4.3 Расчет корпуса шестеренного насоса

Расчет корпуса шестеренного насоса сводится к определению сечений каналов на линиях всасывания и нагнетания и к расчету на прочность стенок корпуса.

Если к насосу предъявляется требование о возможности реверсивной работы, то камеры нагнетания и всасывания должны быть конструктивно одинаковыми. При отсутствии такого требования камера всасывания по условиям улучшения заполнения впадин делается значительно шире, чем окно нагнетания.

На рис. 5 показана конструктивная схема насоса с расширенной камерой всасывания. Благодаря расширению камеры всасывания можно значительно поднять рабочие скорости насоса, а также уменьшить зависимость объемного КПД от вязкости жидкости.

Рисунок 5  Насос шестеренный с расширенной камерой

всасывания

Угол ₁ (см. рис. 6), определяющий размер камеры всасывания, принимается в пределах 45÷90. По условиям улучшения входа и обеспечения бескавитационной работы следует стремиться к верхнему пределу значения ₁. Однако для шестерен с малым числом зубьев и высоким давлением нагнетания угол ₁ = 90 может оказаться слишком большим с точки зрения размеров уплотняющей дуги. В случае применения разгрузки опор от радиальных усилий верхний предел угла ₁ тем более неприемлем, так как он приведет к большим утечкам и резкому снижению объемного КПД.

При конструировании насосов, предназначенных для перекачивания масла, нефти и мазута, с числом зубьев z = 12÷13 и работающих сравнительно с небольшим давлением нагнетания камеру всасывания часто выполняют с углом ₁ = 120.

Размер окна нагнетания определяется углом ₂ (см. рис. 6).

Угол ₂ для реверсивных насосов принимают равным углу ₁. Для нереверсивных насосов принимают ₂  ₁.

Площади проходных сечений камер всасывания и нагнетания выбираются из условий, чтобы скорости движения жидкости в них не превышали допустимых значений. Для обычных насосов, работающих без подкачки, скорость движения жидкости в камере всасывания должна находиться в пределах u_вс = 1÷2 м/с. При расчете проходного сечения камеры нагнетания скорость нагнетания должна находиться в пределах u_н = 3÷5 м/с для насосов низкого давления и u_н = 5÷6 м/с для насосов высокого давления. Более высокие значения скоростей принимаются для менее вязких жидкостей.

Рисунок 6  Расчетная схема к определению рабочих камер

4.3.1 Расчет параметров камеры всасывания

Определение значения угла ₁:

Площадь проходного сечения камеры всасывания:

где u_вс  принятая допустимая скорость всасывания жидкости.

Длина дуги камеры всасывания:

где а₁ − ширина камеры всасывания в осевом направлении.

Принимаем

Определение угла γ₁, соответствующего длине дуги s₁:

Определение угла β₁ камеры всасывания:

Диаметр всасывающей магистрали:

Если диаметр всасывающей магистрали получается больше ширины камеры всасывания, то необходимо уточнить значение d_вс.

Площадь сечения всасывающей магистрали:

Скорость жидкости во всасывающей магистрали:

Проверка по допустимой скорости:

4.3.2 Расчет параметров камеры нагнетания

Площадь проходного сечения камеры нагнетания:

где u_н  принятая допустимая скорость нагнетания.

Длина дуги камеры нагнетания:

где а₂ − ширина камеры нагнетания в осевом направлении.

Чтобы уменьшить нагрузку на опоры, окно нагнетания должно быть узким и удлиненным. С этой же целью данную щель делают несимметричной, смещенной в сторону менее нагруженной ведущей шестерни.

Принимаем

Определение угла γ₂, соответствующего длине дуги s₂:

Определение угла β₂ камеры нагнетания:

где .

Диаметр напорной магистрали:

Если диаметр напорной магистрали получается больше ширины камеры нагнетания, то необходимо уточнить значение d_н.

Принимаем

Площадь сечения напорной магистрали:

Скорость течения жидкости в напорной магистрали:

Проверка по допустимой скорости:

4.3.3 Расчет на прочность стенок корпуса шестеренного насоса

Расчет толщины стенок корпуса производится в основном в насосах повышенного и высокого давления. Толщина стенок корпуса и крышек должна исключить возможность их деформации под действием сил давления жидкости. Расчет толщины стенок корпуса производится исходя из максимального давления и выбранного материала корпуса.

Минимальный наружный диаметр корпуса определим из условия обеспечения максимального допустимого значения напряжений в стенках корпуса:

где D_к − наружный диаметр корпуса;

р_н.max – максимальное давление нагнетания, на которое производится статическое испытание корпуса.

Принимаем

где σ_доп − допустимое напряжение в стенках корпуса.

Для алюминиевого литья σ_доп = 25 МПа, для чугунного σ_доп = 40 МПа.

Наружный диаметр корпуса шестеренного насоса: