10.5. Условия бескавитационной работы насоса.
Кавитация в шестерённых насосах начинается, как и в любых других насосах, в месте с наименьшим давлением жидкости. Она связана с вскипанием жидкости и проявляется аналогично выше изложенному для центробежных насосов. В полном соответствии с уже рассмотренными подходами к описанию этого явления можно выделить две группы факторов, определяющих возможность проявления кавитации.
Первая группа факторов связывается с параметрами установки насоса на объекте эксплуатации и зависит от высоты всасывания, давления над уровнем жидкости, сопротивлением приёмного трубопровода и параметрами жидкости, в частности, давлением парциальных паров жидкости в зависимости от её температуры.
Вторая группа факторов определяется конструктивными параметрами насоса и режимом его работы. Она определяет ту величину кавитационного запаса энергии, который необходимо иметь, чтобы исключить вскипание в точке с минимальным давлением. Решение этой задачи в существующих методиках выполняют по-разному, но во всех случаях связывают величину этого запаса с центробежными силами, которые действуют на жидкость у корня зуба и определяют величину снижения давления в жидкости под действием этого фактора.
В принципе, определение параметров бескавитационной работы насоса может и должно выполняться по методике, мало отличающейся от рассмотренной для центробежных насосов. В то же время известные методики представляют данный вопрос хотя и в сходной, но в относительно менее чёткой и пригодной для использования интерпретации.
Отсюда в ряде методик условие бескавитационной работы насоса определяют через допустимую скорость на одном из диаметров шестерни, при которой давление на дне впадин будет выше давления парциальных паров перекачиваемой жидкости.
В соответствии с таким подходом рекомендуется определять допустимую скорость на окружности вершин зубьев:
, (11.1)
где ре – давление во впадине на окружности выступов Re, приблизительно можно принимать это давление равным давлению на всасывании насоса; рi min минимально допустимое давление жидкости на дне впадины. Оно должно превышать давление парообразования (парциальное давление паров жидкости) примерно на 0,02…0,03 МПа.
В принципе, можно задавать ре с учётом снижения давления на всасывании из-за высоты расположения насоса над уровнем в баке (высоты всасывания), и таким образом оценивать допустимую высоту всасывания. Следует также учитывать, что окружная скорость движения головок зубьев должна ограничиваться в зависимости от вязкости жидкости по условиям заполнения межзубных впадин. В первом приближении рекомендуемые скорости приведены в таблице 10.1.
Таблица 11.1. Рекомендуемые окружные скорости вершин зубьев
ν ·106, м2/с |
1 |
10 |
50 |
150 |
300 |
600 |
ue, м/с |
7 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1,5 |
10.6. Общая схема определения основных размеров шестеренного насоса.
Шестеренные насосы ДВС обычно выполняют одноступенчатыми, однопоточными, с двумя прямозубыми, косозубыми или шевронными шестернями.
Расчетную подачу Qp насоса находят по заданной подаче Q и объемному КПД.
.
Скорость ие шестерни на окружности выступов выбирают в зависимости от вязкости и проверяют по (10.12) на условие бескавитационной работы. Число зубьев шестерен z = 8…14 (в отдельных случаях до 30). Ширина шестерни
,
где для коэффициента kb в зависимости от перепада давлений Δр рекомендуются следующие значения:
Δр, МПа |
До 1 |
До 4 |
Свыше 4 |
kb |
До 13 |
7…9 |
До 6 |
Модуль шестерни определяют по расчетной подаче из уравнения
,
где
Модуль округляют до ближайшего стандартного значения, и находят по нему основные размеры шестерен. По уравнению для окружной скорости ие = Reω определяют угловую скорость ω вращения шестерен и согласуют со скоростью вращения двигателя насоса. Окончательное значение ширины шестерни устанавливают из уравнения для подачи насоса.