Шестеренные насосы

В шестеренном насосе жидкость перекачивается посредством вращающихся шестерен, находящихся в зацеплении. Шестеренные насосы выполняют с внутренним или внешним зацеплением, с прямозубыми, косозубыми и шевронными шестернями. У косозубых и шевронных шестерен зацепление происходит не сразу по всей ширине, как у прямозубых, а постепенно. Такие насосы менее чувствительны к погрешностям изготовления и монтажа, меньше изнашиваются и работают плавно и бесшумно, обладают высокой равномерностью шестеренные насосы выполняют одноступенчатыми, иногда и многопоточные насосы.

На судах распространены шестеренные насосы с внешним зацеплением (рис. 3.4). Насос представляет собой пару одинаковых шестерен находящихся в зацеплении и помещенных в камеру, стенки которой охватывают их с малыми зазорами.
Камеру образуют корпус 3 и боковые диски 2. По обе стороны от области зацепления шестерен в корпусе имеются полости а, б, соединенные с трубопроводами высокого и низкого давления. Перекачиваемая из полости а жидкость заполняет впадины между зубьями и перекачивается в полость б, где вытесняется в трубопровод под давлением.
Подача определяется геометрическими размерами насоса и частотой вращения вала. Для приблизительной оценки подачи, принимая объем зубьев равным объему впадины, величину V₀ рассматривают как объем кольца со средним радиусом r, толщиной b и шириной 2h. С учетом этого
Q_т = V₀n = 2πr2hbn
Шестеренные насосы с прямозубыми шестернями характеризуются существенной неравномерностью подачи. Их степень неравномерности приближенно δ = 2/(z+1).
Шестерни насоса находятся под действием разности давлений в полостях нагнетания и всасывания. Кроме того, на них действует реакция от вращающего момента на ведущей шестерне. Результирующая этих сил определяет радиальную нагрузку подшипника насоса. Наиболее нагруженными оказываются подшипники ведомой шестерни.
В шестеренных насосах с коэффициентом перекрытия зацепления, большим единицы, и в насосах, не имеющих зазоров при зацеплении, происходит запирание жидкости во впадинах. При таком зацеплении часть жидкости оказывается запертой во впадине шестерни входящим в нее зубом. Уменьшение запертого объема, сопровождающееся сжатием жидкости, приводит к появлению дополнительной радиальной пульсирующей нагрузки на шестерни, валы и подшипники. При последующем увеличении этого объема возникает разрежение, которое также отрицательно сказывается на работе насоса, так как при этом происходят парообразование и выделение из жидкости растворенных газов, что вызывает местную кавитацию. Для устранения сжатия жидкости во впадинах соединяют объем с полостью нагнетания, а в период расширения — с полостью всасывания. Это достигается с помощью специальных канавок в торцовых стенках корпуса или радиальных каналов во впадинах шестерен.
Объемные потери в шестеренных насосах подразделяют на потери от утечек и потери на всасывании. Утечки происходят через зазоры между торцовыми поверхностями шестерен и корпуса; радиальные зазоры между цилиндрическими поверхностями расточек корпуса и наружными поверхностями головок зубьев шестерен, а также через неплотности контакта между зубьями. Наиболее значительные утечки наблюдаются через зазоры между торцовыми поверхностями шестерен и корпуса. Они составляют 75 — 80 % всех утечек в насосе. Потери на всасывании происходят при заполнении жидкостью впадин шестерен в полости всасывания. На значение этих потерь оказывают влияние вязкость и наличие в перекачиваемой жидкости газов. С понижением давления в полости всасывания объем газа, выделяющегося из жидкости, увеличивается, снижая заполнение впадин жидкостью.
Объемный КПД шестеренного насоса равен 0,7—0,85. По мере изнашивания деталей это значение уменьшается. Потери энергии на трение также велики; они обусловлены трением торцов шестерен о боковые диски, трением в подшипниках и уплотнении. Развитые поверхности трения вызывают значительные механические потери, поэтому механический КПД не превышает 0,6—0,7.