Шестеренные насосы устройство и принцип действия

Используемые материалы

Не сложно догадаться, что от типа материала, из которого производится конструкция, зависят ее основные эксплуатационные качества. При изготовлении могут использоваться самые различные материалы, в основном сталь и чугун.

Выделяют следующие разновидности материалов:

1. Проточная часть может изготавливается при использовании серого или ковкого чугуна. Кроме этого достаточно большую популярность получила углеродистая или нержавеющую сталь. Есть модели насосов, которые изготавливаются при использовании композиционных материалов, которые обладают весьма высокими эксплуатационными качествами.
2. Шестерни являются основным элементом конструкции, которые изготавливают из дуплекса, композитов, углеродистой или нержавеющей стали. А вот чугун в данном случае не применим, так как не имеет высокую прочность и устойчивость к воздействию ударной нагрузки.
3. Упорные втулки выделим в отдельную группу. При их изготовлении может использоваться бронза, графит и карбид кремния. Эти материалы более устойчивы как к воздействию повышенной влажности, так и трению.

Что касается области применения, то список весьма большой:

1. Гидравлика.
2. Энергетика.
3. Нефтяная и газовая промышленность.
4. Пищевая промышленность и машиностроение.

Область применения определяется особенностью конструкции и видом используемых материалов при изготовлении основных элементов.

Виды масляных насосов, их устройство и принцип работы

Задача у насоса простая: качай себе моторное масло по кругу. А вот вариантов конструкции есть несколько, поскольку во всём мире инженеры продолжают совершенствовать каждый, даже самый мелкий, узел автомобиля.

По конструкции насосы бывают роторные, шестеренные (с наружным и внутренним зацеплением шестерен) и шиберные (пластинчатые).

1. Самый простой шестеренный маслонасос представляет собой две шестерни с удлиненными зубьями, установленные в рабочей камере так, чтобы входить в зацепление. Одна из шестерен соединена с валом насоса, то есть является ведущей, вторая ведомая, вращается только благодаря зацеплению с первой. Моторное масло подхватывается шестернями во время вращения и переносится на противоположную сторону, в масляные каналы. Это схема насоса с наружным шестеренным зацеплением.

2. У шестеренного насоса с внутренним зацеплением конструкция другая. Его рабочий узел состоит из двух шестерен, вставленных друг в друга. При этом одна шестерня (большая) имеет зубцы на внутренней окружности, а вторая (меньшая) – на наружной. Этими зубцами шестерни входят в зацепление, образуя полость в форме полумесяца. Масло перекачивается при вращении внутренней шестерни, в результате чего внешняя шестерня тоже крутится, перемещая масло вместе с ведущей шестерней.

3. Роторный насос по принципу действия похож на шестеренный с внутренним зацеплением. У роторного тоже есть два вложенных друг в друга элемента (ротора) и перекачка масла тоже происходит благодаря их вращению.

4. Шиберный насос представляет собой рабочую камеру, в которую вставлен ротор цилиндрической формы с прорезями. В прорези вставлены плоские пластины-шиберы, способные свободно двигаться в этих прорезях. Когда ротор вращается, пространство между ним стенками рабочей камеры делится на сектора. Эти сектора захватывают порции жидкости и переносят ее в нагнетательный канал. Конструкция шиберного насоса позволяет регулировать его производительность, смещая статор и таким образом меняя объем рабочей камеры.

Шиберный насос

По адаптивности различают регулируемые и нерегулируемые типы насосов.

1. У первых есть возможность менять производительность в зависимости от того, какая у двигателя на данный момент есть потребность в смазке. Регулируемые насосы гарантируют, что в любое время мотор будет получать столько масла, сколько ему надо.

2. Производительность нерегулируемых насосов зависит исключительно от скорости вращения коленвала. Для большинства автомобилей этого вполне достаточно, если не тюнинговать их для гонок. Чтобы при наборе мощности двигателя не создать слишком высокого давления в системе смазки, у нерегулируемых насосов предусмотрен редукционный клапан. Он открывается, когда давление доходит до критической точки, и часть масла уходит обратно в картер, то есть служит для стабилизации давления в системе смазки.

Типы привода насоса бывают электрические и механические.

1. Электрические маслонасосы встречаются довольно редко как конструктивное решение. Используются они в турбированных двигателях, рассчитанных на высокие (спортивные) нагрузки. Электропривод нужен для того, чтобы насос продолжал работать после того, как двигатель остановится, охлаждая раскаленную турбину.
2. Механические масляные насосы с приводом от коленвала двигателя используются в большинстве автомобилей. Привод может быть ременным или зубчатым, это зависит от конструкторского решения. Скорость работы насоса (и его продуктивность в единицу времени) зависят от нагрузки на двигатель. В этом есть своя логика: чем быстрей работает мотор, тем больше ему нужно охлаждение, очистка и смазка.

