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 .