Шестерённая гидромашина

Конструкция шестерённого насоса или гидродвигателя с внешним зацеплением шестерён

Шестерённая (шестерёнчатая, зубчатая) гидромаши́на — один из видов объёмных гидравлических машин, часто используется в качестве насоса для перекачивания и нагнетания под давлением вязких жидкостей, таких как моторное, компрессорное или турбинное масло.

Так же как и другие виды объёмных роторных гидромашин эта машина принципиально может работать как в режиме насоса, так и в режиме гидромотора. Гидравлические моторы с зубчатой передачей преобразуют гидравлический поток и давление в угловое перемещение и момент с помощью вала. В том случае, если к валу гидромашины прикладывается вращательный момент, то машина работает в режиме насоса. Если на вход гидромашины подаётся под давлением рабочая жидкость, то с вала снимается вращающий момент, и машина работает в режиме гидромотора.

Виды конструкций

Шестерённые гидромашины выпускаются с внешним и внутренним зацеплением (одним из вариантов последней является героторная гидромашина со специальным трохоидальным зацеплением). Гидромашины с внутренним зацеплением более компактны, но из-за сложности изготовления применяются редко. Иногда для снижения шумности и неравномерности подачи применяют шестерни с косыми зубьями. В некоторых случаях для облегчения входа перекачиваемой среды (расплав полимера) входной патрубок имеет размеры (эквивалентный диаметр) соизмеримые с размером шестерён.

• 
  Шестерённая гидромашина с внешним зацеплением
• 
  Шестерённая гидромашина с внутренним зацеплением
• 
  Героторная гидромашина (с внутренним зацеплением без серповидного элемента)
• 
  В этом насосе с внутренним зацеплением жидкость перемещается слева направо

Принцип действия

Принцип действия шестерённой гидромашины с внешним зацеплением шестерён

Шестерённый насос с внешним зацеплением работает следующим образом. Ведущая шестерня находится в постоянном зацеплении с ведомой и приводит её во вращательное движение. При вращении шестерён насоса в противоположные стороны в полости всасывания зубья, выходя из зацепления, образуют разрежение (вакуум). За счёт этого из гидробака в полость всасывания поступает рабочая жидкость, которая, заполняя впадины между зубьями обеих шестерён, перемещается зубьями вдоль цилиндрических стенок колодцев в корпусе и переносится из полости всасывания в полость нагнетания, где зубья шестерён, входя в зацепление, выталкивают жидкость из впадин в нагнетательный трубопровод. При этом между зубьями образуется плотный контакт, вследствие чего обратный перенос жидкости из полости нагнетания в полость всасывания ничтожен. Смазка движущихся элементов насоса производится перекачиваемой жидкостью (масло, расплав полимера и др.), для поступления смазывающей жидкости к зонам трения конструкцией насоса предусматриваются специальные каналы в корпусных деталях насоса.

Рабочий объём

Рабочий объём шестерённой гидромашины с внешним зацеплением может быть определён по формуле:

$q_{0}=2\pi \cdot m^{2}\cdot b\cdot z,$

где $m$ — модуль зубчатого зацепления;

$b$ — ширина шестерни;

$z$ — число зубьев шестерённой гидромашины, под которым понимается число зубьев на одной шестерне.

Запертые объёмы

Пояснение понятия «запертый объём» в шестерённых гидромашинах с внешним зацеплением: красным и голубым цветом указаны запертые объёмы

Одной из технических проблем в шестерённых гидромашинах является проблема запертых объёмов, которые являются нежелательными. Вследствие малой сжимаемости жидкости, возникновение запертых объёмов в процессе работы гидромашины, если не предусмотреть меры борьбы с ними, может привести к возникновению большого момента на валу. Для борьбы с ними выполняют специальные канавки в корпусе или крышке, по которым жидкость из запертых объёмов уходит либо в полость высокого давления, либо в полость низкого давления.

Область применения

Данный вид машин широко используется в системах объёмного гидропривода, в системах смазки и др. Например, гидропривод бульдозеров на базе тракторов Т-100, Т-130 и Т-180 имеет силовой шестерённый насос НШ-100.

Шестерённые насосы применяются для получения давлений до 30 МПа (при использовании очень чистой жидкости и высокой современной точности изготовления).

Героторные насосы применяют для подачи цементной и бетонной смеси от бетономешалки до места заливки. Кроме того, героторные гидромашины используют в качестве центрального звена в некоторых дифференциалах с повышенным внутренним сопротивлением.

В ряде случаев требуется синхронная подача перекачиваемой (перекачиваемых) жидкости к разным точкам потребления — в этих случаях целесообразно применение многопоточных насосов с единым приводом. Преимущество состоит в том, что подачи могут быть только одновременными. Конструкция с применением многопоточных насосов получается компактнее, проще и легче.

Преимущества

• широкий диапазон вязкости среды;
• простота конструкции;
• высокая надёжность в сравнении, например, с аксиально-плунжерными гидромашинами;
• низкая стоимость;
• способность работать при высокой частоте вращения;
• простота реализации реверса для зубчатых насосов (достаточно смены направления вращения ведущей шестерни);
• высокая надежность при работе например с расплавами полимеров.

Недостатки

• нерегулируемость рабочего объёма;
• неспособность работать при очень высоких давлениях, либо высокие требования к материалам и изготовлению деталей насоса;
• в сравнении с пластинчатыми гидромашинами — бо́льшая неравномерность подачи;
• высокое требование к точности изготовления шестерен и пластин, образующих корпус;
• двукратное изменение направления движения жидкости в насосе, что снижает КПД.

Маркировка шестерённых гидромашин

Маркировка отечественных шестерённых насосов устанавливается в соответствии с «ГОСТ 19027-89 НАСОСЫ ШЕСТЕРЁННЫЕ. Основные параметры».

Основные технические характеристики

• Рабочий объём, см³.
• Номинальная частота вращения, с‾¹.
• Номинальная подача, л/мин.
• Давление на выходе, номинальное и максимальное, МПа.
• Коэффициент подачи, не менее, в долях.
• Коэффициент полезного действия, не менее, в долях.
• Номинальная мощность, кВт, не более.
• Масса, кг.

Литература

1. Юдин Е. М. Шестеренные насосы. Основные параметры и их расчет/ Издание 2-е, переработанное и дополненное. Москва, издательство «Машиностроение», 1964. — 236 с.
2. Лепешкин А. В., Михайлин А. А., Шейпак А. А. Гидравлика и гидропневмопривод: Учебник, ч. 2. Гидравлические машины и гидропневмопривод. / под ред. А. А. Шейпака. — М.: МГИУ, 2003. — 352 с.
3. Башта Т. М., Руднев С. С., Некрасов Б. Б. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/  — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982.
4. ГОСТ 19027-89 Насосы шестерённые. Основные параметры.
5. Башта Т. М. Гидравлические приводы летательных аппаратов. — Изд-ие 4-е, переработанное и дополненное, издательство «Машиностроение», Москва, 1967.

См. также

• Гидравлические машины
• Гидропривод