Принцип работы
- Шестерённый насос крепится на раме-плите, к которой, в свою очередь, крепится насос и электродвигатель, соединенные между собой муфтой.
- Основным рабочим элементом шестерённого насоса являются две прямозубые шестерни – ведущая и ведомая, изготавливаемые заодно с валами.
- Опорами валов являются подшипники скольжения.
Насос с внутренним зацеплением
Рассмотрим шестерённый насос с внутренним зацеплением и шестерённый насос с внешним зацеплением.
Насос с внутренним зацеплением
Насос с внутренним зацеплением состоит из внутренней и внешней шестерни. Вращаясь, обе шестерни образуют вакуум в полости всасывания. Далее жидкость попадает в межзубное пространство, после чего попадает в полость нагнетания.
Для того чтобы не допустить поломки насоса при подъеме давления в трубопроводе нагнетания, на насосе устанавливается обратный клапан.
При подъеме давления в трубопроводе нагнетания, жидкость по отведенному в сторону либо вверх трубопроводу, перемещается к клапану, выдавливает его, и попадает в полость всасывания, тем самым образуя замкнутый круг.
Кстати, прочтите эту статью тоже: ВСС на базе жидкостного эжектора
Насос с внешним зацеплением
Электродвигатель вращает вал с ведущей шестернёй. Ведущая шестерня в свою очередь вращает ведомую.
- За счёт минимального зазора шестерёнок между собой, а также зубьев шестерён и стенок рабочей полости, при вращении в зоне всасывания, образуется вакуум.
Однако в месте зацепления шестерёнок образуются, так называемые, запертые объемы. Одной из технических проблем в шестерённых насосах является проблема запертых объёмов, которой является нежелательным явлением.
Вследствие малой сжимаемости жидкости, возникновение запертых объёмов в процессе работы насоса, если не предусмотреть меры борьбы с ними, может привести к возникновению большого момента сопротивления.
Производители насосов серьезно относятся к данной проблеме и борются с ней различными методами. Например, между зубьев шестерни просверливается канал для отвода жидкости, через который жидкость попадает обратно в полость всасывания.
Так же устанавливается система поддержания давления в трубопроводе нагнетания.
При падении давления в трубопроводе нагнетания, число оборотов шестерни увеличивается. При увеличении – наоборот уменьшается.
Существуют также насосы, которые способны пропускать вместе с жидкостью довольно крупные примеси.
Преимущества
Преимуществами, описанных ранее насосов, являются:
- простота конструкции;
- высокая надёжность в сравнении с другими насосами;
- низкая стоимость;
- способность работать при высокой частоте вращения; поэтому их можно соединять непосредственно с валами тепловых или электрических двигателей;
- высокая надежность при работе со сплавами полимеров.
Недостатки
Однако у таких насосов существуют недостатки:
- нерегулируемость рабочего объема;
- неспособность работать при высоких давлениях; либо:
- высокие требования к материалам изготовлений деталей износа.
- высокая требовательность к качеству изготовлений шестерён и пластин, образующих корпус;
- двукратные изменения направления движения жидкости в насосе снижает КПД.
Кстати, прочтите эту статью тоже: Сальниковые уплотнения насосов
Шестерёнчатые насосы широко применяются в сфере перекачивания высоковязких жидкостей с температурой до 250°, например, такие жидкости как пищевые масла, жиры, шоколадная масса, лаки, краски, нефтепродукты, бытовая химия и т. д.
Классификация гидравлических и виды шестеренных насосов
Насос является настоящим сердцем любой гидравлической системы, поскольку именно он преобразует механическую энергию от вращающегося привода в поступательную, которая что-то перемещает. Например — поднимает кузов прицепа.
Конструкций и типов гидравлических насосов существует множество, но принцип работы для них един – вытеснение жидкости именно поэтому их еще называют объемными.
Классифицируются они по принципу вытесняющего жидкость элемента, а этим элементом является:
- 1. Поршень (насосы ручные, аксиально-поршневые, радиально-поршневые)
- 2. Шестерня (насосы шестеренные и шнековые)
- 3. Пластина (насосы пластинчатые однократного или двойного действия)
В системах гидрофикации самосвалов и прицепов наиболее часто применяются насосы шестеренные, которые еще называют роторными гидромашинами. В них рабочими элементами, которые осуществляют вытеснение жидкости, являются две вращающиеся шестерни.
Основными типами шестеренных насосов являются:
- шестеренные насосы внешнего зацепления
- шестеренные насосы внутреннего зацепления.
- героторные насосы (частный случай шестеренного насоса внутреннего зацепления)
- винтовые насосы (условно)
Шестеренные насосы имеют исключительно широкое применение в гидросистемах с давлением до 20 МПа. Это различная сельскохозяйственная, строительная и дорожная техника, мобильная гидравлика, системы смазки, гидроприводы в механизмах более сложных гидросистем.
Причины столь широкого применения шестеренных насосов совершенно объективны: простота конструкции, компактность и малый вес. Однако, расплатой за простоту конструкции становится снижение КПД (не превышает 0,85) и уменьшение ресурса при давлениях, превышающих 15МПа.
Шестеренные насосы внешнего зацепления
Основным элементом шестеренных насосов внешнего зацепления являются две синхронные шестерни. При их вращении шестерен жидкость во впадинах зубьев переносится из зоны всасывания в зону нагнетания.
«Фокус» в том, что поверхности зубьев А1 и А2 вытесняют при вращении шестерен больше жидкости чем может поместиться в пространстве, освобождаемом зубьями B1 и B2. Разность объемов и создает то самое давление нагнетания, которое формируется в зоне нагнетания.
К сожалению, такая простота не совсем безобидна — в месте зацепления шестерен (при работе насоса) образуются области так называемого «запертого» объема, что приводит к пульсации давления на выходе насоса.
Частично проблему пульсаций решает применение с косым и шевронными зубьями, но с ними есть свои сложности: у косозубой конструкции возникает дополнительная осевая сила , требующая включение в такую конструкцию упорных подшипников (это удорожание, усложнение, снижение ресурса). Этот минус нивелируют в насосах с шевронным зубом, где осевая сила компенсируется формой зуба, а уровень пульсаций на выходе столь же мал, как и у предыдущей схемы.
Резюмируя:
Шестеренные насосы внешнего зацепления хороши тем, что просты, недороги, работают с частотой вращения до 5000 об/мин. Их недостатками являются пульсация давления на выходе, не очень хороший КПД и сравнительно низкое выходной давление.
Шестеренные насосы внутреннего зацепления
Стоит сразу сказать, что отличительной особенностью таких устройств является ощутимо меньший уровень пульсаций и, в результате, невысокий уровень шума. Это свойство позволяет комфортно использовать шестеренные насосы внутреннего зацепления в стационарных машинах и механизмах и для техники, работающей в замкнутых пространствах.
Принцип работы шестеренного насоса с внутренним зацеплением базово схож с принципом работы предыдущего, представляя перенос жидкости во впадинах шестерен из зоны всасывания в зону нагнетания, но в этом насосе зубья шестерен не входят в зацепление.
В зоне всасывания вращением шестерен объем камеры, образованной зубьями и серпообразным разделителем, увеличивается. Происходит наполнение рабочей камеры жидкостью, из которой жидкость уже вытесняется в зону нагнетания, поскольку при вращении шестерен объем камеры в этой зоне наоборот — уменьшается.
В итоге: мы получаем насосы с простой конструкцией, низким уровнем шума, недорогие, с частотами вращения до 4000 об/мин. Однако, эта конструкция тоже не избавилась от минусов насосов внешнего зацепления – КПД и рабочие давления по-прежнему не высоки.
Героторные насосы
Это разновидность шестеренных насосов с внутренним зацеплением, но в отличии от стандартной схемы в них нет . Отличие от классической конструкции шестеренного насоса с внутренним зацеплением состоит в отсутствии серпообразного разделителя полостей всасывания и нагнетания, который специальным профилем.
Форма профиля такова, что в зоне, где должен был бы находиться серпообразный разделитель, обеспечивается постоянный контакт шестерен. В остальном принцип работы этого насоса не отличается от обычного (с внутренним зацеплением).
Такие насосы обычно применяют для невысоких давлений (до 150 Бар), подачи до 120 л/мин. И с частотами вращения составляют не более 1500 об/мин.
Достоинства — простота и низкошумность, а недостатки – опять-таки КПД и относительно высокая стоимость.
Роторно-винтовые насосы
Разновидностью шестеренного насоса так же можно считать винтовые насосы. Их рабочие элементы можно представить в виде косозубых шестерен с количеством зубьев равному числу заходов винтовой нарезки.
Основным преимуществом этих насосов является отличная равномерность подачи, а, следовательно, и низкий уровень шума.
Еще одно важнейшее рабочее свойство — его способность перекачивать жидкости с твердыми включениями, при этом давление достигает 200 Бар с частотами вращения до 1500 об/мин.
Конструкция таких насосов сложна, поэтому мало распространена и применяется в достаточно специфичных гидросистемах. Существуют как двух, так и трехвинтовые конструкции насосов.
Как уже отмечалось, основными достоинствами винтовых насосов становятся малошумность и равномерность подачи (отсутствие значительных пульсаций). Недостатком стала дороговизна при невысоком КПД.
Шестеренные насосы (НМШ, Ш, БГ, Calpeda: IM 25/4)
Шестеренные самовсасывающие насосы UP на 12 вольт и 24 вольта предназначены для перекачивания дизельного топлива, масла, воды (в т.ч. морской), антифризов без абразивных частиц. Насосы выпускаются в следующих модификациях:
— «UP» — насос для жидких веществ, с вязкостью до 100 мПа*с. Обороты электродвигателя до 3000 об/мин. В комплекте идет фильтр.
— «UP/OIL» — насос для жидкостей средней вязкости (до 500 мПа*с). Обороты электродвигателя до 1500 об/мин. Поставляется без фильтра на входе.
— «UP9/E-BR_12/24V» — гибридный насос с питанием как на 12, так на на 24В. Имеет в комплекте пульт перключения режимов работы жидкие/вязкие жидкости. В насосе утановлен датчик давления, позволяющий оптимизировать работу насоса (автоматически снижает обороты при перекачивании вязких жидкостей, подстраивает работу насоса в зависимости от гидравлического сопротивления магистрали).
Насос имеет защиту КЗ в цепи, перегрузки, сухого хода. На датчике давления есть 2 светодиода для индикации состтояния работы насоса.
В комплекте идет фильтр.
— «UP6/E_12/24V» — гибридный насос с питанием как на 12, так на на 24В для перекачки дизельного топлива, воды, масел с электронным датчиком давления.
Может работать в автоматическом режиме при использовании с раздаточным пистолетом (при закрытии пистолета насос остановится).
Обеспечивает защиту от сухого хода, перегрузки, короткого замыкания в цепи питания.
Может использоваться совместно с панелью управления PCS 12/24В (приобретается отлельно) для индикации режимов работы, дистанционного управления и перезапуска насоса при наличии ошибки (при срабатывании защиты). В комплкте с насосом поставляется фильтр.
— «UP9-XA» — насосы с проточной частью из нержавейки AISI 316, с шестернями из тефлона (PTFE). Уплотнение вала — витон. МОгут применяться для химически активных жидкостей, не аграссивных к материалам насоса.
— «UP3/A» — насос с реле давления. Корпус из бронзы, шестерни из PTFE. Может рименяться для перекачивания морской и пресной воды на судах в автоматическом режиме. Для правильной работы необходимо испльзовать насос с гидроаккумулятором (в комплект поставки не входит).
Высота самовсасывания — до 1,5 метров. Гидравлическая часть насоса УП выполнена из бронзы (или из бронзы с покрытием никелем), вал — из нержавеющей стали.
Насосы снабжены штуцерами для подключения шлангов. По габаритам насосы UP — маленькие. ВНИМАНИЕ! При использовании насосов обязательно установите предохранитель!
ВНИМАНИЕ! Режим работы насоса периодический — 20-30 минут работа, затем перерыв для охлаждения э/д.
Насосы шестеренчатые с внутренним зацеплением шестерен
Шестеренчатые насосы получили широкое распространение в области перекачивания высоковязких жидкостей (с температурой до 250°C и вязкостью 250 000 сСт), таких как пищевые масла, жиры, шоколадная масса, краски, лаки, бытовая химия, нефтепродукты и т. д.
В случае необходимости для предотвращения нежелательного нарастания давления насос шестеренчатый обеспечивается специальными шестеренчатыми клапанами, а также комплектуются охлаждающими / нагревательными рубашками для уплотнения вала и насосного узла.
Наиболее важные особенности шестеренчатых насосов:
- Равномерный поток
- Простое обслуживание
- Высокая производительность
- Перекачивание разнородных жидкостей
- Прочная конструкция
- Простой уход
- Простая конструкция (два движущихся элемента)
- Перекачивание жидкостей различной вязкости
Принцип действия шестеренчатых насосов:
Ротор (1), сидящий на валу привода, приводит в движение ведомую шестерню (2), которая крепится к корпусу насоса. Из-за эксцентрического положения ведомой шестерни (2), опирающейся на «полумесяц» (3), внутри ротора (2), при вращении создается изменение объема между зубьями шестерен, что создает всасывание жидкости.
