Действительная подача шестерённого насоса.

ОБЪЁМНЫЕ НАСОСЫ (ПРОДОЛЖЕНИЕ).

Действительная подача шестерённого насоса; компрессия жидкости в защемлённых объёмах; общая схема определения основных размеров шестеренного насоса; определение основных размеров шестеренного насоса; винтовые насосы; геометрия винтов насоса; теоретическая и действительная подача трехвинтовых насосов; одновинтовые насосы.

Действительная подача шестерённого насоса.

Действительная подача шестерённого насосаменьше теоретической на величину объёмных потерь

.

Объёмные потери определяются внутренними утечками в насосе и потерями, связанными с заполнением объёмов на всасывании.

Утечки жидкости происходят через зазоры между торцовыми поверхностями шестерён и корпусов или подпятников, через радиальные зазоры между цилиндрическими поверхностями корпусов и вершинами зубьев и через неплотности контакта между зубьями. Торцовые зазоры могут компенсироваться, для чего торцевые поверхности, прилегающие к шестерням, выполняются подвижными. Прилегание к шестерням обеспечивается использованием гидравлических сил и усилий специальных пружин. В случае некомпенсируемых торцовых зазоров утечки через них составляют до 75…80 % суммарных утечек в насосе. Торцовые зазоры следует по возможности уменьшать. Их величину доводят до 0,02…0,03 мм.

С увеличением вязкости жидкости утечки уменьшаются. Объёмный КПД с увеличением вязкости вначале растёт, а затем падает из-за возрастания потерь на всасывании.

Потери на всасывании зависят от вязкости жидкости, так как при равном времени заполнения впадин более вязкая жидкость заполнит меньшую часть объёма. Кроме того, часть жидкости переносится из области нагнетания в область всасывания в защемлённых межзубых объёмах. При этом большое значение оказывает наличие газовой компоненты в жидкости. При наличии растворённого в жидкости воздуха, он расширяется при попадании жидкости в область всасывания, занимая часть объёма впадин, предназначенного для заполнения при всасывании. Надёжность заполнения впадин также зависит от формы и размеров канала, подводящего жидкость ко впадинам насоса.

Все названные потери могут быть определены с привлечением законов гидромеханики и с учётом реальных размеров соответствующих зазоров и объёмов, а также с учётом переменных свойств перекачиваемых жидкостей. Сложности применяемого при этом математического аппарата не обеспечивают точных результатов расчётов. В основном это связано с большой неопределённостью используемых в расчётах параметров, которые могут значительно изменяться в зависимости от условий изготовления и применения рассматриваемых конструкций. В связи с этим имеет распространение эмпирический подход к определению объёмного КПД, который базируется на учёте разности давлений между нагнетанием и всасыванием насоса р, величиной вязкости жидкости и окружной скорости на начальном диаметре шестерён u. При этом прочие влияющие параметры оцениваются как соответствующие некоторым средним условиям. Например,

В этих формулах р измеряется в МПа, u в м/с, а вязкость – в градусах Энглера (^оВУ) или в секундах Редвуда (″R).Для выполненных конструкций объёмный КПД составляет 0,8…0,94.

10.4. Компрессия жидкости в защемлённых объёмах

Компрессия жидкости во впадинах между зубьями шестерен может возникнуть вследствие беззазорного зацепления, при котором происходит плотное запирание жидкости во впадине входящим в нее зубом (рис. 11.1 а), а также вследствие одновременного зацепления двух (или нескольких) пар зубьев при зацеплении с существенными зазорами (рис. 10.1, б).

В результате компрессии жидкости возникают большие нагрузки на шестерни, приводящие к износу зуба и перегрузке вала и подшипников. Разрежение, образующееся во впадине в период выхода зубьев из зацепления, также отрицательно сказывается на работе насоса, поскольку в этом случае происходит выделение из жидкости паров и растворенного в пей воздуха, т. е. возникает кавитация.

Рис 11.1 Схемы запирания жидкости во впадинах шестерен насоса

Так как компрессия жидкости во впадинах шестерен ухудшает работу насоса, то прибегают к разгрузке защемленного объема. Отвод из впадин запертой жидкости обычно осуществляется с помощью разгрузочных (перепускных) канавок в торцевых стенках корпуса насоса (или в подпятниках). Объем жидкости, вытесняемый из защемленного объема через разгрузочную канавку,

.

Максимальная подача жидкости из защемленного объема (в момент его образования) составляет

Разгрузочные канавки рекомендуют располагать так, чтобы отсеченное межзубное пространство сообщалось с зоной нагнетания лишь на время уменьшения своего объема, а в последующий период, когда объем увеличивается, соединялось для предотвращения кавитации с зоной всасывания. Это будет обеспечено при условиях, указанных на рис.11.2. Расстояние между канавками у и их длину l определяют по выражениям

При расчете сечения канавок, предназначенных одновременно и для подвода жидкости в межзубное пространство из камеры всасывания, скорость течения жидкости следует принимать не более 4…5м/сек.

Значения h_к и m (мм) для z = 10…17

Рис. 11.2 Расположение и размеры разгрузочных канавок

Устранить компрессию можно также путем отвода запертой жидкости через радиальные сверления во впадинах и осевые сверления вала (рис. 11.3). Система таких каналов обеспечивает надежный отвод и подвод жидкости к запертому объему, но при этом усложняется конструкция насоса.

Существуют и другие способы предотвращения компрессии в шестеренных насосах, но они являются более сложными, а поэтому применяются сравнительно редко.

Рис. 11.3. Схема разгрузки запертого объёма
при помощи радиальных каналов в шестерне и осевых каналов в вале