Физические предпосылки объемных потерь в шестеренных насосах с внешним зацеплением

Объемные потери в шестеренных насосах преимущественно определяются внутренними и внешними утечками рабочей жидкости и потерями через недозаполнения рабочих камер.

Внутренние утечки возникают в радиальном зазоре между дуговой поверхностью цилиндрических проточек корпуса и внешней цилиндрическоой поверхностью шестерен, а также в торцевых зазорах между боковыми стенками корпуса (или плотнящими дисками) и торцами шестерен.

Внешние утечки обусловлены утечками рабочей жидкости из внутренних полостей гидромашины наружу и не являются определяющими.

Сложность формы каналов и значительное количество влияющих факторов делают практически невозможным достоверный расчет внутренних утечек в шестеренном насосе, но полностью достоверным является утверждение, что 75÷80% всех утечек имеют место в торцевых зазорах в случае отсутствия в конструкции насоса системы их автоматической компенсации [2].

Сложность расчетов утечек жидкости в радиальном зазоре между дуговой поверхностью цилиндрических проточек корпуса и внешней цилиндрической поверхностью шестерен обусловливается также переменным, по направлению вращения шестерен, значением давления в этом зазоре (в насосе давление в зазоре увеличивается по направлению вращения от давления всасывания к давлению нагнетания, в гидромоторе – уменьшается от рабочего давления к давлению слива). Таким образом, в насосе направления перенесения рабочей жидкости во впадинах зубьев и поток радиальных утечек разнонаправленные, а в гидромоторе – равнонаправленные.

Недозаполнение рабочих камер шестеренного насоса (условные объемные потери) обусловлено, особенно при значительных частотах вращения шестерен, действием на рабочую жидкость центробежных сил, которые препятствуют попаданию жидкости во впадины шестерен в полости всасывания.

Недозаполнение рабочих камер насоса приводит не только к уменьшению его подачи (объемного КПД), но и к пульсациям давления рабочей жидкости на выходе гидромашины из-за обратных токов жидкости из нагнетательной полости в неполные рабочие камеры (впадины шестерен), что может приводить также к гидроударам разрушающей силы.

Для предотвращения гидроударных явлений на дуговых поверхностях цилиндрических проточек корпуса насоса со стороны нагнетательного патрубка прорезают узкие щели, через которые постепенно жидкость дозаполняет впадины шестерен, повышая давление в них к безопасному уровню к соединению рабочих камер с полостью нагнетания.

Для полного заполнения рабочих камер жидкостью во всасывающем пространстве гидромашины необходимо обеспечить давление жидкости, минимальное значение которого определяется решением математической модели процесса всасывания шестеренного насоса.