Жидкость перемещается к выходу насоса и вытесняется из зазора между шестернями. Такой принцип действия обеспечивает всасывающую способность насоса, отсутствие противотока жидкости, ровный поток без пульсации на выходе насоса.
Описание шестеренчатого насоса Victor Pumps:
Насос шестеренчатый Victor Pumps рассчитан на постоянную работу в течение нескольких лет. Благодаря малому количеству изнашиваемых элементов насос имеет низкую стоимость эксплуатации. Конструкция насоса позволяет производить осмотр и замену деталей без отсоединения насоса от трубопровода и без использования специальных инструментов.
Шестеренчатые насосы Victor Pumps могут оснащаться различными типами торцевых уплотнений или магнитной муфтой, в зависимости от перекачиваемой жидкости.
Характеристики:
| Модель | Расход (л/оборот) | Присоединительные размеры | Вязкость, cSt (mm2/s) | Об/мин | Расход (м3/час) | Необходимая мощность кВт, при | Вес, кг | ||
| 4 бара | 8 бар | ||||||||
| мм | дюйм | ||||||||
| R 35 | 0,043 | 40 | 11/4” | 200 | 1450 | 3,7 | 1,4 | 1,7 | 11 |
| 4000 | 720 | 1,9 | 1,2 | 1,4 | |||||
| 25000 | 450 | 1,2 | 1 | 1,2 | |||||
| R 40 | 0,08 | 40 | 11/4” | 200 | 1450 | 7 | 2 | 2,8 | 12 |
| 4000 | 720 | 3,5 | 1,6 | 2 | |||||
| 25000 | 450 | 2,2 | 1,3 | 1,6 | |||||
| R 50 | 0,22 | 50 | 2” | 200 | 960 | 12,6 | 3 | 4,5 | 32 |
| 4000 | 560 | 7,5 | 2,7 | 3,6 | |||||
| 25000 | 355 | 5 | 2,2 | 2,8 | |||||
| R 65 | 0,48 | 65 | 21/2” | 200 | 720 | 20,5 | 5,6 |
|
46 |
| 4000 | 450 | 13 | 5 | ||||||
| 25000 | 280 | 8,3 | 3,6 | ||||||
| R 80 | 1,15 | 80 | 3” | 200 | 630 | 43 | 8,9 |
|
84 |
| 4000 | 400 | 28 | 9,1 | ||||||
| 25000 | 250 | 18 | 7,5 | ||||||
| R 105 | 2,25 | 100 | 4” | 200 | 560 | 75,5 | 15 |
|
152 |
| 4000 | 355 | 49 | 16 | ||||||
| 25000 | 244 | 31,3 | 14,3 | ||||||
| R 151 | 3,8 | 150 | 6” | 200 | 500 | 114 | 20,7 |
|
240 |
| 4000 | 315 | 73 | 21,6 | ||||||
| 25000 | 200 | 47 | 19 | ||||||
| R 180 | 6,8 | 150 | 6” | 200 | 400 | 163 | По запросу | ||
| 4000 | 250 | 102 | |||||||
| 25000 | 160 | 65 | |||||||
| R 200 | 14 | 200 | 8” | 200 | 315 | 265 | По запросу | ||
| 4000 | 200 | 168 | |||||||
| 25000 | 125 | 105 | |||||||
| R 250 | 21 | 250 | 10” | 200 | 280 | 350 | По запросу | ||
| 4000 | 180 | 230 | |||||||
| 25000 | 112 | 140 |
Варианты расположения входа / выхода:
Область применения:
Шестеренчатые насосы с внутренним зацеплением применяются во всех отраслях промышленности. Они отлично зарекомендовали себя как для перекачки низковязких жидкостей, так и высоковязких, от шоколада до топлива и масла. Шестеренные насосы имеют прочную конструкцию для обеспечения долгого срока эксплуатации.
♦ Химическая промышленность – шестеренчатые насосы отлично справляются с перекачкой вязких жидкостей. Эти насосы служат для циркуляции и подачи изоцианов и полиолов, которые входят в состав полиуретановых пен и силиконов. Также шестеренчатые насосы применяются для перекачки щелочей, синтетических жидкостей, жидкого стекла или хозяйственных товаров — мыла, шампуня, эмульсий, кремов.
♦ Пищевая промышленность – шестеренчатые насосы используются для перекачивания растительных и животных жиров, желатина, шоколада, какао, масла. Также эти насосы используют для перекачивания сливочного масла, шоколада, карамели, желе, пудинга, меда, сливок, сироп глюкозы и др.
