ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ №11
ВИВЧЕННЯ КОНСТРУКЦІЙ ТА ПРИНЦИПУ ДІЇ ШЕСТЕРЕННОГО НАСОСА. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ ШЕСТЕРЕННОГО НАСОСА
11.1 Мета і задачі
11.1.1 Вивчити конструкцію та принцип дії шестеренного насоса.
11.1.2 Ознайомитись з основними параметрами шестеренних насосів, які застосовуються в бурінні і нафтогазовидобуванні.
11.1.3 Вивчити правила експлуатації і обслуговування шестеренних насосів.
11.1.4 Розрахувати основні параметри шестеренного насоса.
11.2 Обладнання, моделі, макети та плакати
11.2.1 Стенд шестеренного насоса.
11.2.2 Альбом конструкцій шестеренних насосів.
11.2.3 Фільми, плакати та інші матеріали.
11.2.4 Настанови з експлуатації і обслуговування шестеренних насосів.
11.3 Теоретичні відомості
Найбільш поширені одноступеневі шестерінчасті гідромашини, які широко застосовуються в системах керування різноманітного обладнання та в їх системах мащення.
В цих гідромашинах практично відсутній ефект дії інерційних сил, в них можлива висока частота обертання (n=2500…4000 хв-1), мають малу металомісткість (1,1…1,8 кг/кВт), створюють високі тиски (10 МПа, рідше 10…20 МПа). Об’ємний ККД становить η0=0,87…0,9. Шестерінчасті гідромашини придатні для роботи на робочих рідинах в широкому діапазоні кінематичної в’язкості (γ = 10 … 80 сСт).
Основна група шестерінчастих насосів складається з двох прямозубих шестерінь зовнішнього зачеплення (рис. 1.1, а). Використовуються також і інші конструктивні схеми, наприклад, насоси з внутрішнім зачепленням (рис. 11.1, б), три- і більше шестерінчасті насоси (рис. 11.1, в).
|
|
А |
б |
|
|
в |
|
а – з зовнішнім зачепленням; б – з внутрішнім зачепленням;
в – тришестерінчастий
Рисунок 11.1 – Схеми шестерінчастих насосів
Шестірінчастий насос з зовнішнім зачепленням (рис. 11.1, а) складається з ведучої 1 та веденої 2 шестерінь, розміщеними з невеликим зазором в корпусі 3. При обертанні шестерінь рідина, що заповнила робочі камери (міжзубовий простір), переноситься з порожнини всмоктування 4 в порожнину нагнітання 5. З порожнини нагнітання рідина поступає в напірний трубопровід.
Шестерінчасті насоси з внутрішнім зачепленням складніші у виготовленні, але мають більш рівномірну подачу та менші габаритні розміри. Внутрішня шестерня 2 (рис. 11.1, б) має на два-три зуби менше, ніж зовнішня шестерня 4. Між внутрішньою і зовнішньою шестернями є серпоподібна перемичка 3, що розділяє порожнину всмоктування від напірної. При обертанні внутрішньої шестерні рідина, що заповнила робочі камери, переноситься в напірну порожнину і витісняється через вікна в кришках корпуса 1 у вихідний трубопровід.
На рис. 11.1, в наведено схему тришестерінчастого насоса. В цьому насосі шестерня 1 ведуча, а шестерні 2 і 3 – ведені, порожнини 4 – всмоктуючі, а порожнини 5 – напірні. Такі насоси вигідно використовувати в гідроприводах, в яких необхідно мати дві незалежні гідролінії.
Об’ємний ККД в основному залежить від протікання рідини через зазори, утворені головками зубів і корпусом насоса, а також між торцьовими поверхнями шестерень і боковими стінками насоса. Крім того, додатково виникає протікання по лінії контакту зубів. Для зменшення протікання намагаються максимально зменшити зазори між шестернями і корпусом насоса. При виготовленні зубів з високою точністю протікання по лінії їх контакту можуть бути зведені до нуля.
