Классификация гидравлических и виды шестеренных насосов.
Немного романтики и теории
Насос является настоящим сердцем любой гидравлической системы, поскольку именно он преобразует механическую энергию от вращающегося привода в поступательную, которая что-то перемещает. Например - поднимает кузов прицепа.
Конструкций и типов гидравлических насосов существует множество, но принцип работы для них един – вытеснение жидкости именно поэтому их еще называют объемными.
Классифицируются они по принципу вытесняющего жидкость элемента, а этим элементом является:
- Поршень (насосы ручные, аксиально-поршневые, радиально-поршневые)
- Шестерня (насосы шестеренные и шнековые)
- Пластина (насосы пластинчатые однократного или двойного действия)
В системах гидрофикации самосвалов и прицепов наиболее часто применяются насосы шестеренные, которые еще называют роторными гидромашинами. В них рабочими элементами, которые осуществляют вытеснение жидкости, являются две вращающиеся шестерни.
Основными типами шестеренных насосов являются:
- шестеренные насосы внешнего зацепления
- шестеренные насосы внутреннего зацепления.
- героторные насосы (частный случай шестеренного насоса внутреннего зацепления)
- винтовые насосы (условно)
Шестеренные насосы имеют исключительно широкое применение в гидросистемах с давлением до 20 МПа. Это различная сельскохозяйственная, строительная и дорожная техника, мобильная гидравлика, системы смазки, гидроприводы в механизмах более сложных гидросистем.
Причины столь широкого применения шестеренных насосов совершенно объективны: простота конструкции, компактность и малый вес. Однако, расплатой за простоту конструкции становится снижение КПД (не превышает 0,85) и уменьшение ресурса при давлениях, превышающих 15МПа.
Шестеренные насосы внешнего зацепления
Основным элементом шестеренных насосов внешнего зацепления являются две синхронные шестерни. При их вращении шестерен жидкость во впадинах зубьев переносится из зоны всасывания в зону нагнетания. «Фокус» в том, что поверхности зубьев А1 и А2 вытесняют при вращении шестерен больше жидкости чем может поместиться в пространстве, освобождаемом зубьями B1 и B2. Разность объемов и создает то самое давление нагнетания, которое формируется в зоне нагнетания. К сожалению, такая простота не совсем безобидна - в месте зацепления шестерен (при работе насоса) образуются области так называемого «запертого» объема, что приводит к пульсации давления на выходе насоса.
Частично проблему пульсаций решает применение с косым и шевронными зубьями, но с ними есть свои сложности: у косозубой конструкции возникает дополнительная осевая сила , требующая включение в такую конструкцию упорных подшипников (это удорожание, усложнение, снижение ресурса). Этот минус нивелируют в насосах с шевронным зубом, где осевая сила компенсируется формой зуба, а уровень пульсаций на выходе столь же мал, как и у предыдущей схемы.
Резюмируя:
Шестеренные насосы внешнего зацепления хороши тем, что просты, недороги, работают с частотой вращения до 5000 об/мин. Их недостатками являются пульсация давления на выходе, не очень хороший КПД и сравнительно низкое выходной давление.
Шестеренные насосы внутреннего зацепления
Стоит сразу сказать, что отличительной особенностью таких устройств является ощутимо меньший уровень пульсаций и, в результате, невысокий уровень шума. Это свойство позволяет комфортно использовать шестеренные насосы внутреннего зацепления в стационарных машинах и механизмах и для техники, работающей в замкнутых пространствах.
Принцип работы шестеренного насоса с внутренним зацеплением базово схож с принципом работы предыдущего, представляя перенос жидкости во впадинах шестерен из зоны всасывания в зону нагнетания, но в этом насосе зубья шестерен не входят в зацепление.
В зоне всасывания вращением шестерен объем камеры, образованной зубьями и серпообразным разделителем, увеличивается. Происходит наполнение рабочей камеры жидкостью, из которой жидкость уже вытесняется в зону нагнетания, поскольку при вращении шестерен объем камеры в этой зоне наоборот - уменьшается.
В итоге: мы получаем насосы с простой конструкцией, низким уровнем шума, недорогие, с частотами вращения до 4000 об/мин. Однако, эта конструкция тоже не избавилась от минусов насосов внешнего зацепления – КПД и рабочие давления по-прежнему не высоки.
Героторные насосы
Это разновидность шестеренных насосов с внутренним зацеплением, но в отличии от стандартной схемы в них нет . Отличие от классической конструкции шестеренного насоса с внутренним зацеплением состоит в отсутствии серпообразного разделителя полостей всасывания и нагнетания, который специальным профилем.
Форма профиля такова, что в зоне, где должен был бы находиться серпообразный разделитель, обеспечивается постоянный контакт шестерен. В остальном принцип работы этого насоса не отличается от обычного (с внутренним зацеплением).
Такие насосы обычно применяют для невысоких давлений (до 150 Бар), подачи до 120 л/мин. И с частотами вращения составляют не более 1500 об/мин.
Достоинства - простота и низкошумность, а недостатки – опять-таки КПД и относительно высокая стоимость.
Роторно-винтовые насосы
Разновидностью шестеренного насоса так же можно считать винтовые насосы. Их рабочие элементы можно представить в виде косозубых шестерен с количеством зубьев равному числу заходов винтовой нарезки. Основным преимуществом этих насосов является отличная равномерность подачи, а, следовательно, и низкий уровень шума. Еще одно важнейшее рабочее свойство - его способность перекачивать жидкости с твердыми включениями, при этом давление достигает 200 Бар с частотами вращения до 1500 об/мин.
Конструкция таких насосов сложна, поэтому мало распространена и применяется в достаточно специфичных гидросистемах. Существуют как двух, так и трехвинтовые конструкции насосов.
Как уже отмечалось, основными достоинствами винтовых насосов становятся малошумность и равномерность подачи (отсутствие значительных пульсаций). Недостатком стала дороговизна при невысоком КПД.