♦ Нефтехимическая промышленность – шестеренчатые насосы имеют широкое применение в аппликациях, связанных с продуктами нефтехимической промышленности.
Высокопроизводительные насосы можно использовать для загрузки и разгрузки цистерн, для транспортировки минерального масла, асфальта, асфальтовой эмульсии.
Насосы с меньшей производительностью могут работать при перекачке этих жидкостей между емкостями.
♦ Лакокрасочная промышленность – шестеренчатые насосы идеально справляются с перекачиванием различных пигментов и других компонентов красок.
Работа самовсасывающего шестеренного насоса VictorPump
Конструкция шестеренчатого насоса с внутренним зацеплением DESMI ROTAN (Дания)
Основными агрегатами, определяющими надежность и ресурс работы всей гидравлической системы, являются насосы. Требования, предъявляемые к насосам гидравлических систем, сводятся к обеспечению заданных требований по производительности при минимальном весе и габаритах, максимального КПД, минимальной трудоемкости изготовления, простоты обслуживания, надежности работы, увеличения ресурса.
Типы шестеренчатых насосов. Преимущества и недостатки
Шестеренчатые (шестеренные насосы) существуют двух типов: внешнего и внутреннего зацепления.
Наибольшее распространение получили насосы первого типа, которые состоят из пары зацепляющихся цилиндрических шестерен, помещенных в плотно обхватывающий их корпус, имеющий каналы в местах входа в зацепление и выхода из него, через которые осуществляется всасывание и нагнетание жидкости.
Однако шестеренные насосы с внешним зацеплением имеют ряд недостатков, а именно: высокие шумовые характеристики и большие массогабаритные размеры по сравнению с насосами внутреннего зацепления. Поэтому большой практический интерес представляют насосы с внутренним зацеплением.
Ярким представителем данного класса является оборудование DESMI ROTAN (Дания), которое широко представлено на сайте «Промышленный импорт». По сравнению с шестернями внешнего зацепления они отличаются компактностью и малыми габаритами. Преимуществом этих насосов является также симметричное расположение приводного вала относительно корпуса.
Устройство и принцип действия насосов с внутренним зацеплением
Принцип действия шестеренчатых насосов с внутренним зацеплением такой же, как и насосов с шестернями внешнего зацепления.
Жидкость, заполняющая межзубовые впадины шестерен, переносится в полость нагнетания, где и выдавливается.
Вопросы профилирования шестерен, а также проектирования и расчета шестеренных насосов с внутренним зацеплением в научно-технической литературе практически не освещены. Имеются лишь некоторые рекомендации.
Насос с внутренним зацеплением роторов является гидравлической машиной объёмного принципа действия. Перекачка и повышение давления жидкости (масла) в насосе осуществляется путём одновременного совместного вращения ротора и внутренней шестерни, находящихся во взаимном зацеплении. Конструктивная схема шестеренного насоса DESMI представлена на рис. 1.
Рис. 1 — Конструктивная схема маслонасоса: 1 – внутренняя шестерня; 2 – наружная шестерня; 3 – серповидный сегмент; А – перевальный объем.
Наружная шестерня ротора имеет 11 зубьев, а внутренняя шестерня 8. Наружная и внутренняя шестерня имеют зубья, находящиеся во взаимном зацеплении.
Единовременно в зацеплении находится не более двух пар зубьев в теоретическом и одной пары в действительном профилях.
Это объясняется потребностью в занижении координат действительного профиля и принудительному введению профильных зазоров с целью компенсации производственных погрешностей изготовления, а также тепловых деформаций шестерен в процессе работы насоса.
Исследованная конструкция маслонасоса по принципу действия является машиной внешнего сжатия. Перевальный объём, в котором жидкость переносится со стороны всасывания на сторону нагнетания, образован пространством А, заключённым между зубьями наружной шестерни ротора 2 и внутренней шестерни 1.
Всасывание происходит в момент образования перевального объема при выходе зубьев из зацепления. Прирост давления в перевальном объёме происходит в момент его сообщения с полостью нагнетания.
При входе зубьев в зацепление перевальный объем А начинает уменьшаться, вследствие чего происходит выдавливание из него нагнетаемой жидкости (масла).
Для изолирования стороны нагнетания от стороны всасывания в конструкции маслонасоса предусмотрен серповидный сегмент 3, верхняя часть которого очерчивается по выступам внутренней шестерни, а нижняя по впадинам наружной шестерни ротора с учётом эксцентриситета е осей вращения роторов.
