Основные сведения. Шестеренный насос относится к типу объемных насосов.

Шестеренный насос относится к типу объемных насосов.

Принцип действия всех объемных насосов заключается в вытеснении жидкости из рабочих камер вытеснителями (например, поршнями, пластинами и т.д.).

Объемные насосы делятся на два класса: поршневые и роторные, различие между которыми заключается в характере процесса вытеснения.

В поршневых насосах вытеснение производится из неподвижных рабочих камер в результате возвратно-поступательного движения вытеснителей.

В роторных насосах вытеснение жидкости производится из перемещаемых рабочих камер в результате вращательного или вращательно-поступательного движения вытеснителей.

Рисунок 24 – Полуконструктивная схема насосной установки

Шестеренный насос является одной из разновидностей роторных насосов. Как и любой другой роторный насос, шестеренный насос состоит из следующих основных частей (рис. 24): статора 1 (корпуса насоса), ротора 2 (ведущей шестерни) и вытеснителя 3 (ведомой шестерни). Рабочими камерами насоса являются впадины между зубьями шестерен, которые заполняются жидкостью при выходе зубьев шестерен из зацепления. Эта жидкость при вращении зубчатых колес переносится из полости всасывания в полость нагнетания, где вытесняется из впадин шестерен соответствующими зубьями.

Теоретическая (идеальная или геометрическая) подача любого объемного насоса определяется по формуле

, (21)

где: _н – частота вращения вала насоса;

– рабочий объем насоса или объем жидкости, подаваемый насосом в гидросистему за один оборот его вала без учета объемных потерь.

Величину для шестеренного насоса с достаточной степенью точности можно определить по формуле

где: – диаметр делительной окружности шестерни;

– высота зуба шестерни;

– ширина шестерни.

Теоретическая рабочая характеристика любого объемного (в том числе и шестеренного) насоса, построенная в соответствии с формулой (21), приведена на рис. 25а (пунктирная линия). Такой вид характеристики насоса указывает на то, что при отсутствии объемных потерь давление создаваемое насосом не оказывает влияния на величину его подачи .

В реальном же случае действительная подача насоса всегда меньше теоретической на величину расхода утечек жидкости через радиальные и торцевые зазоры в насосе

.

Так как в зазорах режим течения жидкости обычно ламинарный, то расход утечек пропорционален перепаду давления на насосе. Поэтому действительная рабочая характеристика объемного насоса имеет вид прямой, которая наклонена под некоторым углом к вертикали (сплошная линия на рис. 25а).

Как следует из приведенных характеристик у шестеренного насоса (как и у любого объемного насоса), создаваемое им давление при росте сопротивления в напорном трубопроводе может расти практически неограниченно, что неизбежно приведет к разрушению либо трубопровода, либо насоса. Поэтому в реальных гидросистемах для ограничения давления в напорном трубопроводе в непосредственной близости от любого объемного насоса устанавливается предохранительный или переливной клапан 4 (рис. 24). Устройство, состоящее из насоса и переливного клапана, называется насосной установкой.

Рисунок 25 – Рабочая характеристика объемного насоса (а) и насосной установки (б)

На рис. 25б в качестве примера приведена реальная рабочая характеристика насосной установки, включающей шестеренный насос и переливной клапан. Эта характеристика имеет вид ломанной кривой, состоящей из двух приблизительно прямолинейных участков. Участок АВ характеризует работу насосной установки при закрытом переливном клапане и поэтому является частью действительной характеристики насоса (сплошная линия на рис. 25а), а участок ВС – это результат совместной работы насоса и переливного клапана. Точка В определяет давление настройки переливного клапана, при достижении которого в напорном трубопроводе клапан начинает открываться и часть подачи насоса через клапан возвращается во всасывающий трубопровод или в гидробак. На участке ВС характеристики

,

где - расход жидкости через клапан.

Точка С характеризует давление , при котором вся подача насоса возвращается через клапан на вход насоса (в бак).

Обычно у объемных насосов диаметры всасывающего и напорного трубопроводов одинаковы, а работают они чаще всего, создавая высокие давления в напорном трубопроводе (10 - 20МПа и более), поэтому разность скоростных напоров и величину разряжения на входе в насос в формуле (16) можно не учитывать. Тогда напор насоса , а полезная мощность .

В объемных насосах гидравлические потери весьма малы и с достаточной степенью точности можно считать .

Поэтому полный к.п.д. .

При получении характеристик насосной установки как единого агрегата, состоящего из объемного насоса и переливного клапана, необходимо помнить, что к.п.д. этого агрегата резко уменьшается с момента начала перепуска жидкости переливным клапаном на слив и обращается в нуль, если вся подача насоса возвращается в бак через переливной клапан. При совместной работе насоса и переливного клапана объемный к.п.д. насосной установки определяется формулой:

,