Шестеренный насос: устройство и принцип работы

Содержание:
Насос с зубчатой передачей - это насос прямого вытеснения (ПВ). Он перемещает жидкость, многократно закрывая фиксированный объем с помощью блокирующих зубьев или зубчатых колес, механически перемещая его с помощью циклического действия насоса. Он обеспечивает плавный безимпульсный поток, пропорциональный скорости вращения его зубчатых колес.





Принцип работы 

В насосах с зубчатой передачей для перемещения жидкостей используются вращающиеся зубья или шестерни. Вращающийся элемент образует жидкое уплотнение с корпусом насоса и создает всасывание на входе насоса. Жидкость, втягиваемая в насос, заключена в полости его вращающихся шестерен и передана на слив. Существует два основных варианта шестеренного насоса: с внешним и внутренним зацеплением.



Шестеренный насос с внешним зацеплением

Внешний шестеренный насос состоит из двух одинаковых блокирующих шестерен, поддерживаемых отдельными валами. Как правило, одна шестерня приводится в движение второй.

Жидкость течет в полости и захватывается зубьями шестерни, поскольку шестерни продолжают вращаться против корпуса насоса. Захваченная жидкость перемещается из впускного отверстия в слив вокруг кожуха.

Когда зубья зубчатых колес блокируются на стороне нагнетания насоса, объем уменьшается, и жидкость вытесняется под давлением.





Жидкость не передается обратно через центр, между шестернями, потому что они заблокированы. Строгие допуски между шестернями и корпусом позволяют насосу развивать всасывание на входе и предотвращают утечку жидкости со стороны нагнетания (хотя утечка более вероятна при жидкостях с низкой вязкостью).

В конструкциях шестеренных насосов с внешним зацеплением могут использоваться цилиндрические или елочные передачи.



Шестеренный насос с внутренним зацеплением

Внутренний шестеренный насос работает по тому же принципу, но две блокирующие шестерни имеют разные размеры, одна вращается внутри другой. Большая шестерня ( ротор ) представляет собой внутреннюю шестерню, то есть зубья выступают изнутри. Внутри него находится смещенная от центра внешняя шестерня меньшего размера (холостой ход - приводится в движение только ротор). Это разработано для зацепления с ротором так, чтобы зубья зубчатого колеса зацеплялись в одной точке. Шестерня и втулка, прикрепленные к корпусу насоса, удерживают холостой ход. Неподвижная перегородка или распорка в форме полумесяца заполняет пустоту, создаваемую смещенной от центра монтажной позицией натяжного ролика, и действует как уплотнение между впускным и выпускным отверстиями.

Поскольку шестерни выходят из сетки на входной стороне насоса, они создают расширенный объем. Жидкость течет в полости и захватывается зубьями шестерни, поскольку шестерни продолжают вращаться относительно корпуса и перегородки насоса.

Захваченная жидкость перемещается из впускного отверстия в слив вокруг кожуха.

Когда зубья зубчатых колес блокируются на стороне нагнетания насоса, объем уменьшается, и жидкость вытесняется под давлением.

В конструкциях внутренних зубчатых насосов используются только цилиндрические зубчатые колеса.



Основные характеристики и преимущества шестеренного насоса 

Шестеренные насосы компактны и просты с минимальным количеством движущихся частей. Они не могут создавать высокое давление, как поршневые насосы, но имеют более высокое давление и пропускную способность, чем центробежные насосы. Шестеренные насосы особенно подходят для перекачки масел и других высоковязких жидкостей. Масляный насос в двигателе автомобиля имеет именно такую конструкцию и работает без вмешательства практический весь срок службы автомобиля.

Наружные шестеренные насосы способны выдерживать более высокое давление (до 200 бар) и скорости потока благодаря более жесткой опоре вала и более жестким допускам. Внутренние шестеренные насосы обладают лучшими возможностями всасывания и подходят для жидкостей с высокой вязкостью. Поскольку производительность прямо пропорциональна скорости вращения, шестеренные насосы обычно используются для дозирования и смешивания. Шестеренные насосы могут быть разработаны для работы с агрессивными жидкостями. Хотя они обычно изготавливаются из чугуна или нержавеющей стали, новые сплавы и композиты позволяют насосам обрабатывать агрессивные жидкости, такие как серная кислота, гипохлорит натрия, хлорид железа и гидроксид натрия.



