Шестеренные насосы серии Ш
Шестеренные насосы серии Ш: конструкция, принцип действия, технические характеристики и область применения
Шестеренные насосы серии Ш представляют собой объемные гидравлические машины с внешним зацеплением шестерен, предназначенные для перекачивания жидких сред, не содержащих абразивных частиц и не обладающих коррозионной активностью по отношению к материалам проточной части. Основное применение они находят в системах гидропривода стационарного и мобильного оборудования, в системах смазки и циркуляции масла в энергетическом оборудовании (турбины, генераторы), в технологических линиях для перекачки нефтепродуктов, масел, жидких топлив, а также в качестве топливоподкачивающих насосов. Ключевыми достоинствами насосов серии Ш являются простота и надежность конструкции, высокая равномерность подачи, способность создавать значительное давление на выходе, реверсивность работы и относительно низкая стоимость.
Конструктивные особенности и принцип действия
Конструкция шестеренного насоса серии Ш является классической для насосов внешнего зацепления. Основными элементами являются:
- Корпус (статор) – изготавливается из чугуна, реже из алюминиевых сплавов или стали. Внутренняя полость корпуса образует рабочую камеру, в которой размещаются шестерни.
- Ведущая и ведомая шестерни – изготавливаются из высококачественных сталей (например, сталь 40Х, 38ХМЮА) с последующей термообработкой (закалка, цементация) и высокоточной шлифовкой профиля зубьев. Шестерни имеют прямозубую или, реже, косозубую форму. Прямозубые проще в изготовлении, косозубые обеспечивают более плавную работу и сниженный уровень шума.
- Валы – ведущий вал соединен с приводом (электродвигателем), ведомый вал вращается свободно в подшипниках. Валы также изготавливаются из легированных сталей.
- Подшипники скольжения – обычно представляют собой бронзовые втулки, запрессованные в корпус. В более нагруженных модификациях могут применяться роликовые или шариковые подшипники.
- Торцевые уплотнения или сальниковые устройства – предназначены для герметизации вала и предотвращения утечек рабочей жидкости. Применяются манжетные уплотнения, торцевые сальники (например, типа ТГФ) или, для высоких давлений, бессальниковое исполнение с уплотнением через промежуточную втулку («сухой» ротор).
- Предохранительный клапан – встроенный или выносной, служит для защиты насоса и системы от превышения допустимого давления. При достижении настроечного давления клапан открывается и сбрасывает часть жидкости либо во всасывающую линию, либо в бак.
- Ш – шестеренный насос.
- 50 – номинальная подача в кубических сантиметрах за один оборот (см³/об).
- 25 – номинальное давление нагнетания в МПа (Мегапаскалях). 25 МПа ≈ 250 бар.
- 2 – исполнение или модификация (может указывать на тип присоединения, материал, наличие клапана и т.д.).
- Подача прямо пропорциональна частоте вращения и рабочему объему (геометрическому объему, описываемому зубьями за один оборот).
- Давление определяется исключительно сопротивлением гидравлической системы и ограничивается прочностью деталей насоса и мощностью привода.
- Потребляемая мощность рассчитывается по формуле: N = (P Q) / (60 η), где P – давление (МПа), Q – подача (л/мин), η – полный КПД насоса (обычно 0.75-0.85).
- Системы смазки и циркуляции масла турбоагрегатов: Обеспечивают непрерывную подачу очищенного масла к подшипникам скольжения турбин и генераторов, а также в систему регулирования. Требуют высокой надежности и стабильности подачи.
- Гидроприводы запорно-регулирующей арматуры: Используются в качестве насосных агрегатов станций гидропривода высоковольтных выключателей, задвижек на магистральных трубопроводах.
- Топливные системы котельных и дизель-генераторных установок: Перекачка мазута, дизельного топлива, легких нефтепродуктов.
- Системы охлаждения и смазки силовых трансформаторов: Циркуляция трансформаторного масла через теплообменники.
- Вспомогательные технологические линии: Перекачка различных технических жидкостей, отработанных масел.