Насоси з внутрішнім зачепленням використовують рідше. Вони компактніші, але складніші за конструкцією і дорожчі насосів з зовнішнім зачепленням.
За числом пар шестерень розрізняють односекційні (з однією парою шестерень) і багатосекційні ( з двома парами шестерень і більше) насоси.
В односекційному насосі (рис 11.2) ведуча 8 та ведена 9 шестерні виготовлені заодно з валами і розміщені в алюмінієвому корпусі 7, який закритий кришкою 5, що закріплена болтами 10.
Опорними підшипниками ковзання для валів є плаваючі втулки 6, одночасно вони виконують роль упорних підшипників для торців шестерень 8 і 9. Положення одної втулки відносно іншої фіксуютю лисками та дротом. Плаваючі втулки автоматично прижимаються до шестерень незалежно від степені зношування їх поверхонь, що труться, подачею робочої рідини під тиском під торці втулок. Цим досягається високий об’ємний КПД насоса і збільшується срок його служби.
а) |
|
|
|
б)
в)а, б – насос в розрізі; в – деталі насоса; 1,2 – кільця; 3 – отвір; 4 – ущільнення; 5 – кришка; 6 – втулки; 7 – корпус насоса; 8,9 – шестерні; 10 – болти; 11 – пластина; 12 – кільця.
Рисунок 11.2 – Шестеренний односекційний насос
Для попередження перекосів втулок через нерівномірне навантаження з сторони всмоктуючої камери встановлена розвантажувальна пластина, обтягнута кумовим кільцем. Рідина, що просочилася по валах шестерень, поступає через отвір 3 кришки і отвір шестерні 9 в порожнини, які з’єднані з камерою всмоктування. Гумові кільця 1 і 2, а також манжетне ущільнення 4 попереджують витікання рідини з корпуса насоса. Ущільнення закріплене в кришці опорним 12 і розрізним пружинним 13 кільцями.
На хвостовику вала шестерни 8 виконані шліци для з’єднання насоса з двигуном за допомогою муфти. До бокових площин корпуса насоса болтами прикріплені патрубки, що з’єднують порожнини нагнітання і всмоктування з трубопроводами. Насоси виготовляються як правого, так і лівого обертання і на їх корпусах вказують: «Правий» або «Лівий». Для зміни напрямку обертання, міняють місцями ведучу і ведену шестерні, повертають кришку на 180°, а втулки так, щоб змінилося положення лінії їх контакту по стиковим площинам відносно нагнітальної і всмоктувальної площин.
Шестеренний гідромотор (рис. 11.3). Корпус 1 гідромотора зверху закритий кришкою 3, через порожнини А і Б якої підводится робоча рідина, а через дренажну порожнину В – відводяться протікання. Гідромотор складається з трьох ведучих шестерень 8 (в розрізі видно одну шестерню), які вільно обертаються на осях 7 і приводять в рух ведену шестерню 6, що виготовлена заодно с валом. З допомогою шайби 2 розподіляється рідина, що поступає через порожнини А і Б. Нижня кришка 5 служить одночасно фланцем для кріплення гідродвигуна. Все деталі гидродвигуна стягнуті по периметру болтами 9. Поверхня роз’єму ущільнюється п’ятьма гумовими кільцями 4. На консольній частині веденої шестерні закріплена шестерня 10, яка безпосередньо зачіпляється з зубчатим колесом приводимого механізму. Такий гідродвигун розвиває великий крутний момент, тому його називають високомоментним та використовують для безпосереднього приводу механізмів без редукторів.
Шестеренні насоси і гідродвигуни відрізняються рядом переваг: прості по конструкції, малогабаритні, можуть працювати при високій частоті обертання.
Повний ККД більшості шестеренних насосів в робочій зоні не перевищує 0,6-0,75, що менше повного ККД насосів інших типів. Крім того, шестеренні насоси мають незначний срок служби при роботі з високим тиском.
Рисунок 11.3 – Шестеренний гідро двигун