Насосы шестеренные Ш: конструкция, принцип действия и технические характеристики
Насосы шестеренные типа Ш представляют собой объемные гидромашины с внешним зацеплением шестерен, предназначенные для перекачивания жидкостей с кинематической вязкостью от 5 до 1500 сСт (в отдельных исполнениях до 3000 сСт), не содержащих абразивных механических примесей. Основная сфера их применения – системы смазки, гидропривода и топливоподачи в энергетическом оборудовании, металлообрабатывающих станках, прессах, а также в качестве питательных насосов в котельных установках малой мощности. Рабочая среда – минеральные масла, нефтепродукты, жидкости с масляной основой, некоторые синтетические жидкости, совместимые с материалами уплотнений.
Конструктивные особенности и принцип работы
Конструкция насоса серии Ш является классической для шестеренных насосов с внешним зацеплением. Основными элементами являются:
- Корпус (статор): Изготавливается из чугуна, стали или алюминиевых сплавов. Внутренняя полость образует рабочую камеру.
- Ведущая и ведомая шестерни</strong: Пары зубчатых колес с эвольвентным профилем зуба. Шестерни изготавливаются из закаленных сталей, реже – из износостойких чугунов или бронз. Ведущая шестерня жестко соединена с приводным валом.
- Подшипниковые узлы: Обычно используются подшипники скольжения (втулки) из антифрикционных материалов (бронза, баббит, спеченные материалы, текстолит). В быстроходных моделях могут применяться роликовые подшипники.
- Уплотнения вала: Сальниковые уплотнения с набивкой, торцевые (механические) уплотнения или манжетные уплотнения в зависимости от модели, давления и среды.
- Предохранительный клапан: Встроенный или выносной, предназначен для защиты от превышения давления в системе. Настраивается на определенное давление, при достижении которого часть жидкости сбрасывается во всасывающую полость или на слив.
- Требуемая подача (Q, л/мин): Q = (V_агр n η_об) / 1000, где V_агр – рабочий объем агрегата (см³/об), n – частота вращения вала насоса (об/мин), η_об – объемный КПД (0.85-0.95 для новых насосов).
- Требуемое давление (P, МПа): Определяется сопротивлением гидравлической системы (гидроаппаратуры, трубопроводов, исполнительных механизмов).
- Вязкость рабочей жидкости (ν, сСт): Критический параметр, влияющий на выбор зазоров, частоты вращения и КПД.
- Снижение подачи и давления: Износ торцевых зазоров и радиальных зазоров между зубьями и корпусом. Износ или повреждение уплотнений вала (подсос воздуха). Засорение фильтра на всасывании. Повышение вязкости жидкости (охлаждение). Износ или поломка предохранительного клапана.
- Повышенный шум и вибрация: Кавитация из-за недостаточного давления на входе (высокая вязкость, засор фильтра, высокая температура). Износ подшипников. Попадание воздуха во всасывающую линию. Несоосность с приводом.
- Перегрев насоса: Работа при давлении, близком к максимальному, в течение длительного времени. Неправильный подбор вязкости (слишком высокая). Плохой теплоотвод из-за загрязнения корпуса или недостаточной циркуляции.
- Течь по валу: Износ сальника или манжеты. Повреждение поверхности вала в зоне уплотнения. Неправильная установка уплотнения.
- По сравнению с винтовыми: Насосы Ш дешевле, менее чувствительны к чистоте жидкости, но создают больше пульсаций давления и потока, имеют меньший ресурс при работе на высоких давлениях.
- По сравнению с пластинчатыми: Шестеренные насосы более надежны при работе на маслах высокой вязкости, имеют более простую конструкцию, но менее регулируемы и имеют худшие всасывающие характеристики.
- По сравнению с аксиально-поршневыми: Насосы Ш существенно проще, дешевле, менее чувствительны к загрязнениям, но не позволяют регулировать рабочий объем, работают на значительно меньших давлениях (25-32 МПа против 40-70 МПа у поршневых) и имеют меньший КПД в высоконапорных режимах.
Принцип действия основан на изменении объема полостей, образуемых зубьями шестерен и корпусом. При вращении шестерен в зоне выхода зубьев из зацепления (со стороны всасывающего патрубка) объем увеличивается, создавая разрежение и подсос жидкости. Жидкость переносится во впадинах между зубьями по периферии корпуса к зоне нагнетания. В зоне входа зубьев в зацепление объем уменьшается, что приводит к вытеснению жидкости в нагнетательный трубопровод. Герметичность между всасывающей и нагнетательной полостями обеспечивается плотным прилеганием вершин зубьев к внутренней поверхности корпуса и боковыми торцевыми зазорами между шестернями и крышками.
Маркировка, типоразмеры и основные параметры
Маркировка насосов типа Ш выполняется по ГОСТ 19027-89 (Насосы шестеренные. Основные параметры). Пример обозначения: Ш 32-25, где «Ш» – тип насоса (шестеренный), «32» – номинальная подача в кубических сантиметрах на один оборот (см³/об), «25» – номинальное давление в МПа (≈250 кгс/см²). В устаревшей, но еще встречающейся маркировке давление может указываться в кгс/см² (например, Ш 50-6,3).
