Принцип действия шестеренного насоса

Шестеренные насосы применяются преимущественно для перекачки достаточно вязких сред: масло, топливо. В этих условиях они обеспечивают высокую эффективность, стабильную подачу, что важно для смазочных систем оборудования и машин.

В этой статье разберем принцип действия шестеренного насоса, рассмотрим виды этих агрегатов и особенности их выбора.

Особенности конструкции и принцип действия

Для начала разберемся с названием типа этих агрегатов. Если в интернет-поисковике запросить данные по запросу «насос шестеренчатый как работает, принцип действия», он выдаст статьи, посвященные шестеренным. Последнее название считается технически более правильным, так как оно закреплено в ГОСТ 19027-89. Стандарт регламентирует основные типоразмеры этих агрегатов и правила их маркировки, к которым мы вернемся позже.

Принцип работы шестеренного насоса состоит в принудительном прокачивании жидкой вязкой среды через систему двух шестерен, находящихся в зацеплении. Одна из них является ведущей. Ее вал приводится в движение двигательной установкой. Вторая шестерня — ведомая. Она вращается на валу свободно, за счет подаваемого через зубчатую передачу крутящего момента от первой.

Существует два способа взаимного расположения шестерен в механизме. В зависимости от их выбора производителем устройство шестеренного насоса и принцип его действия различается:

• При внешнем зацеплении шестерен их валы располагают параллельно. Эти рабочие элементы вращаются во встречном направлении. Одна шестерня крутится по часовой стрелке, вторая — против нее.

• При внутреннем зацеплении валы также параллельны. Но шестерни устанавливаются разного размера. Ведущая выполняется меньшей по диаметру. Зубья расположены с внешней ее стороны. Вторая — больше по размеру. Зубья располагают внутри, по кольцу.

Наиболее распространенный по принципу работы и устройству масляный шестеренчатый насос НШ — с внешним зацеплением шестерней. Именно такой тип описывает ГОСТ. Такие модели с различным объемом камеры можно встретить в гидравлических, смазочных системах оборудования, машин.

Как работает насос с двумя шестернями

Рассмотрим, как работает шестеренный насос с двумя шестернями, при внешнем зацеплении зубцов. Камера представляет собой герметичную капсулу с двумя отверстиями. Они располагаются напротив места зацепления шестерней, с противоположных сторон.

Работа шестеренчатого насоса начинается в момент подачи крутящего момента на вал ведущей шестерни. Если на входное отверстие жидкая среда подана с определенным давлением, то зубья захватывают жидкость. Они направляют ее по внешней дуге к выходному патрубку.

В области всасывания образуется разряжение. В зоне нагнетания давление увеличивается. Поскольку шестерни при вращении подают в нее жидкую среду с двойной производительностью. На выходе из агрегата образуется напор.

Отдельно стоит оговорить «сухой» старт. С одной стороны, наличие среды в камере — важный момент принципа действия шестеренчатого насоса для масла. При долгой работе механизма перекачиваемая жидкость смазывает шестерни, отводит образующееся тепло.

С другой, при вращении шестерен без масла разрежение в зоне всасывания камеры также образуется. Существуют модели, создающие вакуум с напряжением, достаточным для подъема жидкости на 5 метров, Они используются для перекачки горючего, других продуктов нефтепереработки. Но даже в такой модификации длительная работа шестеренчатого масляного насоса без перекачиваемой среды в камере запрещена. Она ведет к перегреву, заклиниванию конструкции.

Отметим, что выше разобран только один из существующих вариантов устройства и принципов действия шестеренчатого насоса. Хотя он и является наиболее распространенным, но не единственным. Производитель может менять:

• Форму зубцов узких шестерен и выполнять на них канавки, добиваясь оптимального режима эвакуации жидкой вязкой среды из «запертого объема». Так называется область, возникающая в месте зацепления. Запертый между шестернями объем жидкости создает сопротивление вращению. Проблема «запертого объема» общая для всех использующих аналогичный принцип работы и устройство шестеренчатых насосов.

• Размеры шестерней. В частности, есть модели с широкими шестернями. Что позволяет увеличивать перекачиваемый объем в единицу времени. Зубья имеют выраженную спиралевидную форму. Что также служит для оптимизации потока жидкой среды при перекачке.