Принцип работы некоторых масляных насосов

Где стоит масляный насос? Если говорить о системе смазки с “мокрым” картером, то есть обычной, то в ней насос стоит внизу, подавая масло в систему из картера, снизу вверх. Если это нерегулируемый тип насоса, то при создании избыточного давления лишнее масло будет сливаться через редукционный клапан обратно в картер. На обычный двигатель достаточно одного насоса.

Расположение масляного насоса вместе с другими элементами двигателя: (1 – масляный насос; 2 – прокладка масляного насоса; 3 – приемник масляного насоса; 4 – прокладка картера; 5 – картер; 6 – датчик положения коленчатого вала)

Система смазки с сухим картером, когда для масла предусмотрен отдельный резервуар, устанавливается на мощные спортивные автомобили, а значит, рассчитывается на высокую нагрузку. На такой двигатель могут ставиться два и даже три масляных насоса, поскольку на максимальной скорости такой двигатель требует и охлаждения, и смазки.

Технические характеристики

Основными техническими характеристиками насосов являются:

• рабочий объем, см 3 — тот объем жидкости, который вытеснят шестерни за один оборот;
• подача, л/мин — какой объем жидкости вытеснит насос за единицу времени (производительность насоса);
• вакуумметрическая высота всасывания, м — характеристика показывает максимальную высоту, на которую можно установить насос относительно уровня жидкости. Если в технических характеристиках указано, что вакуумметрическая высота всасывания составляет 3 метра, то это говорит, что расстояние от уровня жидкости до оси входного отверстия не должна превышать 3 метра. При превышении данного значения насос не будет засасывать жидкость из-за отсутствия разности атмосферного давления и во всасывающей камере;
• давлением на выходе;
• объемный КПД η_о — также его называют коэффициентом подачи) насоса nо – объемные потери (утечки насоса), происходящие из зазоров между частями насоса или уплотнения. Этот параметр не допускает наружных утечек (если они присутствуют, то необходимо провести инспекцию уплотнений). Утечки зависят от зазоров между частями, перепада давления в зазорах, вязкости жидкости. В технической документации вместо вакуумметрической высоты всасывания указывают давление на входе насоса – то разряжение, созданное во всасывающей камере. Отсюда возникают рекомендации о сокращении длины всасывающих трубопроводов при установке насосов: уменьшение длины приводит к уменьшению потерь энергии на всасывание. Поэтому рекомендуют монтировать насосы на гидробаке или целиком погружают в жидкость;
• гидромеханический КПД η _г.м. — потери из-за сил трения между слоями жидкости, жидкости о стенки трубопровода, движущихся деталей в самом насосе;
• полный КПД η _п — совокупность объемного и гидромеханического КПД. Зависимость полного КПД от нагрузки не линейная и имеет при определенном давлении оптимальное значение n_п.опт
• номинальная мощность
• крутящий момент

Зависимость КПД насоса от давления нагрузки

Насос с внешним зацеплением

Электродвигатель вращает вал с ведущей шестернёй. Ведущая шестерня в свою очередь вращает ведомую.

За счёт минимального зазора шестерёнок между собой, а также зубьев шестерён и стенок рабочей полости, при вращении в зоне всасывания, образуется вакуум.

Однако в месте зацепления шестерёнок образуются, так называемые, запертые объемы. Одной из технических проблем в шестерённых насосах является проблема запертых объёмов, которой является нежелательным явлением.

Вследствие малой сжимаемости жидкости, возникновение запертых объёмов в процессе работы насоса, если не предусмотреть меры борьбы с ними, может привести к возникновению большого момента сопротивления.

Производители насосов серьезно относятся к данной проблеме и борются с ней различными методами. Например, между зубьев шестерни просверливается канал для отвода жидкости, через который жидкость попадает обратно в полость всасывания.

Так же устанавливается система поддержания давления в трубопроводе нагнетания.

При падении давления в трубопроводе нагнетания, число оборотов шестерни увеличивается. При увеличении – наоборот уменьшается.

Существуют также насосы, которые способны пропускать вместе с жидкостью довольно крупные примеси.

Принцип работы

Основной принцип нагнетания масла происходит образованием вакуума, за счёт движения шестеренок. Конструкциями применяется две шестеренки, одна из которых имеет приводной вал, соединяется ведомой шестерней. Вращение элементов происходит в разные стороны, поэтому местом сцепления производится всасывание и нагнетание жидкости. При процессе происходит забор состава в полость, после этого переход к области нагнетания и трубопровод. Шестеренный насос исключает обратную течь жидкостей, по причине плотного расположения зубьев между собой и корпусом.

