Шестеренный насос принцип работы

Шестеренчатый насос. Устройство, схема, принцип работы, назначение

Шестеренчатый или шестеренный насос это насос объемного типа. Широкое распространение данные насосы получили при работе с вязкими продуктами, такими как различные типы нефтепродуктов, масла, топлива и.т.д.  Выделяют два основных типа шестеренчатых насосов: насосы с внешним зацеплением и насосы с внутренним зацеплением.

Шестеренчатый насос с внешним зацеплением

Шестеренчатый насос с внешним зацеплением часто использует в качестве смазочных насосов в станках, в силовом оборудовании и в качестве масляных насосах в различных типах двигателя.

Конструкция шестеренчатого насоса с внешним зацеплением

Рабочими органами данного насоса являются шестерни, которые находятся в постоянном зацеплении. Шестерни в насосе могут располагаться, как в один ряд так и в два.   Зубья шестерен имеют различные формы:

— прямозубая  цилиндрическая форма

— косозубая цилиндрическая форма

— шевронная шестерня

Косозубые и шевронные шестерни обеспечивают наиболее плавный поток, чем прямозубые. Хотя у всех указанных типов жидкость перекачивается довольно гладко, без пульсаций. На большие производительности чаще используют косозубые и шевронные колеса.

Шестеренчатые насосы с небольшой производительностью обычно работают на скорости 1750 или 3450 об/мин. У насосов с большим типоразмером шестерни вращаются со скоростью порядка 650 об/мин.

Между рабочими органами насоса и корпусом практически нет зазоров. Вал насоса поддерживается с обеих сторон. Все это позволяет производить шестеренчатые насосы высокого давления до 200 бар. Поэтому насосы широко применяются в гидравлических системах

В устройстве шестеренного насоса с внешним зацеплением можно выделить следующие основные элементы:

Схема шестеренного насоса с внешним зацеплением

 

• Ведущая шестерня
• Ведомая шестерня
• Вал насоса, соединенный с приводом
• Система уплотнения вала
• Задний подшипник (втулка)
• Передний подшипник (втулка)

Принцип работы шестеренчатого насоса с внешним зацеплением

При получении вращательного движения от привода насоса, ведущая шестерня передает это движение ведомой. Шестерни вращаются соответственно в противоположные стороны.

 

1. Когда шестерни выходят из зацепления они создают разряжение с всасывающей стороны насоса. Перекачиваемая жидкость течет в образовавшуюся полость и захватывается зубьями шестерни.
2. Среда перемещается в карманах между зубьями, вдоль внутренней части корпуса насоса. Между самими шестернями жидкость не проходит.
3. Благодаря зацеплению зубьев шестеренчатых колес жидкость под давлением выталкивается в напорный патрубок насоса.

Материальное исполнение

Основные элементы шестеренчатых насосов внешнего зацепления могут быть выполнены из самых  различных материалов для обеспечения необходимой коррозионной стойкости, как при работе с неагрессивными жидкостями, так и при перекачке таких сред как кислоты. Чаще всего данный тип насосов встречается с исполнением корпуса и основных вращающихся элементов из чугуна.

Можно выделить следующие основные материалы:

Проточная часть насоса:	Шестерни	Упорные втулки
·         Серый чугун	·         Углеродистая сталь	·         Графит
·         Ковкий чугун	·         Нержавеющая сталь	·         Бронза
·         Углеродистая сталь	·         Дуплекс	·         Карбид кремния
·         Нержавеющая сталь	·         PTFE
·         Дуплекс	·         Композитные материалы PPS
·         Композитные материалы (PPS, ETFE)

Типы уплотнения вала насоса

• Сальниковое уплотнение (ссылка на сальниковое уплотнение)
• Манжетное уплотнение
• Торцевое уплотнение (одинарное или двойное) (ссылка на торцевое уплотнение)
• Магнитная муфта

Преимущества и недостатки шестеренчатых насосов с внешним зацеплением

Преимущества:

• Перекачка высоковязких жидкостей
• Высокое давление
• Нет перегрузок на валу из-за подшипников с двух сторон
• Тихая работа
• Широкий выбор материалов
• Возможность использовать в качестве дозировочных
• Реверсивный насос

Недостатки:

• Четыре упорных подшипника располагаются в перекачиваемой среды
• Недопустимо попадание твердых включений
• Не эффективны при работе с жидкостью с низкой вязкостью
• Недопустима работа «в сухую» 

Области применения

Шестеренчатые насосы  внешнего зацепления применяются чаще всего в следующих отраслях промышленности.

