Шестеренный насос

Шестеренные насосы имеют рабочие камеры, образованными рабочими поверхностями зубчатых колес, корпуса и боковых крышек, а вытеснители совершают только вращательное движение. Эти насосы просты по конструкции, содержат малое число деталей, технологичны и получили широкое распространение.
Эти насосы бывают с внутренним и внешним зацеплением, многосекционными, многошестеренными и многоступенчатыми. В них используются косозубые и шевронные шестерни.
Наибольшее распространение получил шестеренный насос с внешним зацеплением и одинаковым числом зубьев эвольвентного профиля (рис. 1). Такой насос состоит из пары сцепляющихся между собой шестерен 1 (ротора) и 3 (вытеснителя), помещенных в корпус (статор) 2 с каналами для подвода и отвода жидкости.

Принцип работы данного насоса заключается в следующем. При вращении шестерен 1 и 3, когда зубья выходят из зацепления объем камеры увеличивается, давление в полости В уменьшается происходит всасывание жидкости. Жидкость, попавшая во впадины зубьев, перемещается по внешней дуге в направлении вращения шестерен в полость Н. На выходе зубья входят в зацепление, объем камеры уменьшается и жидкость вытесняется в напорную гидролинию.
При малых зазорах в зубчатом зацеплении возможно образование полости с защемленным объемом рабочей жидкости, что может привести к резкому увеличению давления и радиальной силы, действующей на оси и валы насоса. Для устранения резкого роста давления предусматривают каналы во в впадинах шестерен, на боковых крышках и на нерабочих поверхностях зубьев (для нереверсивных насосов).
Шестеренные насосы способны создавать давление до 10…16 Мпа, а иногда и выше (до 20 Мпа). Однако при давление больше 10 МПа необходимо предусматривать устройство для компенсации зазоров по торцам шестерен. Это устройство состоит из плавающих втулок, которые давлением жидкости прижимаются к торцевым поверхностям шестерен и тем самым уменьшают зазор, повышая степень герметичности в насосе.
Для получения особо высоких давлений иногда применяют многоступенчатые шестеренные насосы. Их составляют из нескольких шестеренных насосов, соединенных последовательно. Такой насос создает давление, равное сумме давлений, развеваемых всеми ступенями.
Неравномерность подачи вызывает пульсацию давления и отрицательно сказывается на работе насоса и гидропривода, создавая вибрации. Таким образом, для уменьшения пульсации подачи необходимо увеличивать число зубьев шестерени.
Для увеличения подачи насоса или получения нескольких независимых потоков жидкости применяют многошестеренные насосы с тремя и более шестернями, размещенными в одном корпусе с одной ведущей шестерней.
Объемный КПД шестеренных насосов зависит от давления и вязкости рабочей жидкости. При номинальном давлении 16 МПа и вязкости рабочей жидкости порядка 60…70 мм2/c он составляет не менее 0,92…0,98. полный КПД шестеренных насосов не менее 0,82…0,90.
Корпуса шестеренных насосов изготовляют из чугуна, стали или алюминия. Для изготовления шестерен используют легированные стали (20Х, 40Х, 18НХ13А и др.). Боковые крышки выполняют, как и корпуса, из чугуна и стали, иногда из бронзы.
К недостаткам шестеренных насосов относятся следующие: наличие полости с защемленными объемом рабочей жидкости между зубьями шестерен, что может привести к поломке насоса; значительный шум и пульсация потока по сравнению с другими типами насосов.

Принцип действия насоса (рис. 2) состоит в следующем. Ведомая шестерня 4 и ведущая шестерня 5 равной ширины находятся в зацеплении и размещены с минимальным радиальным зазором в корпусе 3. При вращении шестерен рабочая жидкость переносится из полости всасывания В в полость нагнетания Б в виде порций, вытесняемых из впадин зубьев зубьями второй шестерни. В результате рабочая жид¬кость пульсирует и при соответствующей частоте вращения шестерен создает необходимую подачу и давление в полости нагнетания.
Шестерни 4 выполнены за одно целое с валами и опираются на бронзовые втулки 2, зафиксированные от поворота. Шейки втулок уплотнены в крышке 7 прокладкой 6, а выступающий из крышки хвостовик шестерни 5 защищен манжетой 8, прижатой стопорным кольцом 9. Стык крышки 7 и корпуса 3 уплотнен такой же прокладкой 6, что предотвращает вытекание рабочей жидкости из полости высокого давления А, соединенной с полостью Б корпуса насоса. Под давлением жидкости в полости А торцы втулок 2 прижимаются к торцам шестерен и торцу расточки корпуса 3. Таким образом образуется уплотнение между всеми внутренними торцами деталей насоса, исключающее перетекание жидкости из полости Б в полость В, причем торцы прижимаются тем сильнее, чем больше давление в полости Б. Для разгрузки манжеты 8 полость перед ней соединена с полостью В корпуса 3 каналом 10. Таким образом, жидкость, просочившаяся в полость перед манжетой, отводится в полость В.
Насос приводится в действие через шлицевой хвостовик шестерни 5. Подводят и отводят жидкость к полостям В и Б по отверстиям, расположенным на обработанных поверхностях приливов корпуса 3. В процессе эксплуатации насос не регулируют.