Шестеренчатый насос — это любимый тип насоса из категории объемных насосов. В шестеренчатом насосе определенное количество жидкости закрыто зацепляющимися шестернями, и жидкость передается при вращении шестерен для ее перемещения. Иоганн Кеплер изобрел шестеренчатый насос около 1600 года.
Гидравлический шестеренчатый насос передает беспульсационный поток, который прямо пропорционален скорости вращения шестерен. Эти насосы в основном используются для создания высокого давления. Как правило, они используются для перекачки высоковязких жидкостей, таких как клей, жидкое топливо, моторные масла, углеводороды и т.д.
Шестеренчатые насосы имеют фиксированный объем, поэтому они известны как объемные насосы.
Объемный насос означает, что насос обеспечивает равномерный расход при одинаковой скорости независимо от изменения давления. Фиксированный объем означает, что этот насос подает постоянное количество жидкости при каждом обороте вала.
Шестеренчатый насос обычно имеет две шестерни. Одна шестерня называется ведомой или ведущей, а вторая — силовой или ведущей.
Силовая передача соединяется с тяговым электродвигателем или механическим источником энергии. Двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель или ручной труд приводят во вращение силовую или ведущую шестерню. Эта передача также известна как ведущая, а ведомая — как ведомая.
Работа шестеренчатого насоса
Шестеренчатые насосы используют движение вращающихся шестерен для перемещения жидкостей. Шестеренчатый насос работает по основному принципу объемного вытеснения. Он работает следующим образом:
- На этапе запуска шестеренчатый насос начинает работать, когда энергия подается на приводной вал, затем ведущая или силовая шестерня начинает вращаться, используя энергию движущей силы.
- Ведомая или ведомая шестерня (которая входит в зацепление с силовой или ведущей шестерней) также вращается вместе с силовой шестерней, но в обратном направлении. Когда эти две шестерни начинают вращаться, на стороне всасывания насоса начинает создаваться частичный вакуум.
- Когда вакуум создан, жидкость со стороны всасывания всасывается в шестерню.
- После этого всасываемая жидкость блокируется между корпусом и шестерней.
- Затем заблокированная жидкость между зубьями шестерни и корпусом перемещается при вращении зубьев шестерни, и эта жидкость течет со стороны впуска на сторону выпуска.
- Аналогично, в ведомой шестерне жидкость также течет со стороны впуска на сторону выпуска, и жидкость под высоким давлением также выводится с выпускной стороны насоса.
- Поскольку ведущая и ведомая шестерни шестеренного насоса полностью входят в зацепление друг с другом, у жидкости нет места для движения. Поэтому жидкость не может течь прямо к выходной стороне или от входной стороны к выходной. Для движения жидкости внутри насоса движение этих шестерен является очень обязательным, и без их движения жидкость не может течь.
Компоненты шестеренчатого насоса
- Приводной вал
- Уплотнение
- Входное и выходное отверстия
- Дирверная шестерня
- Приводная шестерня
- Корпус
1) Ведущая или силовая передача
Ведущая или силовая шестерня соединяется с тягачом. Эта передача вращается под действием силы тягового двигателя.
2) Ведомая или ведущая шестерня
Ведомая шестерня входит в зацепление с силовой шестерней. Она вращается вместе с вращением силовой передачи.
3) Корпус
Силовая и ведомая шестерни расположены внутри корпуса гидравлического шестеренного насоса.
4) Впускная секция
Это часть насоса, откуда жидкость всасывается внутрь насоса. Жидкость под низким давлением поступает в насос из впускной секции.
5) Выпускная секция
Это часть шестеренчатого насоса, которая подает сжатую жидкость в интересующую область. Жидкость под высоким давлением выходит из насоса через выпускное отверстие.
6) Клапан сброса давления или предохранительный клапан
Этот клапан устанавливается на выходной секции, чтобы в случае избыточного давления можно было сбросить давление, что предотвращает повреждение насоса.
7) Движущая сила
Шестеренчатый насос использует первичный двигатель для приведения в движение вала, на котором находится силовая передача. Он может приводиться в движение ручным трудом, двигателем IC или электродвигателем.