Принцип работы внутреннего шестеренчатого насоса состоит по тому же принципу, но имеет некоторые отличия. Привод вращает ведущую шестеренку, внешнее соединение, соприкасаемое корпусом. Процесс всасывания выполняется созданным вакуумом, для предотвращения текучки масла в обратную сторону установлен серповидный уплотнитель, который играет роль клапана. Работа шестеренчатого насоса регулируется параметрами оборотов вала, максимальное давление может быть выставлено клапаном.

Причины неисправности масляного насоса

Причину по которой маслонасос вышел из строя может определить диагностика. Есть как минимум 8 основных неисправностей масляного насоса. К ним относится:

• Забитая сеточка маслоприемника. Она находится на входе в насос, и в ее функции входит грубое фильтрование моторного масла. Как и масляный фильтр системы, она постепенно забивается мелким мусором и шлаком (часто такой шлак образовывается в следствии промывки двигателя различными средствами).
• Неисправность редукционного клапана масляного насоса. Обычно выходит из строя входящие в его конструкцию поршень и пружина.
• Износ внутренней поверхности корпуса насоса, так называемого «зеркала». Возникает по естественным причинам в процессе эксплуатации мотора.
• Износ рабочих поверхностей (лопастей, шлицов, осей) шестерен масляного насоса. Случается как со временем долгой эксплуатации, таки из-за редких замен (очень густого) масла.
• Использование грязного или неподходящего моторного масла. Наличие мусора в масле может быть по разным причинам — неаккуратная установка насоса или фильтра, использование некачественной смазывающей жидкости.
• Небрежная сборка насоса. В частности, допущено попадание различного мусора в масло или насос был неправильно собран.
• Падение уровня масла в картере двигателя. В таких условиях насос работает с избыточной производительностью, из-за чего перегревается и может преждевременно выйти из строя.
• Грязный масляный фильтр. Когда фильтр очень забит насосу приходится прилагать значительные усилия для прокачки масла. Это приводит к его износу и частичному или полному выходу из строя.

Вне зависимости от причины, вызвавшей частичный выход из строя масляного насоса, необходимо выполнить его детальную проверку и при необходимости сделать ремонт или полную замену.

Устройство шестеренного насоса типа НШ-У

Устройство шестеренного насоса типа НШ-У показано на рисунке.

Общая конструктивная схема насоса типа НШ-У такая же, как и насоса типа НШ-В и НШ-Д, но вместо разгрузочной пластинки с уплотнительным кольцом введена сплошная резиновая уплотнительная манжета 10 (рис. а), которая зажата между крышкой 1 и корпусом 5. В цилиндрические отверстия манжеты вставлены резиновые кольца 14 (рис. б) с прилегающими к крышке стальными тонкими шайбами 9 (рис. а) для уплотнения передних опорных втулок. Резиновые кольца 14 (рис. б) препятствуют выдавливанию манжеты в зазор между хвостовиком и втулкой и отверстием в крышке.

Кроме того, запорные пружинки для фиксации опорных втулок в определенном развернутом положении устранены. Поэтому в корпус насоса вставляют опорные втулки без разворота. Для лучшего приспособления втулки к корпусу колодец в крышке под ведомую шестерню расточен на 0,5 мм больше.

Для снижения давления на подшипники и уменьшения износа сопряженных поверхностей подшипника и цапфы на торцах опорных втулок, прилегающих к торцам шестерен, сделаны дугообразные разгрузочные канавки 2X2 мм. Для подвода смазки к подшипнику на торце от стыковой плоскости опорной втулки к осевому отверстию сделана канавка 0,4Х0,6 мм.

Для предотвращения утечек жидкости из полости А (рис. б) во всасывающую полость насоса на стороне всасывания в расточку корпуса диаметром 59 мм встановлены клиновое резиновое уплотнение 8 и клиновой алюминиевый вкладыш 7. Утечки жидкости через зазор между передними втулками и цапфами шестерен поступают через отверстие в крышке и осевое отверстие в ведомой шестерне в канал, соединяющий кольцевые выточки колодцев на дне корпуса с камерой всасывания.

В комплект алюминиевой крышки 1 входят манжета 12 (рис. б), которая уплотняет хвостовик ведущей шестерни, опорное 11 и стопорное 13 кольца. Крышка 1 крепится к корпусу 5 насоса болтами 6 с пружинными шайбами.

Для того чтобы внутренние потери жидкости в насосе через зазоры между торцовыми поверхностями шестерен и втулок оставались минимальными длительное время эксплуатации, в конструкции насоса НШ-У применено автоматический поджим, который осуществляется следующим образом. Рабочая жидкость из камеры нагнетания поступает по пазу в полость А (рис. б) над передними опорными втулками, и стремится поджать эти подвижные втулки к торцам шестерен, устраняя зазор между ними. Если бы не было автоматического поджима, то появился бы зазор между торцами втулок и шестерен, который увеличивался бы за счет износа этих деталей по торцам.