• Форму рабочих вращающихся в камере элементов. Существуют модели, шестерни которых имеют всего 2-3 зубца. Принцип действия шестеренчатого насоса сохраняется. Эти рабочие элементы находятся во внешнем зацеплении. Один ведущий, второй — ведомый. Но агрегат становится менее критичным к наличию в перекачиваемой жидкости плотных сгустков.

Способы монтажа

Независимо от устройства и принципа работы насос шестеренный может быть рассчитан на три основных способа монтажа:

• Для самостоятельной установки. В частности, в ГОСТ описана модель НМШ — агрегат, выполненный на лапах.

• Для врезки в трубопровод. Широкое распространение получили модели с обозначением НМШФ. Буква «Ф» указывает на наличие фланцев на корпусе агрегата.

• С возможностью подогрева/охлаждения. Модель маркируется НМШГ. Отличается от базовых агрегатом наличием контура в корпусе, по которому может циркулировать теплоноситель или охлаждающая жидкость. В частности, НМШГ могут применяться для транспортировки вязких и нагретых до экстремальных температур сред.

Правила выбора модели шестеренного насоса

Как и для других агрегатов, для шестеренных насосов разработана система образования названий модели. Она позволяет покупателю понять основные технические характеристики агрегата. Для насосов шестеренчатого принципа действия, соответствующих ГОСТ 19027-89, эти правила выглядят следующим образом:

• Типоразмер. Определяется в буквенно-цифровой комбинации. Например, НМШ2-40. Использование типоразмера позволяет максимально точно подобрать аналог вышедшему из строя агрегату.

• Буква, определяющая материал, из которого изготовлена проточная часть. Важный параметр для подбора модели исходя из агрессивности перекачиваемой среды. Наиболее часто встречаются агрегаты с буквами: «Б» — бронза, и «А» – сталь. Чугунные проточной части считаются базовой поставкой. В уточняющей букве не нуждаются.

• Конструктивное исполнение. Использование зависит от производителя. Завод «Взлет» указывает, в частности, исполнение по двигательной установке. 

• Климатическое исполнение. Базовой характеристикой считается У3. Если модель рассчитана на такой режим климатических условий эксплуатации и размещения, параметр в названии модели может не указываться.

Отметим, что цифровые группы в типоразмере также сообщают важные для инженера предприятия параметры. Первая определяет подачу в расчете на 100 оборотов вала. Параметр указывается в л/100 об. Вторая — максимальное давление, умноженное на 10. Указывается в МПа. Указание удельного значения подачи позволяет потребителю учитывать изменение показателя при различных скоростях вращения вала. Отметим, что номинальная частота вращения вала для каждого типоразмера приведена в ГОСТ.

Пример обозначения насосного оборудования

Подробно разберем название НМШ2-40-1,6/16(Б)-1 — масляного насоса с шестеренчатым принципом работы, разработанного заводом «Взлет».

• НМШ — агрегат без фланцев для монтажа. Цифра 2 соответствует подаче 1,6 м³/час при рекомендованной стандартом скорости вращения вала — 1450 об/мин. Она же указана в ГОСТ для этого типоразмера. Цифра 40 соответствует максимальному давлению 4 МПа. Что также совпадает с характеристиками типоразмера.

• 1,6 — подача в м³/час. Завод приводит ее значение в явном виде для удобства покупателя.

• 16 — рабочее давление на выходе из агрегата, кгс/см². Приводится оптимальная характеристика, при которой насос обладает максимальной эффективностью.

• 1 — исполнение. В данном случае указывает на использование электродвигателя. Исполнение также определяет положение вала по направлению перекачки — левое или правое.

• Б указывает на использование бронзы для изготовления проточной части. Базовой поставкой считается чугун. Если уточненная буква отсутствует в названии модели, перед нами модель с чугунной проточной частью.

• Поскольку изделие предназначено для климатического исполнения У3, дополнительных указаний в названии производитель не указывает.

Как и при выборе других моделей насосных агрегатов, следует учитывать, что подача и напор — связанные функциональной зависимостью величины. В карточке товара в каталоге завода и паспорте изделия приведен график.

Он позволяет подобрать модель оптимальной производительности (Q — на графике) и давления (p). Ориентироваться нужно на среднюю часть кривой. Она соответствует зоне, в которой агрегат работает наиболее эффективно.

Автор статьи: Александр Шихов