Типы шестеренчатых насосов
- Внешний шестеренчатый насос
- Шестеренчато-роторный насос
- Внутренний шестеренчатый насос
- Лопастной насос
1) Насос с внешним зацеплением
Насос с внешним зацеплением имеет две одинаковые шестерни (силовую и ведомую), которые вращаются в противоположных направлениях. Обычно силовая передача приводится в движение электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания, который в дальнейшем вращает ведомую шестерню. Иногда оба вала могут вращаться через двигатель. Эти валы удерживаются различными подшипниками с обеих сторон корпуса.
- Когда шестерни на стороне всасывания насоса выходят из зацепления, объем увеличивается на стороне всасывания. Когда эти шестерни начинают вращаться относительно корпуса насоса, жидкость перемещается в полость и задерживается зубьями шестерен.
- Эта захваченная жидкость движется по корпусу от впускного отверстия к выпускному.
- Когда зубья шестерен входят в зацепление на стороне выхода насоса, объем уменьшается, и жидкость принудительно отводится под давлением.
Когда шестерни входят в зацепление, жидкость не может вернуться из центра между шестернями.
Благодаря жесткому допуску между корпусом и шестернями насоса, насос создает всасывание на стороне всасывания и предотвращает возврат жидкости из выходной части (хотя утечка жидкости низкой вязкости более вероятна). В насосе с внешним зацеплением могут использоваться елочные, косозубые или прямозубые шестерни.
Преимущества и недостатки шестеренных насосов с внешним зацеплением
2) Шестеренчатый насос с внутренним зацеплением
Принцип работы внутреннего шестеренчатого насоса такой же, как и внешнего шестеренчатого насоса. Но у внутреннего насоса размеры двух зацепляющихся шестерен различны, и одна зацепляющаяся шестерня вращается в другой.
Самой большой шестерней является внутренняя шестерня, так как ее зубья выступают внутрь. Внутри этой зоны эксцентрично расположена самая маленькая внешняя шестерня. Она предназначена для работы с ротором таким образом, чтобы зацепление зубьев шестерни происходило в определенных точках. Втулка и шестерня установлены в корпусе насоса, чтобы удерживать ведомую шестерню на месте.
- Когда шестерни на стороне всасывания насоса расцепляются, объем увеличивается. Поскольку шестерни продолжают вращаться относительно корпуса насоса и мембраны, жидкость перемещается в полость и задерживается зубьями шестерен.
- Эта захваченная жидкость движется по корпусу от впускного отверстия к выпускному.
- Когда зубья шестерен входят в зацепление на выходном участке насоса, объем уменьшается, и жидкость принудительно сливается под давлением.
Преимущества и недостатки шестеренных насосов с внутренним зацеплением
3) Лопастной насос
Лопастной насос работает как внешний шестеренчатый насос, т.е. жидкость течет внутри корпуса. В этом гидравлическом насосе вместо зубьев шестерен используются лопасти. Он может использовать три или четыре лопасти в зависимости от требований.
В отличие от шестерен внешнего шестеренного насоса, лопасти не касаются друг друга. Внешнее рулевое колесо коробки передач предотвращает соприкосновение лопастей.
Опорные подшипники вала насоса располагаются внутри редуктора. Поскольку эти подшипники не находятся в перекачиваемой жидкости, давление ограничивается прогибом вала и положением подшипника, что снижает уровень шума насоса. Благодаря меньшему количеству лепестков и большему размеру лепестков, этот насос может достигать более высокого нагнетания.
Преимущества лопастного насоса
- Изменение вращения вызывает реверс потока.
- Простота обслуживания
- Высокая плотность потока
- Большой канал свободного хода
- Низкая пульсация
- Непрерывный поток
- Точная дозировка
- Поток пропорционален скорости
4) Ге-роторный насос
Насос Ge-ротор — это шестеренчатый насос с внутренним зацеплением, не имеющий форму полумесяца. Ротор является внутренней шестерней (силовой шестерней), а ведомая шестерня — внешней.
Эти шестеренчатые насосы особенно подходят для чистых функций низкого давления, таких как система фильтрации горячего масла и система смазки, но их также можно встретить в гидравлических системах низкого и среднего давления.
Принцип работы роторно-шестеренчатого насоса приведен ниже:
- Жидкость поступает на входе между ведомой шестерней и ротором.
- Жидкость проходит через насос между зубьями по принципу «шестерня в шестерне». Жесткие допуски между зубьями шестерен действуют как затвор между входным и выходным отверстиями.
- Зубья ротора и ведомой шестерни полностью входят в зацепление, создавая равноудаленное уплотнение между выпускным и впускным отверстиями. Это уплотнение заставляет жидкость вытекать через выпускное отверстие.