• Энергетика
• Нефтяная и газовая промышленность
• Химическая промышленность
• Гидравлические системы
• Машиностроение
• Пищевая
• Фармацевтическая
• Судостроение и судоходство

Основные назначения шестеренного насоса :

• Перекачка топлива и смазочных масел
• Дозирование присадок и полимеров
• Перекачка хим. реагентов
• Работа в гидравлических системах
• Микродозирование

Основные производители

Шестеренчатый насос с внутренним зацеплением

Шестеренчатые насосы с внутренним зацеплением универсальны. Они часто используются как для жидкостей с низкой вязкостью, такие как растворители, бензин и.т.д. Так же они прекрасно работают с высоковязкими жидкостями, например битум, клей, жидкое стекло, присадки, шоколад. Насосы могут работать в  широком диапазоне по вязкости: от 1 до 1 000 000 сПз.

Помимо этого насос может перекачивать жидкость с очень высокой температурой до + 400 ˚С. Это достигается за счет настраиваемого зазора между зубьями ротора и корпуса насоса в зависимости от температуры и вязкости.

Конструкция шестеренчатого насоса с внешним зацеплением

Рабочими органами шестеренного насоса с внутренним зацеплением является ротор и ведомое колесо, которые работают по принципу «шестерня в шестерне». В устройстве данного типа шестеренчатого насоса  также можно выделить следующие элементы:

Схема шестеренного насоса с внутренним зацеплением

• Ведомая шестерня
• Ротор
• Система уплотнения вала
• Всасывающий патрубок
• Нагнетательный патрубок
• Встроенный предохранительный клапан

Принцип действия шестеренного насоса с внешним зацеплением

При получении вращательного движения от привода насоса, ротор передает это движение ведомой шестерне.

1. Жидкость поступает через всасывающий патрубок в образовавшуюся полость между ротором (внешняя шестерня) и ведомой шестерней (внутренняя шестерня).
2. Жидкость проходит через насос между зубьями ротора и ведомой шестерни. Специальная вставка по форме полумесяца разделяет жидкость и действует как уплотнение между всасывающим и нагнетательным патрубком.
3. Перед вытеснением жидкости из напорного патрубка проточная часть насоса практически полностью заполнена жидкостью. Ротор и ведомое внутреннее колесо образуют полностью запертые уплотненные карманы, в которых и транспортируется жидкость. Затем шестерни повторно зацепляются и тем самым выдавливают жидкость в нагнетательный патрубок насоса.

Материальное исполнение

Проточная часть насоса:	Роторы и ведомые шестерни	Упорные втулки
·         Серый чугун	·         Серый чугун	·         Карбид вольфрама
·         Ковкий чугун	·         Ковкий чугун	·         Бронза
·         Углеродистая сталь	·         Углеродистая сталь	·         Карбид кремния
·         Нержавеющая сталь	·         Нержавеющая сталь	·         Керамика
·         Дуплекс	·         Дуплекс
	·         PTFE

Типы уплотнения вала насоса

• Сальниковое уплотнение (ссылка на сальниковое уплотнение)
• Манжетное уплотнение
• Торцевое уплотнение (одинарное или двойное) (ссылка на торцевое уплотнение)
• Торцевое газовое уплотнение (газодинамическое бесконтактное уплотнение)
• Магнитная муфта

Преимущества и недостатки шестеренчатых насосов с внешним зацеплением

Преимущества:

• Только два подвижных элемента
• Только одно уплотнение вала
• Перекачка высоковязких жидкостей
• Работа без пульсаций
• Низкий NPSHr
• Настраиваемый зазор между зубьями и корпусом
• Широкий выбор материалов
• Реверсивный насос
• Простое обслуживание

Недостатки:

• Чувствителен к твердым включения
• Ограничение по давлению
• Подшипник постоянно находится в перекачиваемой среде
• Внешняя радиальная нагрузка на вал

Области применения

Шестеренчатые насосы  внутреннего зацепления применяются чаще всего в следующих отраслях промышленности

• Нефтяная и газовая промышленность
• Химическая промышленность
• Пищевая
• Судостроение и судоходство

Основные назначения шестеренного насоса:

• Перекачка топлива и смазочных масел
• Производство полимеров и эластомеров
• Производство спиртов и растворителей
• Перекачка битума, гудрона, смолы
• Пищевые продукты
• Краски, клей
• Мыльные растворы

Основные производители:

Конструкция, работа, типы и их преимущества

Насосная промышленность стала широко известна с самого 1982 года, и там было много усовершенствований и изобретений. Одна из разработок, которая стала великим изобретением, - это поршневые насосы и их типы. Расширенные знания в области охраны окружающей среды дали реальное развитие насосам, не имеющим уплотнений вала. Тенденция электроники и компьютеров даже вошла в сферу применения насосов в области приводов с регулируемой скоростью.Программное обеспечение выбора насоса ускорило процесс выбора насоса вместе с несколькими сценариями. Из всего этого мы будем обсуждать «Gear Pump».

Что такое шестеренный насос?

Шестеренный насос относится к категории поршневых насосов прямого вытеснения, в которых имеется роторный насос непрерывного действия. С помощью зубчатого зацепления механическая энергия преобразуется в энергию жидкости, и это создает вакуумное всасывание. Пространство, которое находится между зацеплениями зубчатой ​​передачи, втягивает высокий уровень вязких жидкостей, позволяя им течь к поверхности стены и затем к выходу.Этот насос эффективно работает для расширенного уровня вязкой жидкости, такой как масло, потому что он не нуждается в заливке.

Конструкция шестеренного насоса

В целом шестеренный насос спроектирован с двумя или более вращательными шестернями, которые находятся внутри секции корпуса и имеют больший допуск. Для обеспечения правильной передачи жидкости положения входа и выхода выполнены с надлежащим корпусом. В зависимости от конструкции корпуса зубчатый насос бывает двух типов. И это

• Внутренние шестеренные насосы
• Внешние шестеренные насосы

Выбор шестеренного насоса основан на существенных факторах.В случае этих насосов смещение жидкости на каждый оборот зубьев шестерни известно как:

Q = ʃ0zt0Vndt

Где флуктуация потока (ŋ) = Vmax - Vmin

А здесь «Q» соответствует смещению жидкости

«Z» соответствует числу связанных зубов.

«Vn» соответствует скорости потока жидкости.

«t0» соответствует времени, необходимому для оборота зуба.

«Vmax» и «Vmin» соответствуют максимуму и минимуму. расход

«Vav» соответствует среднему расходу

Принцип работы

Принцип работы шестеренчатого насоса можно объяснить следующим образом:

При вращении зубчатых колес внутри секции корпуса воздух будет втиснуть между зубами и между ними, что создает пространство.Это показывает результат положительного подъема жидкости вверх на пути к всасывающему насосу. Насос продолжает втягивать воздух до тех пор, пока не начнет поступать жидкость через внутреннюю секцию.

Жидкость будет втягиваться в нее на уровне атмосферного давления; до того, как попасть в ловушку между двумя колесами. Постепенно вязкая жидкость будет вытягиваться в направлении выхода, а затем вытягиваться наружу. Насос эффективно работает и в неактивном состоянии, но работает более активно, когда он был предварительно заполнен.

Добавленная защита в сценарии сброса клапана установлена ​​в револьверном насосе шестеренного типа, чтобы исключить любые разрушения как для трубопровода, так и для насоса. Разгрузочный клапан уменьшит дополнительное давление во время аварийной ситуации, защищая тем самым все оборудование.

