Схема устройства, принцип действия и основы теории.

 

Шестеренные насосы являются роторно-вращательными объемными насосами. рабочие органы которых выполнены в виде шестерен, находящихся в зацеплении.

Схема шестеренчатого насоса.

 

 

 

Насос состоит из двух шестерен, расположенных в корпусе 1. Ведущая шестерня 2, жестко сидящая на валу, вращает ведомую шестерню 3 путем зубчатого зацепления. Корпус с крышкой охватывает обе шестерни по окружности и с торцов с очень малыми радиальными и торцевыми зазорами. Ограниченные корпусом впадины между зубьев шестерен образуют замкнутые рабочие камеры-объемы q.

Работа насоса.

Перемещение жидкости осуществляется вращающимися шестернями. При этом в насосе одновременно происходят три процесса: всасывание, перенос жидкости и нагнетание.

Всасывание происходит в полости А, где зубья шестерен выходят из зацепления: зубья одной шестерни выходят из впадин между зубьями другой шестерни. Вследствие этого объем впадин увеличивается. В них создается разрежение, давление в полости А и на входе в насос P_н становится меньше давления в подводящем трубопроводе P₀. Под воздействием возникшей разницы давлений на всасывании P_вс = P₀ – P_н перекачиваемая жидкость поступает в насос и заполняет все впадины между зубьями шестерен, сообщающиеся в данный момент с полостью всасывания А.

Перенос  жидкости из полости всасывания А в полость нагнетания В насоса начинается в момент времени, когда шестерни при своем дальнейшем вращении обеспечивают геометрическое замыкание рабочей камеры – впадины между зубьями. При этом жидкость заполнившая замкнутый объем впадины q, переносится шестернями по окружности в направлении их вращения.

Нагнетание происходит в полости В где зубья шестерен входят в зацепление: зубья одной шестерни, как поршни, входят во впадины между зубьями другой шестерни, уменьшая их объем и вытесняя из них жидкость. Вследствие этого давление в полости В и на выходе из насоса P_н возрастает и становится больше давления в отводящем трубопроводе системы P_с. Под воздействием возникшей разницы давлений на нагнетании Δ P _нг = P_к – P _с перекачиваемая жидкая среда подается из насоса в систему.    

На осуществление процессов всасывания, переноса жидкости и нагнетания насос потребляет от двигателя определенную мощность (энергию), обеспечивая при нормальной работе требуемые значения подачи Q и давления P.

Так как P_r >> P_н, то нормальная работа шестеренного насоса возможна при наличии непрерывного герметичного отделения полости нагнетания В от полости всасывания А. Нормальная работа насоса нарушается в случае возникновения значительных утечек жидкости из полости В обратно в полость А через не плотности между корпусом и шестернями, а также через неплотности в районе зацепления шестерен. Уплотнение между корпусом и шестернями достигается соблюдением требуемой (формулярной) величины торцевых и радиальных зазоров, которые в любом случае не должны превышать 0,3 мм. Уплотнение в районе зацепления шестерен достигается благодаря непрерывному соприкосновению (контакту) зубьев друг с другом и соблюдению условия, когда до выхода из зацепления одной пары зубьев в зацепление вступает вторая пара.   

Описанные выше процессы всасывания и нагнетания позволяют рассматривать впадины между зубьями шестерен, как своеобразные цилиндры поршневого насоса, в которых зубья, как своеобразные поршни,  совершают возвратно- поступательное движение, перемещая жидкость. Таким образом, шестеренные насосы по принципу действия являются объемными и снабжаются предохранительными клапанами.

 

Основы теории.

 

Давление и напор.

 Давлением шестеренного насоса называют величину, определяемую зависимостью:

 

 p = p_к – p_н +   Па.

 

Где: p_к и p_н - давление на выходе и входе в насос, Па;

           - плотность жидкости, кг/м³;

с_к и с_н - скорости жидкости на выходе и входе в насос, м/с;

z_к и z_н - высоты центров тяжести сечений выхода и входа в насос, м;

        g = 9,81 - ускорение свободного падения, м/сек².

 

В шестеренных насосах сечения выхода и входа имеют обычно равные диаметры и расположены примерно на одной высоте. Поэтому с достаточной для практических расчетов точностью можно принять

 

с_к = с_н    и z_к = z_н.

 Тогда давление и напор шестеренных насосов будут равны:

 

p = p_к – p_н (П)а; H =   (м).

 

Давлением полного перепуска называют давление на выходе из насоса при перепуске всей подаваемой жидкости через предохранительный клапан.

 

 

Подача.

  Подачу шестеренных насосов принято выражать в м³/с; м³/ч за один оборот шестерни.

Формула идеальной подачи имеет вид:

 

Q_и = (r d n м³/с.

Где:

r₂ – радиус выступа зубьев, м;

r₁ – радиус впадин зубьев, м;

d – ширина шестерни (впадины), м;

n – частота вращения, с^-1.

 

Подачу фактическую определяют экспериментально при испытаниях насоса методом заполнения мерного бака за определенное время:

 

Q =   м³/с,

Где: v – объем жидкости, поданной насосом в мерный бак. м^3;

     τ-время, которое потребовалось насосу для подачи жидкости в количестве v м³/с.

Разность между идеальной подачей и подачей фактической называют утечками жидкости или объемными потерями (ΔQ):

 

ΔQ = Q_и – Q м³/с.