- Вязкость: оптимальный диапазон 10-300 сСт (мм²/с). При вязкости ниже минимальной возрастают внутренние утечки и ускоряется износ, при очень высокой вязкости затрудняется всасывание и растут потери мощности.
- Чистота: класс чистоты по ISO 4406 должен соответствовать рекомендациям производителя, как правило, не ниже 20/18/15. Обязательна установка фильтров тонкой очистки (25-10 мкм) во всасывающей линии.
- Температура: допустимый диапазон обычно от -20°C до +80°C. Перегрев приводит к резкому падению вязкости и КПД.
- Насос должен устанавливаться как можно ближе к резервуару с жидкостью, длина всасывающей линии минимальна.
- Диаметр всасывающего трубопровода должен быть не меньше присоединительного размера насоса. Трубопровод должен быть герметичным, недопустимо попадание воздуха.
- Приводной вал насоса и вал двигателя должны быть соосны. Использование упругих муфт обязательно для компенсации незначительных перекосов.
- Перед первым пуском насос должен быть заполнен рабочей жидкостью (заправлен). Работа «на сухую» недопустима даже кратковременно.
- Регулярный контроль уровня шума и вибрации.
- Мониторинг температуры корпуса насоса.
- Контроль давления на выходе и производительности для оценки износа.
- Своевременная замена уплотнений и фильтрующих элементов.
- Проверка и регулировка предохранительного клапана.
Принцип действия основан на изменении объема полостей, образуемых зубьями шестерен и стенками корпуса. В зоне зацепления зубья входят во впадины, вытесняя оттуда жидкость. В зоне разъединения (в области всасывающего патрубка) зубья, выходя из зацепления, освобождают объем, создавая разрежение, под действием которого жидкость поступает в рабочую камеру. Жидкость переносится во впадинах зубьев по периферии от полости всасывания к полости нагнетания. Герметичность между этими полостями обеспечивается плотным контактом вершин зубьев с внутренней поверхностью корпуса и боковыми крышками, а также зоной контакта зубьев в зацеплении.
Маркировка, типоразмеры и основные технические параметры
Маркировка насосов серии Ш следует устоявшейся системе. Например, насос Ш 50-25-2 расшифровывается следующим образом:
Подача также часто указывается в литрах в минуту (л/мин) при номинальной частоте вращения (обычно 1500 или 3000 об/мин). Основные параметры, регламентируемые техническими условиями (ТУ) или каталогами производителей:
| Модель (пример) | Подача, л/мин (при n=1500 об/мин) | Рабочее давление, МПа (макс.) | Частота вращения, об/мин (номин.) | КПД, объемный (не менее) | Мощность на валу, кВт |
|---|---|---|---|---|---|
| Ш 10-25 | ~15 | 25.0 | 1500 | 0.85 | ~1.5 |
| Ш 32-25 | ~48 | 25.0 | 1500 | 0.88 | ~4.5 |
| Ш 50-25 | ~75 | 25.0 | 1500 | 0.90 | ~7.0 |
| Ш 80-25 | ~120 | 25.0 | 1500 | 0.91 | ~11.0 |
| Ш 100-25 | ~150 | 25.0 | 1500 | 0.91 | ~14.0 |
Важные зависимости:
Область применения в энергетике и смежных отраслях
В энергетическом секторе насосы серии Ш выполняют критически важные функции:
Требования к эксплуатации, монтажу и обслуживанию
Для обеспечения длительного и безотказного ресурса работы шестеренных насосов серии Ш необходимо строго соблюдать регламент эксплуатации.