Так как опорные подвижные втулки поджимаются давлением жидкости к торцам шестерен насоса, благодаря чему создается прижимающее усилие, то со стороны зубьев шестерен действует также давление жидкости, но на меньшую площадь, которое создает отжимающее усилие. В результате прижимающее усилие втулки к торцам шестерен незначительно превосходит отжимающее усилие, поэтому сохраняется необходимая масляная пленка между трущимися поверхностями опорных втулок и шестерен.

Достоинством насосов типа НШ-У является также то, что все уплотнительные кольца заменены манжетой и резиновым клиновидным сегментом.

В насосах НШ-У (в отличие от насосов НШ-В, НШ-Э и НШ-Д) торцовый износ качающего узла (шестерен и втулок) не влияет на уплотняющие свойства манжеты 10 потому, что она зажата между крышкой и корпусом, следовательно, при проседании качающего узла до 2—3 мм (против 0,3 в насосах НШ-В и НШ-Д) всасывающая полость будет изолирована от нагнетательной и поджим передних втулок будет осуществляться с постоянной силой.

Конструктивные усовершенствования узлов уплотнения и автоматической компенсации торцовых зазоров позволили увеличить гарантийную наработку насоса НШ-У до 1000 часов против 800 часов для насосов НШ-Э и НШ-Д. В настоящее время Московский завод тракторных гидроагрегатов (МЗТГ) гарантирует работу насосов НШ-46У до 4000 часов.

Насосы НШ-У допускают как правое, так и левое вращение. На заводе-изготовителе их собирают только для правого (вращение вала ведущей шестерни по часовой стрелке, если смотреть со стороны привода) или только для левого (вращение вала ведущей шестерни против часовой стрелки) вращения. Порядок переналадки насосов типа НШ-У с правого вращения на левое такой же, как и у насосов типа НШ-Э и НШ-Д. Установочные размеры насосов НШ-У ничем не отличаются от тех же размеров предыдущих выпусков насосов.

Благодаря вышеизложенным усовершенствованиям насос НШ-32У получил Знак качества. Его применяют в гидросистемах всех тракторов класса 14—20 кН (1,4—2 тс), в гидросистеме рулевого управления трактора Т-150К, на дорожных и сельскохозяйственных машинах.

Классификация

Шестеренчатые насосы по конструктивному исполнению зубчатых колес могут быть:

1. с внешним зацеплением
2. с внутренним зацеплением.

Шестеренные насосы с внешним зацеплением шестерен

В насосы с внешним зацеплением устанавливаются цилиндрические шестерни с прямыми, косыми или шевронными зубьями, которые являются основным рабочим органом.

Косозубые или шевронные зубья устанавливаются для уменьшения шумности работы, а также уменьшения негативных сил, влияющих на работу насоса.

Шестеренные насосы с внутренним зацеплением шестерен

Насосы с внутренним зацеплением шестерен представляют собой двойную систему роторов (шестерен) — наружная и внутренняя.

Наружная с внутренним зубчатым венцом, внутренняя — с внешним установлены в корпусе насоса с определенным экцентриситетом находятся в зацеплении. Одна из шестерен является приводной, как правило, внутренняя. Перекачка жидкости происходит по тому же принципу, что и при внешнем зацеплении.

Насосы с внутренним зацеплении более компактны, но из-за сложности производства уступают насосам с зубчатыми колесами с внешним зацеплением, а кроме того, внутреннее зацепление, в виду конструктивных особенностей, позволяет работать только при небольших давлениях (до 14 МПа).

Назначение масляного насоса двигателя

Система смазки двигателя – ответственный участок работы. Чтобы моторное масло прошло по всем каналам и попало на все детали, необходимо создать давление, другими словами, качать масло по системе, а не ждать, что оно пойдет самотеком. Конструкторы давно решили этот вопрос, когда разработали масляный насос. Идея оказалась настолько удачной, что до сегодняшнего дня менялись только конструктивные решения самого насоса, но не его принцип работы.

Назначение масляного насоса – постоянная прокачка моторного масла по всей системе смазки двигателя. Если давление в масляной системе всегда стабильное, не приближается к минимальной или максимальной критической отметке, значит, масляный насос работает вполне нормально.

Принцип работы

Принцип работы

1. Забор жидкости происходит за счет выхода из зацепления шестерен в камере всасывания (1). Расходящиеся зубья расширяют объём камеры всасывания (1), в результате чего в камере образуется вакуум, который стремительно заполняется жидкостью через всасывающий канал. В следствии разности давлений в линии забора и подающей камеры (1).
2. Шестерни переносят рабочую жидкость в пространстве промеж зубьев, из камеры (1) в (2);
3. При вхождении зубьев шестеренного насоса в зацепление, происходит уменьшение объема камеры. В результате этого происходит выдавливание жидкости из камеры нагнетания.