Ротор 5 является ведущим звеном (см. рис. 2) и опирается в корпусе 3 на подшипник скольжения 6 и подшипник качения 10. Внутренняя шестерня 4 вращается на оси 2, которая запрессована в крышке 1 с эксцентриситетом.
В пару трения: ось – закаленная втулка, запрессованная во внутреннюю шестерню, постоянно подается масло.
При вращении ротора 5 насоса через упругую муфту от электродвигателя приводится во вращение и внутренняя шестерня 4. Масло из полости всасывания попадает в пространство между зубьев наружной шестерни ротора 5 и внутренней шестерни 4 и переносится в полость нагнетания с некоторым избыточным давлением.
На валу ротора расположено торцовое уплотнение 11. Для охлаждения и смазки уплотнения, а также для циркуляции масла в верхней части корпуса имеется штуцер 14, который соединен со всасывающим трубопроводом.
Всасывающая и нагнетательная полости заканчиваются фланцами, к которым присоединены соответствующие трубопроводы.
Рис. 2 — Насос внутреннего зацепления: 1- передняя крышка; 2 – ось; – корпус; 4 – внутренняя шестерня; 5 – ротор; 6 — подшипник скольжения; 7– корпус подшипников качения; 8 – задняя крышка; 9 – манжета; 10 – подшипники качения; 11 – уплотнение; 12,14 – штуцер; 13 – основание
Основной задачей проектирования и совершенствования шестеренных насосов является задача профилирования рабочих поверхностей его роторов. Ниже представлена инженерная методика расчета координат сопряженных профилей, основанная на теореме зацепления.
При профилировании шестерен один из профилей принимается исходным для расчёта координат ответного профиля.
В качестве исходного принят профиль внутренней шестерни, поверхность контакта которой образована отрезком прямой ГД (см. рис. 1).
Данное конструктивное решение также продиктовано необходимостью облегчения технологии изготовления шестерен, т.к. в этом случае координатной поверхностью является только поверхность ответной шестерни.
На рис. 1 приняты следующие обозначения: da1 наружный диаметр вершин зубьев, df1 диаметр впадин, d1 делительный диаметр. Точка Р полюс зацепления. Его координаты определяются исходя из следующих соотношений – число зубьев наружной шестерни; ZB – число зубьев внутренней шестерни.
шестерен; i передаточное отношение i=ZH/ZB; ZH Делительный диаметр определяется исходя из эксцентриситета делительных окружностей роторов и передаточного отношения .Профиль внутренней шестерни задается ко-ординатами крайних точек отрезка ГД: (XГYГ);(XГYГ).
Ответный теоретический профиль наружной шестерни является огибающим к профилю внутренней шестерни и для его нахождения используется метод профильных нормалей.
Положение точек Г и Д при любом угле поворота внутренней шестерни определяется следующими соотношениями Уравнение прямой, проходящей через две заданные точки для данного угла поворота, примет вид: X( ) X К ( )•cos(- ) (Y ( ) e)•sin(- ). Уравнение (6) представляет собой семейство нормалей к прямой. Искомая нормаль проходит через полюс зацепления (т.е.
проходит через точку, удовлетворяющую условию (1)). Координаты точки контакта [ХК( );YК( )] (точки, одновременно принадлежащей паре зубьев шестерен) находятся путем совместного решения уравнений (5) и (6). Найденные значения находятся в системе координат внутренней шестерни.
Их пересчёт в систему координат наружной шестерни осуществляется по следующим зависимостям i К i (7)) (Y ( ) e)•cos(Y( ) -X К ( )•sin(-i К i Система уравнений (7) позволяет получить массив точек X и Y, соответствующих различным значениям угла поворота внутренней шестерни, при этом условия ограничения поиска примут вид df1 X2 Yd (8)К Ка1 . По изложенной методике был выполнен расчёт координат теоретического профиля зубьев ротора, обкатываемого внутренней шестерней, конструкция которого представлена на рис. 3
Рис. 3 — Расчётная схема внутренней шестерни. При расчёте принималось передаточное от-ношение i= 118 , расчётный участок профиля представлен на рис. 4.
Рис. 4 — Расчётный участок сопряженного профиля зуба.
Данный метод позволяет получить как теоретический, так и действительный профили. Действительные профили отличаются по своим размерам от теоретических в связи с необходимостью иметь гарантированные зазоры между роторами. Исходными для построения действительных профилей, как правило, являются профили теоретические.
КНИТУ, 2007 год
Загрузка...
