3 Расчет шестеренного насоса

Исходными данными для расчета являются:

- производительность насоса Q_Л , л/мин;

- давление, развиваемое насосом, p , МПа;

- частота вращения шестерен n , об/мин.

Отметим, что не следует смешивать параметры "давление, развиваемое насосом " и "давление нагнетания насоса".

Последовательность расчета.

1 Теоретическая подача насоса (м³/с)

Q_T = Q_C/_о ,

где _о - объемный КПД шестеренного насоса, принимаемый в пределах _о = 0,75...0,9;

Q_C = Q_Л/60000 - секундная объемная производительность (м³/с).

2 Необходимый рабочий объем насоса (м³/об), т.е. подача за один оборот

q = 60 Q_T /n .

3 Модуль зацепления

Обычно в шестеренных насосах число зубьев равно Z = 7...15, а угол зацепления инструмента принимают равным 20°. Для таких насосов с погрешностью не более 2...3% средняя подача (м³/об) за один оборот может быть определена в виде

q = 2  b m²(Z +0,2) ,

где b - ширина зуба, м; m - модуль зацепления, м.

С большей точностью определять подачу не требуется, так как объемный КПД насоса выбирается в достаточно широких пределах.

Ширина шестерни (длина зуба) обычно принимается равной b=km , где k = 6...9.

Тогда с учетом приведенных формул значение модуля зацепления (мм) может быть определено из выражения

.

Полученное значение модуля округляется до ближайшего стандартного значения. После этого уточняют значение b (мм) и округляется до ближайшего целого значения в миллиметрах:

.

4 Геометрические размеры шестерен (зацепление шестерен показано на рис. 3.1).

Для некорригированного прямозубого зацепления с углом зацепления  = 20°:

- диаметр делительной и начальной окружностей (мм) D =mZ ;

- высота зубьев (мм) h = 2,25 m ;

- диаметр окружности выступов зубьев (мм) D_A = m(Z+2) ;

- диаметр окружности впадин (мм) D_f = m(Z-2,5) ;

- межцентровое расстояние (мм) a=D .

5 Мощность (кВт), потребляемая насосом

N = 10³ Q_C p/ ,

где  = _МГ _o - общий КПД насоса; _МГ =0,85...0,9.

6 Диаметры всасывающей и напорной магистралей (мм) определяются из выражения

d = 10³ ,

где  - скорость рабочей жидкости, не превышающая 1,5...2 м/с для всасывающей и 3,5...5 м/с для напорной магистралей; если вязкость рабочей жидкости не больше 2...3°Е ,что соответствует (13...23) 10^-6 м²/с.

При большей вязкости значение скорости рабочей жидкости и окружной скорости шестерни насоса уменьшают, поскольку иначе рабочая жидкость не будет успевать заполнять межзубные пространства, что приведет к возникновению кавитационных явлений.

В прямозубых шестеренных насосах возникают запретные зоны. Для отвода жидкости из замкнутого зубьями объема делают специальные разгрузочные канавки (см. рис. 3.1) на плоскостях, уплотняющих торцевые поверхности шестерен. Расстояние между канавками принимают равным mcos, ширину канавки - 1,2m, а высоту - 0,5m .

Рисунок 3.1 – Зубчатое зацепление шестеренного насоса

4 Расчет винтового насоса

Винтовые насосы нашли широкое применение на судах. По количеству винтов различают одно- и многовинтовые насосы, а по зазору между нарезками винтов их делят на герметичные и негерметичные. Герметичные насосы, обычно имеющие циклоидальный или эвольвентно-циклоидальный профиль зацепления, применяют для откачивания чистых вязких жидкостей без механических примесей. Негерметичные насосы имеют трапецеидальный профиль зацепления, который проще в изготовлении и допускает работу с загрязненными жидкостями.

Методики расчета одно- и многовинтовых герметичных и негерметичных насосов различны. Ниже рассматривается порядок расчета трехвинтового герметичного насоса, получившего наибольшее распространение на судах.

Исходные данные для расчета насоса:

- производительность насоса Q_л, л/мин;

- давление, развиваемое насосом, p , МПа;

- частота вращения n, об/мин.

Последовательность расчета.

1 Проверка по максимально допустимой частоте вращения насоса (об/мин), при которой обеспечивается бескавитационный режим работы:

^,

где Q_C= Q_л/60000 - секундная подача насоса, м³/с;

₀- объемный КПД насоса, величина которого зависит от частоты вращения винтов, их размеров и вязкости перекачиваемой жидкости; ориентировочно можно принимать ₀=0,80...0,90.

Заданная частота вращения должна быть меньше n_MAX. В противном случае в дальнейшем расчете необходимо принять значение n, равным n_MAX, округленным в меньшую сторону.

2 Диаметр впадин ведущего винта D, принимаемый за определяющий размер циклоидального профиля (рис.3), вычисляется на основе выражения для секундной подачи насоса:

где - теоретическая подача насоса;

Z - число полостей всасывания насоса; для насосов с односторонним подводом жидкости Z =1 и с двусторонним подводом Z = 2;

F - площадь живого сечения насоса, равная разности площадей поперечного сечения расточки корпуса насоса и поперечного сечения всех винтов, м²;

t - шаг винтовой нарезки винта, м.

Площадь живого сечения для трехвинтового насоса с циклоидальным профилем с достаточной точностью определяется выражением F = K_FD², где K_F =1,243.

Шаг винта принимается t=K_TD, где K_T =10/3 для насосов с

подачей до 50 м³/ч и K_T=5/3 - с подачей более 50 м³/ч.

На основе приведенных выражений расчетную формулу для диаметра впадин ведущего винта D (м) можно записать в виде

Вычисленное значение обычно округляется до величины, кратной трем, что удобно при изготовлении винтов.

3 Геометрические размеры винтов (рис. 4.1) определяются с помощью следующих соотношений:

D_H=5/3 D; d_H=D; d=1/3D;

^t=K_t^D;

где D_H - диаметр окружности выступов ведущего винта;

d, d_H - диаметры окружностей впадин и выступов ведомого винта.

Рабочая длина винтов определяется по формуле L=Z_tt, где Z_t -количество шагов винтовой нарезки на рабочей длине винтов.

Для герметичности насоса рабочая длина винтов должна обеспечивать постоянное и надежное отделение полости нагнетания от полости всасывания. Поэтому рабочая длина винтов делается больше величины шага винтовой нарезки. Причем, чем выше развиваемое давление, тем длиннее должны быть винты. В зависимости от давления величину Z_t принимают из диапазонов: при p до 2,0 МПа Z_t = 1,5...2 , при p =5...7,5 МПа Z_t =3...4 , при p =15...20 МПа Z_t =6...8.

4 Средняя осевая скорость жидкости в насосе (м/с)

^.

Для бескавитационного режима работы насоса осевая скорость не должна превышать 5,5 м/с.

5 Мощность (кВт), потребляемая насосом,

^,

где  - полный КПД насоса,  = 0,6...0,8.

Рисунок 4.1 – Схема трехвинтового насоса