Насосы шестеренные гидравлические НШ: конструкция, принцип действия, технические характеристики и применение
Насосы шестеренные гидравлические типа НШ представляют собой объемные роторно-поступательные машины, предназначенные для преобразования механической энергии вращения вала в энергию потока рабочей жидкости (гидравлической энергии). Они являются основным источником давления и расхода в гидравлических системах мобильной и стационарной техники, где требуются надежность, простота конструкции и относительно невысокая стоимость. Аббревиатура «НШ» расшифровывается как «Насос Шестеренный». Данные насосы работают по принципу внешнего зацепления двух одинаковых шестерен.
Конструкция и принцип действия
Основными элементами конструкции насоса НШ являются:
- Корпус (статор) – литая деталь, обычно из алюминиевого сплава или чугуна, в которой формируются расточки под шестерни и каналы для подвода и отвода жидкости.
- Ведущая и ведомая шестерни – пары зубчатых колес с эвольвентным профилем зуба. Ведущая шестерня жестко соединена с приводным валом, ведомая – свободно вращается на оси (шине) или в подшипниках скольжения.
- Торцевые распределительные диски (пластины) – устанавливаются с обеих сторон шестерен для уплотнения торцов зубьев и формирования камер. Часто имеют серповидную форму для разделения зон всасывания и нагнетания.
- Уплотнительные элементы – манжеты, сальники или торцевые уплотнения на валу для предотвращения утечек рабочей жидкости наружу.
- Сальник или торцевое уплотнение – предотвращает утечку жидкости по валу.
- Крышка (фланец) – закрывает корпус и часто служит посадочной поверхностью для крепления.
- По рабочему объему (см³/об): От 4 до 250 см³/об и более. Рабочий объем – это количество жидкости, вытесняемое насосом за один оборот вала.
- По номинальному давлению:
- НШ низкого давления (до 16 МПа) – устаревшие модели.
- НШ среднего давления (16-20 МПа) – наиболее распространенный ряд.
- НШ высокого давления (25-32 МПа) – современные модификации с усиленной конструкцией.
- По конструкции:
- НШ одинарные (однопоточные).
- НШ сдвоенные (двухпоточные) – два насоса в одном корпусе с общим приводным валом, но независимыми выходами. Обозначаются как НШ-ХУ, где Х и У – рабочие объемы каждой секции.
- НШ строенные.
- НШ реверсивные – с изменяемым направлением потока при неизменном направлении вращения вала.
- По частоте вращения: Стандартные (до 2400 об/мин) и высокооборотные.
- По материалу и исполнению: Стандартное (для минеральных масел) и специальное исполнение для работы на других жидкостях (например, НШ-Ф для пожаростойких жидкостей на водной основе).
- n / 1000 (л/мин), где n – частота вращения, об/мин. Является ключевым размерным параметром в обозначении (НШ-10, НШ-50).
- Дорожно-строительная и коммунальная техника: Экскаваторы, погрузчики, бульдозеры, автогрейдеры, ассенизационные машины. НШ питают гидроцилиндры стрел, ковшей, отвалов и поворотные гидромоторы.
- Сельскохозяйственная техника: Тракторы, комбайны, косилки, разбрасыватели. Привод гидросистем навесного оборудования, рулевого управления, гидростатических трансмиссий.
- Промышленное оборудование: Прессы, станки, подъемники, конвейеры, технологические линии.
- Автомобильная и транспортная техника: Гидроусилители руля (ГУР), подъемники платформ, лебедки.
- Вспомогательные системы: В качестве подпиточных или вспомогательных насосов в сложных гидроприводах.
- Простота конструкции, высокая ремонтопригодность.
- Компактность и малый вес относительно создаваемого давления.
- Низкая чувствительность к загрязнению рабочей жидкости по сравнению с аксиально-плунжерными насосами.
- Сравнительно низкая стоимость.
- Способность работать при высоких частотах вращения.
- Реверсивность потока (для большинства моделей при смене направления вращения вала).
