Насосы НЦ: конструкция, типы, технические характеристики и область применения
Насосы типа НЦ (насос шестеренный) представляют собой объемные роторно-зубчатые гидромашины, предназначенные для перекачивания жидкостей с кинематической вязкостью от 5 до 750 сСт (в отдельных исполнениях до 1500 сСт) в широком диапазоне температур. Основное рабочее давление для большинства моделей составляет 16 МПа (160 кгс/см²), что классифицирует их как насосы высокого давления. Агрегаты нашли широкое применение в системах гидропривода станочного оборудования, прессов, подъемно-транспортных машин, в топливных и масляных системах энергетических установок, а также в качестве питающих насосов в различных технологических линиях.
Принцип действия и конструктивные особенности
Принцип работы шестеренного насоса основан на вытеснении жидкости, увлекаемой во впадинах между зубьями двух находящихся в зацеплении шестерен, из полости всасывания в полость нагнетания. Ведущая шестерня получает вращение от привода, ведомая шестерня вращается в зацеплении. При выходе зубьев из зацепления во всасывающей полости создается разрежение, и жидкость поступает в рабочую камеру. Запертый в межзубовых впадинах объем транспортируется по окружности корпуса к нагнетательной полости, где при вхождении зубьев в зацепление происходит вытеснение жидкости в напорный трубопровод.
Конструкция насосов НЦ включает следующие ключевые элементы:
- Корпус (статор): Изготавливается из чугуна, алюминиевых сплавов или стали. Имеет расточки под шестерни и подшипниковые узлы, каналы всасывания и нагнетания.
- Шестерни (роторы)</strong: Ведущая и ведомая. Изготавливаются из высококачественных сталей с высокой твердостью рабочих поверхностей (цементация, закалка). Профиль зуба – эвольвентный, обычно прямозубый.
- Опорные подшипники скольжения</strong: Втулки из антифрикционных материалов (бронза, баббит, спеченные материалы). Воспринимают радиальные нагрузки от давления жидкости.
- Торцевые уплотнительные узлы</strong: Комплект нажимных боковых крышек (плавающих втулок) и уплотнительных прокладок. Обеспечивают автоматическую компенсацию торцевых зазоров, что критически важно для поддержания высокого объемного КПД при износе.
- Уплотнение вала</strong: Может быть сальниковым (набивка) или торцевым (манжетное уплотнение). Современные исполнения чаще используют манжетные уплотнения из маслостойких резин.
- Предохранительный клапан</strong: Встроенный в корпус или устанавливаемый отдельно. Ограничивает максимальное давление в системе, защищая насос и гидроаппаратуру от перегрузок.
- Подача и мощность указаны приблизительно при номинальных параметрах (давление 16 МПа, вязкость 50 сСт) и могут варьироваться в зависимости от конкретных условий.
- По направлению вращения: Правое (по часовой стрелке со стороны привода) и левое. Указывается в паспорте и критично для правильного монтажа в систему.
- По исполнению вала: Цилиндрический, шлицевой (обычно эвольвентный), с шпоночным пазом.
- По типу уплотнения вала: Сальниковое (редко), манжетное (основное), торцевое уплотнение для особых условий.
- По материалу и назначению: Стандартные (для минеральных масел), специальные для высоких температур или агрессивных жидкостей (с уплотнениями из ФТОР, Viton).
- По наличию встроенной аппаратуры: Без клапана, со встроенным предохранительным клапаном (НЦ-XXX-1), с перепускным клапаном.
- По схеме сборки: Насосы могут собираться в блоке с электродвигателем (насосные агрегаты) на общей лапе или фланце.
- Определение требуемой подачи (Q, л/мин): Q = (V
- n) / 1000, где V – рабочий объем насоса (см³/об), n – рабочая частота вращения (об/мин). Необходимо учитывать объемный КПД (ηо ≈ 0.85-0.95 в зависимости от вязкости и давления).
- Определение рабочего и пикового давления: Номинальное давление насоса должно превышать максимальное рабочее давление в системе на 10-15%.
- Учет вязкости рабочей жидкости: Вязкость напрямую влияет на допустимую частоту вращения, пусковые характеристики и износ. При высокой вязкости (>500 сСт) требуется снижение частоты вращения и, возможно, подогрев жидкости.