Требования к рабочей жидкости:
Условия монтажа:
Техническое обслуживание:
Сравнение с другими типами объемных насосов
Шестеренные насосы серии Ш занимают свою нишу среди роторно-поступательных насосов. Их основные конкуренты – пластинчатые (шиберные) и винтовые насосы.
| Тип насоса | Преимущества | Недостатки | Предпочтительная область применения |
|---|---|---|---|
| Шестеренный (серия Ш) | Простота, надежность, низкая стоимость, высокое давление, реверсивность. | Пульсация подачи, чувствительность к загрязнениям, средний уровень шума, ограничения по вязкости. | Гидропривод, перекачка масел и нефтепродуктов, системы смазки. |
| Пластинчатый | Меньшая пульсация, низкий уровень шума, хорошие всасывающие способности. | Более сложная конструкция, чувствительность к чистоте жидкости, обычно ниже создаваемое давление. | Станкостроение, гидросистемы промышленного оборудования. |
| Винтовой | Идеально равномерная подача, бесшумность, способность перекачивать высоковязкие и загрязненные среды. | Высокая стоимость, сложность изготовления, большие габариты, ограничения по давлению. | Перекачка топлива, мазута, шламов, пищевые производства. |
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Каков типичный ресурс насоса серии Ш до капитального ремонта?
Ресурс напрямую зависит от условий эксплуатации: чистоты рабочей жидкости, стабильности давления и температуры. При соблюдении всех требований ТУ, работе на чистом минеральном масле с вязкостью 20-50 сСт и давлении до 80% от номинального, ресурс до замены шестерен и подшипников может составлять 8-12 тысяч часов.
2. Можно ли использовать насос серии Ш для перекачки воды?
Нет, стандартное исполнение насосов серии Ш не предназначено для работы на воде. Низкая вязкость воды приводит к резкому увеличению внутренних утечек и падению КПД до недопустимых значений. Кроме того, вода не обладает смазывающими свойствами, что вызывает задиры и катастрофический износ трущихся пар (шестерни-втулки). Для воды применяются специальные насосы с торцевым уплотнением из керамики и особыми зазорами.
3. Что означает двойная маркировка давления, например, Ш 50-25-2,5?
Цифра 2,5 в данном контексте обычно обозначает номинальное давление 2,5 МПа (25 бар), а не 25 МПа. Это насос низкого давления для технологических целей. Необходимо всегда уточнять единицы измерения в технической документации конкретного производителя, так как исторически давление могло указываться в кгс/см². Насосы на 25 МПа имеют маркировку с явным указанием высокого давления (например, ШГ, ШВ) или в ТУ прямо указано «25 МПа».
4. Почему насос шумит или издает повышенный гул?
Повышенный шум может быть вызван несколькими причинами: кавитация из-за подсоса воздуха или недостаточного давления на входе; износ подшипников или шестерен; работа на давлении, превышающем номинальное, что приводит к деформации корпуса и заклиниванию; повышенная вязкость жидкости на «холодном» пуске.
5. Как правильно подобрать насос серии Ш для гидросистемы?
Подбор осуществляется по трем основным параметрам: требуемая подача (Q, л/мин), максимальное рабочее давление в системе (P, МПа) и вязкость рабочей жидкости. По каталогу выбирается насос, у которого номинальная подача при заданной частоте вращения равна или немного превышает требуемую, а номинальное давление выше максимального системного на 15-20%. Далее проверяется соответствие вязкости допустимому диапазону и рассчитывается необходимая мощность электродвигателя с запасом 10-15%.
6. Допустима ли работа насоса в реверсивном режиме?
Да, шестеренные насосы с симметричной конструкцией (прямозубые шестерни, одинаковые подшипники) являются реверсивными по своей природе. При смене направления вращения меняются местами всасывающий и нагнетательный патрубки. Однако необходимо убедиться, что предохранительный клапан и система трубопроводов также рассчитаны на реверсивную работу.
Заключение
Шестеренные насосы серии Ш остаются востребованным и надежным решением для широкого спектра задач в энергетике и промышленности, где требуется перекачка неагрессивных жидкостей с высокой вязкостью при значительных давлениях. Их успешная и долговременная эксплуатация основывается на правильном выборе модели в соответствии с параметрами системы, строгом соблюдении требований к чистоте и свойствам рабочей жидкости, а также на регулярном и квалифицированном техническом обслуживании. Понимание конструкции, принципа действия и эксплуатационных ограничений позволяет инженерно-техническому персоналу эффективно интегрировать эти насосы в гидравлические системы и минимизировать риски аварийных остановок оборудования.