- Фиксированный рабочий объем (за исключением редких регулируемых модификаций).
- Высокий уровень шума и пульсаций давления и расхода, возрастающий с увеличением давления и частоты вращения.
- Средние значения КПД, особенно при высоких давлениях, где объемные потери значительны.
- Ограниченный ресурс при работе на максимальных давлениях из-за высоких радиальных нагрузок на валы и подшипники.
- Чувствительность к кавитации на линии всасывания.
- Использовать рабочую жидкость с вязкостью, рекомендованной производителем (обычно 20-50 сСт при рабочей температуре).
- Поддерживать чистоту масла в соответствии с классом чистоты, указанным в паспорте насоса (обычно не ниже 19/17/14 по ISO 4406). Обязательна установка фильтров в сливной линии.
- Обеспечить бескавитационный режим работы: короткий и прямолинейный всасывающий трубопровод достаточного диаметра, уровень масла в баке выше входного отверстия насоса, использование масел с низкой склонностью к пенообразованию.
- Избегать работы на максимальном давлении в продолжительном режиме.
- Проводить регулярный контроль температуры рабочей жидкости (оптимально 50-60°C).
Принцип действия основан на изменении объема замкнутых камер, образуемых впадинами зубьев и стенками корпуса. В зоне всасывания зубья, выходя из зацепления, увеличивают объем камер, создавая разрежение и заполняя их жидкостью. Захваченная жидкость перемещается зубьями по периферии корпуса в зону нагнетания. В зоне нагнетания зубья входят в зацепление, объем камер уменьшается, и жидкость вытесняется в напорную магистраль под давлением.
Классификация и основные типоразмеры
Насосы НШ классифицируются по нескольким ключевым параметрам:
Основные технические характеристики и параметры выбора
При подборе насоса НШ для гидросистемы необходимо учитывать следующие параметры:
| Параметр | Обозначение, единица измерения | Описание и практическое значение |
|---|---|---|
| Рабочий объем | q, см³/об (мл/об) | Определяет теоретическую подачу насоса: Qтеор = q |
| Номинальное давление | Pном, МПа (бар) | Давление, при котором насос работает в оптимальном режиме с гарантированным ресурсом. Не следует путать с максимальным пиковым давлением. |
| Максимальное давление | Pmax, МПа | Кратковременно допустимое давление (обычно на 10-25% выше номинального). Длительная работа на Pmax сокращает ресурс. |
| Частота вращения | n, об/мин | Номинальная и максимальная частота вращения вала. Превышение ведет к кавитации и износу. |
| Подача (расход) номинальная | Qном, л/мин | Фактическая подача насоса при номинальных давлении и частоте вращения с учетом объемного КПД. |
| Объемный КПД | ηоб, % | Отношение фактической подачи к теоретической. Характеризует внутренние утечки (перетечки) в насосе. Снижается с ростом давления и износом. |
| Полный КПД | ηполн, % | Отношение гидравлической мощности на выходе к механической на валу. Учитывает как объемные, так и механические потери (трение). |
| Мощность потребляемая | N, кВт | Мощность, требуемая на валу насоса: N = (P Q) / (600 ηполн), где P – давление (бар), Q – подача (л/мин). |
| Направление вращения | — | Указывается со стороны присоединительного конца вала (обычно «правое»). Для реверсивных насосов – универсальное. |
Области применения и типовые схемы установки
Насосы НШ нашли широкое применение в качестве силовых насосов в гидравлических системах, где не предъявляются крайне высокие требования к равномерности потока и уровню пульсаций давления.
Типовая схема установки включает: насос НШ, соединенный через приводную муфту с двигателем (ДВС или электродвигателем), всасывающий трубопровод с фильтром грубой очистки, напорный трубопровод, ведущий к распределительной и регулирующей аппаратуре (гидрораспределители, клапаны), и гидробак с заливной горловиной, воздушным фильтром и сливным фильтром.