- Совместимость материалов: Материалы уплотнений и подшипников скольжения должны быть химически стойкими к рабочей жидкости.
- Чистота рабочей жидкости должна соответствовать классу не грубее 12-го по ГОСТ 17216 (NAS 10). Обязательна установка фильтров тонкой очистки (10-25 мкм) в линии всасывания и/или давления.
- Кавитация недопустима. Трубопровод всасывания должен быть герметичным, коротким, большого диаметра. Допустимый кавитационный запас указывается в паспорте насоса.
- Температура рабочей жидкости: обычно от -10°C до +80°C. Для расширенного диапазона требуются специальные исполнения.
- Монтаж должен обеспечивать соосность вала насоса и привода. Допустимое радиальное биение муфты не более 0.1 мм.
- Пластинчатые насосы (НПл): Имеют более низкий уровень пульсации подачи и шума, но, как правило, рассчитаны на более низкое рабочее давление (до 10-14 МПа) и более чувствительны к чистоте жидкости.
- Аксиально-поршневые насосы (НПА, НП): Имеют более высокие рабочие давления (до 35-40 МПа), лучшие массогабаритные показатели на единицу мощности, возможность регулирования рабочего объема. Однако они существенно сложнее, дороже и требовательнее к фильтрации жидкости.
- Винтовые насосы: Обеспечивают практически бесшумную и безимпульсную подачу, хорошо работают с высоковязкими жидкостями. Но их давление редко превышает 5-10 МПа, а стоимость высока.
Типоразмерный ряд и основные параметры
Обозначение насосов НЦ следует системе: НЦ-XXX-X, где XXX – номинальная подача в см³/об (рабочий объем), последняя цифра – модификация или вариант исполнения. Основные параметры определяются рабочим объемом, номинальным давлением, частотой вращения и вязкостью рабочей жидкости.
| Модель насоса | Рабочий объем, см³/об | Номинальное давление, МПа (кгс/см²) | Номинальная частота вращения, об/мин | Номинальная подача, л/мин* | Мощность потребляемая, кВт* |
|---|---|---|---|---|---|
| НЦ-10 | 10 | 16 (160) | 1500 | 14-15 | 4.5 |
| НЦ-32 | 32 | 16 (160) | 1500 | 46-48 | 13.0 |
| НЦ-46 | 46 | 16 (160) | 1500 | 66-68 | 18.5 |
| НЦ-90 | 90 | 16 (160) | 1500 | 128-132 | 35.0 |
| НЦ-125 | 125 | 16 (160) | 1500 | 175-180 | 48.0 |
Классификация и модификации
Насосы НЦ классифицируются по нескольким ключевым признакам:
Выбор и эксплуатационные требования
Правильный выбор насоса НЦ определяет надежность и долговечность всей гидросистемы. Ключевые этапы выбора:
Требования к условиям эксплуатации:
Типовые неисправности, диагностика и ремонт
Наиболее характерные отказы насосов НЦ связаны с износом или нарушением условий эксплуатации.
| Симптом (неисправность) | Возможные причины | Методы проверки и устранения |
|---|---|---|
| Снижение подачи, падение производительности | Износ торцевых уплотнительных узлов (плавающих втулок) и шестерен; износ подшипников скольжения; засорение фильтра; кавитация; низкая вязкость жидкости. | Замер подачи под давлением. Контроль перетечек в дренажной линии. Визуальный осмотр деталей после разборки. Замена изношенных пар (шестерни, втулки). |
| Повышенный шум и вибрация | Кавитация (воздух в системе, засор фильтра всасывания, высокая температура), износ подшипников, несоосность привода, механическое повреждение шестерен. | Проверка герметичности всасывающей линии, уровня жидкости в баке, чистоты фильтра. Проверка соосности. Разборка и осмотр. |
| Перегрев корпуса насоса | Повышенные внутренние утечки (износ), работа на предельном давлении с постоянным срабатыванием предохранительного клапана, неправильная вязкость жидкости. | Контроль температуры дренажного слива. Проверка настроек предохранительного клапана. Анализ соответствия вязкости. |
| Течь по валу | Износ или повреждение манжетного уплотнения, превышение давления в дренажной линии (засор), биение вала. | Замена манжеты. Проверка дренажной линии на пропускную способность. Контроль биения вала. |
Ремонт заключается в замене изношенных деталей ремонтными комплектами (шестерни, втулки, уплотнения). Запрещается притирка шестерен и втулок. После ремонта обязательна промывка насоса и проверка на стенде.
Сравнение с другими типами объемных насосов
Насосы НЦ занимают свою нишу среди других объемных гидромашин.
Преимущества насосов НЦ: Простота и надежность конструкции, высокая ремонтопригодность, устойчивость к умеренному загрязнению жидкости, способность создавать высокое давление, относительно низкая стоимость.
Недостатки: Высокий уровень пульсации давления и шума (особенно на высоких давлениях), фиксированный рабочий объем (нерегулируемая подача), ограничения по частоте вращения при работе на высоковязких жидкостях.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается насос НЦ от насоса Ш?
Насосы серии «Ш» (шестеренные) обычно являются насосами низкого и среднего давления (до 2.5 МПа) и предназначены в основном для перекачивания жидкостей (масло, топливо) в системах смазки и топливоподачи. Насосы НЦ – это насосы высокого давления (16 МПа), оптимизированные для работы в гидроприводах. Они имеют более сложную конструкцию торцевого уплотнения (плавающие втулки) для компенсации износа и поддержания КПД под давлением.
Можно ли использовать насос НЦ для перекачки воды?
Нет, стандартные насосы НЦ не предназначены для работы на воде. Основные причины: отсутствие смазывающей способности у воды, что приводит к мгновенному износу пар трения (шестерни-втулки); коррозия материалов; низкий КПД из-за высоких утечек через зазоры, рассчитанные на более вязкие жидкости. Для воды используются специальные шестеренные насосы из коррозионно-стойких материалов с минимальными зазорами.
Как правильно подобрать электродвигатель для насоса НЦ?
Мощность электродвигателя (N, кВт) рассчитывается по формуле: N = (P Q) / (60 η), где P – максимальное рабочее давление (МПа), Q – подача насоса при этом давлении (л/мин), η – полный КПД насосной установки (принимается ~0.75-0.85). Необходимо добавить запас мощности 10-15%. Также важно согласовать частоту вращения вала двигателя с номинальной частотой вращения насоса, используя при необходимости редуктор или ременную передачу.
Что такое «дренажный отвод» и для чего он нужен?
Дренажный отвод – это отдельный патрубок на корпусе насоса (обычно обозначен «Сл» или «L»), соединяемый трубопроводом непосредственно с баком. Он служит для отвода внутренних утечек рабочей жидкости из полости за уплотнениями вала и торцевыми уплотнениями. Это предотвращает рост давления в этой полости, который может вызвать разрушение манжетного уплотнения и течь. Дренажная линия должна быть всегда свободна, монтироваться без запорной арматуры и с уклоном к баку.
Почему насос НЦ не создает давление?
Если насос вращается, но давление в системе не растет, возможны следующие причины: отсутствие заливки (воздух в насосе), засор или негерметичность всасывающей линии, полный износ внутренних деталей насоса (шестерен, втулок), неисправность или неправильная настройка предохранительного клапана (он постоянно открыт), механическое разрушение вала или шестерен. Диагностику начинают с проверки всасывания и заливки насоса.
Какое масло рекомендуется заливать в гидросистему с насосом НЦ?
Рекомендуются индустриальные масла гидравлические группы ИГП (по ГОСТ 17479.3) или их зарубежные аналоги (ISO HM, HV). Конкретный тип масла (вязкость) выбирается исходя из температурного диапазона эксплуатации и рекомендаций производителя гидрооборудования. Наиболее распространены масла с кинематической вязкостью 32-46 мм²/с при 40°C для систем с рабочим давлением до 21 МПа. Критически важно поддерживать чистоту масла.
Заключение
Насосы типа НЦ остаются востребованным классом гидравлических машин благодаря своей отработанной конструкции, надежности и способности обеспечивать высокое давление в системах с минеральными маслами и другими жидкостями средней вязкости. Их эффективная эксплуатация напрямую зависит от правильного выбора в соответствии с параметрами системы, соблюдения требований по чистоте и вязкости рабочей жидкости, а также квалифицированного технического обслуживания. Понимание принципа работы, типовых неисправностей и правил монтажа позволяет максимально реализовать ресурс этих агрегатов, обеспечивая стабильную работу всего гидропривода.