Внешние шестеренчатые насосы используются в тяжелой технике для обеспечения работы гидравлики. При вращении шестеренчатого насоса в обратном направлении с использованием масла, закачиваемого из другого места, создается гидравлический двигатель.

Каковы ограничения шестеренного насоса?

Шестеренные насосы являются самовсасывающими и могут работать всухую, хотя их характеристики улучшаются, если шестерни смачиваются. Зубчатые колеса должны быть смазаны перекачиваемой жидкостью и не должны работать всухую в течение длительных периодов времени. Некоторые конструкции шестеренных насосов могут работать в любом направлении, поэтому один и тот же насос можно использовать, например, для загрузки и разгрузки.

Тесные допуски между шестернями и корпусом означают, что насосы этих типов подвержены износу, особенно при использовании с абразивными жидкостями или материалами, содержащими захваченные твердые частицы. Тем не менее, некоторые конструкции шестеренных насосов, особенно внутренние варианты, допускают обращение с твердыми частицами. Внешние шестеренные насосы имеют четыре подшипника в перекачиваемой среде и жесткие допуски, поэтому они меньше подходят для работы с абразивными жидкостями. Внутренние шестеренные насосы более надежны, поскольку в жидкости работает только один подшипник (иногда два). На шестеренчатом насосе всегда должен быть установлен фильтр на стороне всасывания, чтобы защитить его от крупных, потенциально повреждающих твердых частиц.

Как правило, если ожидается, что насос будет обрабатывать абразивные твердые частицы, рекомендуется выбирать насос с большей производительностью, чтобы он мог работать на более низких скоростях для уменьшения износа. Однако следует иметь в виду, что объемный КПД шестеренного насоса снижается при более низких скоростях и расходах. Шестеренный насос не должен работать слишком далеко от рекомендуемой скорости.

Для высокотемпературных применений важно убедиться, что диапазон рабочих температур соответствует спецификации насоса. Тепловое расширение корпуса и зубчатых колес уменьшает зазоры внутри насоса, что также может привести к повышенному износу и, в крайнем случае, к отказу насоса.

Несмотря на лучшие меры предосторожности, шестеренные насосы, как правило, со временем подвержены износу шестерен, корпуса и подшипников. По мере увеличения зазоров происходит постепенное снижение эффективности и увеличение проскальзывания потока: утечка перекачиваемой жидкости из нагнетания обратно на сторону всасывания. Смещение потока пропорционально кубу зазора между зубьями зуба и кожухом, поэтому на практике износ имеет небольшой эффект, пока не будет достигнута критическая точка, из-за которой рабочие характеристики быстро ухудшаются.

Шестеренные насосы продолжают нагнетать противодавление и, если они подвергаются блокировке ниже по потоку, будут продолжать повышать давление в системе до тех пор, пока не выйдет из строя насос, трубопровод или другое оборудование. Хотя большинство шестеренных насосов по этой причине оборудованы предохранительными клапанами, всегда рекомендуется устанавливать предохранительные клапаны в других частях системы для защиты оборудования, расположенного ниже по потоку.

Насосы с внутренним зацеплением, работающие на низкой скорости, обычно предпочтительнее для чувствительных к сдвигу жидкостей, таких как продукты питания, краски и мыло. Более высокие скорости и меньшие зазоры конструкций внешних зубчатых передач делают их непригодными для этих применений. Насосы с внутренним зацеплением также предпочтительны, когда гигиена важна из-за их механической простоты и того факта, что их легко снять, очистить и собрать.

Основные области применения шестеренных насосов 

Шестеренные насосы обычно используются для перекачки высоковязких жидкостей, таких как масло, краски, смолы или пищевые продукты. Они предпочтительны в любом применении, где требуется точное дозирование или выход высокого давления. На производительность шестеренного насоса давление не оказывает сильного влияния, поэтому они также имеют тенденцию быть предпочтительными в любой ситуации, когда подача нерегулярна.



Шестеренный насос - устройство, принцип работы, применение - видео



Шестерённые насосы и их виды - видео