Достоинства и недостатки шестеренных насосов НШ
Достоинства:
Недостатки:
Эксплуатация, обслуживание и основные неисправности
Для обеспечения длительного ресурса насоса НШ (до 5-10 тыс. моточасов) необходимо соблюдать правила эксплуатации:
Типовые неисправности и их причины:
| Симптом (неисправность) | Возможные причины |
|---|---|
| Снижение производительности (медленная работа гидроцилиндров) | Износ шестерен и торцевых пластин (падение объемного КПД), засорение всасывающего фильтра, кавитация, износ уплотнений вала. |
| Повышенный шум и вибрация | Кавитация на всасывании (воздух в жидкости), износ подшипников, повреждение зубьев шестерен, повышенная вязкость масла (холодный пуск). |
| Перегрев насоса | Работа на повышенном давлении, внутренние утечки, приводящие к большим механическим потерям, неправильный подбор вязкости масла. |
| Внешняя утечка масла по валу | Износ или повреждение сальника или торцевого уплотнения, превышение давления в корпусе насоса (засорение сливной линии). | Резкое падение давления | Поломка зубьев шестерни, разрушение подшипника, заклинивание насоса. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается насос НШ от аксиально-плунжерного?
НШ – насос нерегулируемый, с фиксированным рабочим объемом, более простой, дешевый и стойкий к загрязнениям, но имеет более низкий КПД и большие пульсации. Аксиально-плунжерные насосы часто регулируемые, с высоким КПД и давлением (до 40-50 МПа), но значительно сложнее, дороже и критичны к чистоте масла.
Как определить направление вращения насоса НШ?
Стандартное направление – правое (по часовой стрелке), если смотреть на насос со стороны присоединительного конца вала. Однако существуют и левосторонние исполнения. Направление указано на корпусе насоса стрелкой или буквами (L – левое, R – правое). При неправильном включении насос не будет создавать давление, и возможен выход из строя уплотнений.
Можно ли использовать насос НШ в качестве гидромотора?
Теоретически большинство шестеренных насосов могут работать в режиме мотора. Однако насосы НШ оптимизированы именно для работы в режиме насоса. Использование их в качестве мотора возможно только при низких нагрузках и в неответственных узлах, так как их конструкция (например, крепление ведомой шестерни) может быть не рассчитана на радиальные нагрузки, характерные для моторного режима.
Что означает маркировка, например, НШ-50-3-2?
Это пример заводской маркировки. НШ – тип насоса. 50 – рабочий объем в см³/об. Цифра 3 может обозначать модификацию, давление (например, 20 МПа) или исполнение. Цифра 2 – часто указывает на исполнение вала (например, шлицевой исполнение 2). Точную расшифровку необходимо искать в техническом паспорте или каталоге конкретного производителя.
Как правильно подобрать насос НШ по мощности привода?
Необходимо рассчитать потребляемую насосом мощность по формуле N = (P Q) / (600 ηполн). Для предварительных расчетов ηполн можно принять равным 0.85. Полученная мощность N (в кВт) должна быть на 10-15% меньше мощности двигателя на тех же оборотах, чтобы избежать перегрузки.
Почему насос НШ «воет» при запуске в холодную погоду?
Повышенная вязкость холодного масла затрудняет его прохождение через всасывающий фильтр и каналы, что приводит к кавитации – разрыву потока и схлопыванию пузырьков пара/воздуха. Это вызывает характерный вой. Рекомендуется работать на низких оборотах до прогрева масла или использовать масла с всесезонной вязкостью и подогрев бака.
Заключение
Насосы шестеренные гидравлические НШ остаются востребованным и экономически эффективным решением для широкого спектра гидравлических систем в условиях, где допустимы нерегулируемый привод и определенный уровень пульсаций. Их надежность напрямую зависит от корректного подбора параметров, качества рабочей жидкости и соблюдения правил монтажа и эксплуатации. Понимание конструкции, принципа работы и характеристик НШ позволяет инженерам и техническим специалистам грамотно интегрировать их в гидропривод, обеспечивая долговечную и безотказную работу всего оборудования.