2.2 Шестеренні насоси
Шестеренний насос є одним з
найпростіших по конструкції. Він
складається (рис. 4) із двох звичайно
однакових по діаметру, що зчіплюються
шестірень
і
,
з яких одна (наприклад,
)
– ведуча, поміщених у корпус
.
Робоча рідина з всмоктувального
трубопроводу
переміщається в нагнітальний трубопровід
у западинах між зубами обох шестірень.
Робочий обсяг насоса
(12)
де
– кількість шестірень;
– модуль;
– висота зуба;
– діаметр початкової окружності;
– довжина зуба (ширина насоса);
– площа западин між зубами (коефіцієнт
приблизний).
Подача насоса середня
(13)
де
– частота обертання шестірні,
(тому що об’єм западин трохи більше
об’єму зубів, приймають замість
величину
).
Визначимо закон зміни подачі
при обертанні шестірень. Нехай А –
крапка зачеплення. Позначимо
і
,
тиск у лінії всмоктування
,
– радіус початкової окружності шестірень.
Необхідний момент, що крутить, на шестірні
(14)
де вираження в першій квадратній
дужці являє собою силу, що діє на частину
голівки зуба (від його вершини до крапки
зачеплення), у другій дужці – плече цієї
сили щодо осі шестірні.
Перетворимо (14), одержуємо
(15)
Аналогічно момент, що крутить, на шестірні
(16)
Загальний момент
(17)
З
і
,
.
Звідси
де
– довжина ліній зачеплення.
Підставляємо останнє вираження в (17), одержуємо
(18)
Тому що миттєва потужність
,
то
(19)
Оскільки
– змінна величина, функція кута повороту
шестірні, миттєве значення подачі також
змінюється в залежності від положення
шестірні. Кутовий період цієї періодичної
функції
,
де
– число зубів шестірні. Частота пульсації
.
Максимальне значення подача
приймає при
(20)
Мінімальне – при
(при коефіцієнті перекриття зубчатого
зачеплення, рівному 1)
(21)
Ступінь нерівномірності подачі
(22)
Шестеренні насоси для загально
машинобудівних потреб випускають з
наступними параметрами: тиск
,
подача
,
частота обертання
(від
до
),
об’ємний к.к.д.
,
загальний к.к.д.
.
Для спеціальних цілей зазначені параметри
досягають наступних величин: тиск – до
,
іноді
,
,
,
частота обертання –
,
об’ємний к.к.д. – до
,
загальний к.к.д. –
,
подача – до
.
2.3. Кривошипно-поршневі (кривошипно-плунжерні) насоси.
Розглянемо кривошипно-поршневий
насос (рис. 5) з одним плунжером. У його
основу покладений кривошипно-повзунний
механізм. Він складається з кривошипа
(довжиною
),
шатуна
(довжиною
),
повзуна
,
направляючі повзуна
,
плунжера
,
корпуса
,
всмоктувального
і нагнітального
клапанів. При руху плунжера вправо
відбувається витиснення рідини з корпуса
насоса через клапан
у нагнітальну лінію. При руху плунжера
вліво клапан
тиском рідини в нагнітальній лінії
закривається. У корпусі
насоса створюється розширення, завдяки
чому робоча рідина з всмоктувальної
лінії через всмоктувальний клапан
заповнює робочу камеру насоса. При цьому
подача рідини в нагнітальну лінію не
відбувається. Кутова швидкість обертання
кривошипа
.
Відношення довжин кривошипа і шатуна
.
Р
обочий
об’єм насоса
(23)
де
– площа плунжера.
Середня подача
(24)
Визначимо миттєве значення
подачі у функції кута повороту кривошипа.
Нехай кут повороту кривошипа від
вихідного положення (
) дорівнює
.
Тоді переміщення плунжера від вихідного
положення
Тут
– кут нахилу шатуна до лінії дії плунжера.
З геометричних співвідношень
.
Оскільки
,
величиною
в порівнянні з
можна зневажити. Тоді
і
.
Швидкість плунжера
(25)
Подача насоса
(26)
Графік подачі одноплунжерного насоса показаний на рис. 6, а.
Для згладжування такої явної
нерівно-мірності застосовують багато
плунжерні насоси, у кожного з який
кривошип зрушать стосовно кривош
ипа
сусіднього насоса на кут
,
де
– число плунжерів насоса.
Наприклад, для трьохплунжерного
насоса подача першого насоса
,
подача другого насоса
,
подача третього насоса
.
Графік подачі трьохплунжерного насоса представлений на рис. 6, б.
З графіка видно, що нерівномірність подачі зі збільшенням числа плунжерів значно знижується.
Н
а
основі теоретичних висновків отримані
наближені формули для розрахунку
нерівномірності в залежності від числа
плунжерів:
при парному
(27)
при непарному
(28)
Звідси видно, наприклад, що
з погляду рівномірності подачі вигідно
мати трьохплунжерний насос (
),
чим чотирьохплунжерний (
).
Кривошипно-плунжерні насоси
широко застосовуються в насосно-акумуляторних
установках пресів. Вони працюють на
тиску до
і розвивають подачу до
.