Преимущества и недостатки роторно-винтового насоса
Винтовой насос в сравнении с шестеренчатым насосом
Разница между шестеренчатым и перистальтическим насосом
Эффективность шестеренчатого насоса
- Зазоры Линейный зазор между торцом шестерни и наружным диаметром допускает обратный поток и утечку. Хотя увеличение зазора может уменьшить гидродинамическое трение и повысить эффективность.
- Зазор в шестерне: Большой зазор в шестерне также может привести к утечке жидкости. Но это также помогает уменьшить потерю энергии, задерживая жидкость между зубьями шестерен.
Преимущества и недостатки шестеренчатого насоса
Гидравлические шестеренные насосы имеют следующие преимущества и недостатки:
Преимущества шестеренчатого насоса
- Они обеспечивают постоянный и равномерный поток.
- Шестеренчатые насосы обладают способностью самовсасывания.
- Они могут перекачивать жидкости высокой вязкости.
- Они очень нечувствительны к загрязнениям.
- Эти типы насосов могут работать в обоих направлениях. Поэтому один насос может использоваться как для загрузки, так и для разгрузки.
- Шестеренные насосы имеют очень компактную и простую конструкцию.
- Кроме того, этот насос можно использовать для перекачки высоковязких жидкостей, таких как масло, которые не могут перекачиваться центробежным насосом.
- Этот насос может создавать очень высокое давление, равное 3000psi.
- Низкая стоимость
- Гидравлические насосы этого типа имеют очень низкую стоимость обслуживания.
- При перекачивании очень вязкой жидкости (например, моторного масла) шестеренчатым насосом вероятность утечки минимальна. Поэтому при перекачивании жидкости с очень высокой вязкостью эффективность насоса повышается.
Недостатки шестеренчатых насосов
- Они производят очень высокий уровень шума.
- В шестеренчатом насосе используются зацепляющиеся шестерни, поэтому в нем не может использоваться абразивная жидкость.
- Из-за ограниченного размера шестеренчатого насоса он не может использоваться для больших расходов.
Области применения шестеренчатых насосов
- Пища: Животная пища, патока, растительные масла и жиры, сахар, наполнители, масло какао, шоколад и т.д.
- Целлюлоза и бумага: Шлам, латекс, известь, каолин, черный щелок, щелочь, мыло, кислота и т.д.
- Клеи и смолы.
- Химикаты: Изоцианаты, смешанные химикаты, пластмассы, кислоты, силикат натрия и т.д.
- Нефтехимические продукты: смазочные масла, сырая нефть, дизельное топливо, смола, наполненный или чистый битум и т.д.
- Чернила и краски.
Раздел часто задаваемых вопросов
Какой материал следует выбрать для изготовления шестеренного насоса?
При выборе материала для изготовления шестеренчатого насоса необходимо учитывать следующие факторы: первоначальные материальные затраты, затраты на замену и срок годности. Помимо рассмотрения самой жидкости при выборе конструкционного материала, необходимо также учитывать концентрацию, загрязнение и температуру жидкости.
Стандартные материалы для компонентов насоса, такие как бронза, чугун и мягкая сталь, как правило, изначально дешевле. Однако если эти материалы приведут к преждевременному выходу из строя, непредвиденному ремонту и замене, цена будет выше. Для некоторых низкоскоростных шестеренчатых насосов может потребоваться замена материала ротора с чугуна на сталь по мере увеличения вязкости, чтобы выдерживать повышенный крутящий момент, обусловленный вязкостью.
Требуется ли заливка в шестеренчатый насос?
Шестеренчатый насос является самовсасывающим насосом. Это означает, что такой насос не нуждается в заливке. Это одно из основных преимуществ данного насоса. Кроме того, он имеет высокий объемный КПД и может стабильно транспортироваться с постоянной скоростью.
Кто изобрел шестеренчатый насос?
Иоганн Кеплер изобрел шестеренчатый насос около 1600 года.
Что вызывает всасывание жидкости в шестеренчатый насос?
Шестеренчатый насос использует ряд вращающихся шестерен для передачи жидкости из одного места в другое. Вращающиеся шестерни создают жидкостное уплотнение между корпусом насоса и создают всасывание на стороне входа. Когда давление на стороне входа становится ниже окружающего давления, начинается процесс всасывания жидкости.