Таблица 1. Основные параметры некоторых насосов серии Ш
| Модель насоса | Подача номинальная, см³/об | Давление номинальное, МПа | Давление максимальное, МПа | Частота вращения номинальная, об/мин | КПД объемный, мин., % | Мощность потребляемая при ном. параметрах, кВт* |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ш 10-25 | 10 | 25 | 32 | 1500 | 90 | ~7.5 |
| Ш 32-25 | 32 | 25 | 32 | 1500 | 92 | ~20 |
| Ш 50-25 | 50 | 25 | 32 | 1500 | 93 | ~30 |
| Ш 80-20 | 80 | 20 | 25 | 1500 | 94 | ~35 |
| Ш 125-12,5 | 125 | 12.5 | 16 | 1500 | 94 | ~35 |
*Примечание: Мощность указана ориентировочно, для точного расчета необходимо учитывать плотность и вязкость рабочей жидкости.
Расчетные зависимости и выбор насоса
Для корректного подбора насоса типа Ш необходимо определить следующие параметры системы:
Фактическая подача шестеренного насоса зависит от частоты вращения и падает с ростом давления из-за внутренних перетечек (утечек). Зависимость объемного КПД от вязкости и давления нелинейна: при слишком низкой вязкости утечки возрастают, при очень высокой – растут механические потери (снижается полный КПД) и увеличивается риск кавитации на всасывании.
Таблица 2. Рекомендуемые диапазоны вязкости для насосов Ш при номинальной частоте вращения
| Группа насоса по зазорам | Номинальная вязкость, сСт | Рабочий диапазон вязкости, сСт | Примечание |
|---|---|---|---|
| 0 (малые зазоры) | 10-33 | 5-75 | Для маловязких жидкостей, высоких давлений |
| 1 (нормальные зазоры) | 33-75 | 15-150 | Наиболее распространенная группа |
| 2 (увеличенные зазоры) | 110-300 | 75-1500 | Для высоковязких жидкостей (мазут, битум) |
Эксплуатация, монтаж и типовые неисправности
Монтаж насоса должен обеспечивать соосность с приводом (допуск не более 0.1 мм) и исключать осевые нагрузки на вал. Обязательна установка предохранительного клапана, настроенного на давление не выше паспортного. На линии всасывания рекомендуется установка фильтра тонкостью очистки 25-100 мкм (в зависимости от зазоров), на линии нагнетания – фильтра 10-25 мкм.
Типовые неисправности и их причины:
Сравнение с другими типами объемных насосов
В энергетике и промышленности, помимо шестеренных, применяются винтовые, пластинчатые и поршневые насосы. Ключевые отличия насосов Ш:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Как определить износ шестеренного насоса без разборки?
Основной косвенный признак – падение производительности под нагрузкой при сохранении частоты вращения. Проведите тест: замерьте время заполнения мерной емкости на холостом ходу (при минимальном давлении) и под рабочим давлением. Существенное расхождение (более 15-20%) указывает на увеличение внутренних утечек из-за износа. Также на износ указывает неспособность развить номинальное давление при заглушенной нагнетательной линии (проверять кратковременно!).
Можно ли реверсировать направление потока насоса Ш?
Стандартные насосы Ш – нереверсивные. Направление потока жестко задано конструкцией (расположением полостей в корпусе). Для получения реверсивного потока необходимо использовать специальное исполнение или устанавливать дополнительную распределительную аппаратуру (реверсивный гидрораспределитель) после нереверсивного насоса.
Какой ресурс у шестеренного насоса и от чего он зависит?
Номинальный ресурс до первого капитального ремонта для насосов серии Ш при работе на минеральных маслах с нормальной чистотой составляет 5000-10000 часов. Фактический ресурс определяется тремя основными факторами: чистотой рабочей жидкости (загрязнения действуют как абразив), температурным режимом (перегрев снижает вязкость и ускоряет износ), правильностью подбора вязкости (работа на жидкости с вязкостью ниже рекомендуемой приводит к ускоренному износу зазоров).
Почему насос Ш не создает давление?
Если насос вращается, но давление не поднимается, возможны следующие причины в порядке проверки: отсутствие жидкости во всасывающей линии (завоздушивание); сильный подсос воздуха через уплотнение вала или соединения; полностью открытый или неисправный предохранительный клапан; механическое разрушение одной из шестерен или шпоночного соединения; чрезмерный износ всех пар трения (шестерни/корпус, торцевые зазоры).
Чем отличается насос Ш от насоса НШ?
НШ (насос шестеренный) – более общее обозначение, часто применяемое в гидроприводах мобильной техники (тракторы, экскаваторы). Конструктивно они схожи, но насосы НШ часто рассчитаны на более высокие частоты вращения (до 3000 об/мин и выше) и имеют несколько иную схему разгрузки торцевых зазоров. Насосы серии Ш, как правило, проектировались для стационарных установок с электроприводом и имеют более тяжелые, рассчитанные на длительную непрерывную работу конструкции.
Как правильно подобрать фильтр для насоса Ш?
Тонкость фильтрации должна быть в 2-3 раза меньше минимального рабочего зазора в насосе. Для большинства насосов группы 1 (нормальные зазоры) рекомендуется фильтр на всасывании с тонкостью 100-160 мкм (для предотвращения кавитации), на напорной линии – 25-40 мкм. Для высоконапорных насосов группы 0 – до 10 мкм на напорной линии. Обязательно использовать фильтры с клапаном перепуска (байпасом), особенно на всасывании.
Заключение
Насосы шестеренные типа Ш остаются надежным, простым и экономичным решением для систем гидропривода и смазки, работающих на минеральных маслах и жидкостях средней вязкости. Их успешная эксплуатация на энергетических объектах напрямую зависит от правильного выбора модели по параметрам давления, подачи и вязкости, качества монтажа и обеспечения требуемой чистоты рабочей жидкости. Понимание конструктивных особенностей, принципа работы и типовых неисправностей позволяет специалистам обеспечивать длительный и безотказный ресурс этого оборудования, минимизируя простои и затраты на ремонт.