9.2. Шестеренные насосы

И з всех роторных насосов шестеренные (зубчатые) имеют наиболее простую конструкцию. Они выполняются с шестернями внешнего или внутреннего зацепления. Наибольшее распростране­ние получили насосы с шестернями внешнего зацепления (рис. 1). Насос состоит из пары одинаковых шестерен 4 - ведущей и ве­домой, находящихся в зацеплении и помещенных в корпусе 1 насоса (статоре) с малыми торцовыми и радиальными зазорами. Ведущая шестерня приводится во вращение двигателем. При вра­щении шестерен в направлении, указанном на рисунке стрелками, жидкость, заполняющая впадины между зубьями, перемещается из полости 2 всасывания в полость 3 нагнетания. Так как крышка корпуса насоса достаточно плотно прилегает к торцам шестерен, то жидкость выжимается из впадин, когда зубья входят в зацеп­ление на противоположной нагнетательной стороне насоса.

Вследствие разности давлений р₁ на всасываемой и р₂ на на­гнетательной сторонах (р₂>р₁) шестерни подвергаются воздей­ствию радиальных сил, что может привести к заклиниванию ротора. Чтобы предотвратить чрезмерное увеличение давления в области нагнетания и образование вакуума на противоположной стороне при отходе зуба из впадин, в корпусе насосов выполняют разгру­зочные каналы для выравнивания давления. Для этих же целей могут служить каналы и в роторных шестернях, полученные свер­лением отверстий во впадинах зубьев.

В насосах высокого давления (свыше 10 МПа) торцовые за­зоры уплотнены специальными "плавающими" втулками, которые прижимаются к шестерням при повышенном давлении. Для повы­шения давления жидкости применяют многоступенчатые шесте­ренные насосы, в которых подача каждой последующей ступени меньше подачи предыдущей. Они развивают давление до 20 МПа.

Для увеличения подачи иногда используют насосы с тремя и более шестернями, размещенными вокруг центральной ведущей шестерни.

При определении подачи шестеренного насоса исходят из того, что каждый зуб вытесняет из соответствующей ему впадины объ­ем, равные bS, где b - длина стороны зуба; S — площадь его ра­бочей части, ограниченная начальной окружностью соседней шес­терни.

За один оборот обе шестерни подают в область нагнетания объем жидкости, равный V = 2bSz, где z - число зубьев шестерни. Тогда теоретическая подача шестеренного насоса с двумя шестер­нями (м³/с):

Q_т = bSzn/30. (1)

Площадь рабочей части зуба, выдавливающей жидкость, при­ближенно можно считать S = nD²/z², где D — диаметр началь­ной окружности шестерни.

Утечки жидкости учитывает объемный КПД _о= 0,8-0,95, тогда действительная подача (м³/с) равна:

Q_т = bD²n_о /(30z). (2)

Шестеренные насосы реверсивны, т. е. изменением направле­ния вращения шестерен в них можно изменить направление дви­жения потока жидкости в трубопроводах.

Шестеренные насосы применяют в различных гидросистемах металлорежущих станков, тракторов, строительно-дорожных ма­шин, для перекачивания вязких нефтепродуктов. Вы встретитесь с ними при изучении смазочных систем автомобильных и трактор­ных двигателей, металлорежущих станков, навесных гидросистем.

Шестеренные насосы с внутренним зацеплением еще более ком­пактны, чем с внешним. Они имеют лучшую всасывающую спо­собность, могут работать при больших частотах вращения, однако сложны в изготовлении и поэтому не получили широкого распро­странения.

Коловратные насосы также можно считать шестеренными, имеющими два или три зуба на каждом роторе. На рисунке 2 показан коловратный насос с двумя зубьями. Профили зубьев выполнены таким образом, чтобы они плотно замыкались между собой и со статором. При направлении вращения роторов, ука­занном на рисунке стрелками, объем правой камеры уменьшается и жидкость из нее вытесняется, а в левой происходит всасывание. Поскольку роторы не могут передавать крутящий момент внутри статора, то они соединены между собой шестеренной парой, рас­положенной за пределами корпуса насоса.

Коловратные насосы применяют для перекачки больших объемов очень вязких жидкостей при небольшом давлении: ка­менноугольных смол, битумов и т. п.