Конструкция шестеренчатого насоса

Типы

Существует в основном два типа шестеренных насосов и

Внутренний шестеренный насос

Этот насос работает по аналогичному принципу, но здесь блокирующие шестерни имеют разные размеры и одна вращающаяся внутренняя часть к другому механизму.Большая шестерня, которая означает, что ротор называется внутренней шестерней, а зубья находятся на внутренней стороне. Внутри ротора есть минимальная передача. Зубья этих двух зубчатых колес заблокированы в одном положении.

Когда эти зубчатые колеса выходят из сетки на входной стороне насоса, они создают увеличенный объем. Затем жидкость поступает в полости и окружается зубьями шестерен, когда две шестерни остаются вращаться, противостоя разделу и частям корпуса. Когда зубья шестерни заблокированы на стороне нагнетания насоса, объем жидкости уменьшится, а жидкость будет вытянута.

насос с внутренним зацеплением

насос с наружным зацеплением

Здесь две шестерни имеют одинаковый размер, когда они блокируются другими отдельными валами. Как правило, двигатель приводит в движение начальную передачу, а вторая - от начальной. В некоторых ситуациях двигатель приводит в движение оба вала. Подшипники, которые находятся на стороне корпуса, будут поддерживать валы.

Когда эти зубчатые колеса выходят из сетки на входной стороне насоса, они создают увеличенный объем. Затем жидкость поступает в полости и окружается зубьями шестерен, когда две шестерни остаются вращаться напротив секции корпуса.Когда зубья шестерен заблокированы на насосе.

Применения

Применения с шестеренчатым насосом указаны ниже:

В основном шестеренные насосы используются для повышенного уровня вязких жидкостей, таких как смолы, масло, пищевые продукты и краски.

• Они используются в тех случаях, когда необходимо точное дозирование.
• Поскольку производительность шестеренного насоса не сильно зависит от давления, его можно применять даже в тех случаях, когда существует несбалансированное питание.

Классификация шестеренных насосов также имеет свои специфические области применения:

Применение с внешним шестеренным насосом

• Химическое смешивание и компаундирование
• Используется в смазочных и топливных маслах
• Полимеры и растворы
• Каустические и кислотные жидкости
• Гидравлические , сельское хозяйство и машиностроение
• Дозаторы полимеров и химические экстракты

Применение с внутренним шестеренным насосом

• Используется в производстве поверхностно-активных веществ и мыла
• Пигменты, чернила и смолы
• Используется в пищевых продуктах, таких как корма для животных, масло какао, кукуруза супы и многое другое Издает громкий звук во время блокировки шестерен
• Жидкости, не содержащие абразивов

Часто задаваемые вопросы

1).В чем разница между внутренним и внешним шестеренным насосом?

Разница между этими шестеренными насосами заключается в размерах ротора и ведомой шестерни.

2). Могут ли шестеренчатые насосы работать всухую?

Да, шестеренные насосы могут работать так, как будто они самовсасывающие

3). Что подразумевается под передаточным числом?

Определяется как отношение оборотов, которые выходной вал совершал за один оборот входного вала.

4). Что такое внешний шестеренный насос?

Внешний шестеренный насос - это насос PD, который работает с двумя одинаковыми и блокирующими шестернями, в которых они поддерживаются двумя отдельными валами.

5). Что такое поршневой насос?

Насос типа PD - это насос с увеличенными и сжимающимися полостями на сторонах всасывания и нагнетания.

Таким образом, оба типа шестеренных насосов широко используются во многих областях применения, и их преимущества и недостатки позволяют реализовать их во многих отраслях промышленности. Кроме того, простота обслуживания и минимальная подверженность проблемам улучшают работу шестеренных насосов. Узнайте больше о понятиях других характеристик шестеренного насоса?

Конструкция / Принцип работы

4.7.1 Конструкция / Принцип работы

Принцип работы одноступенчатых насосов Roots соответствует принципу работы многоступенчатых насосов как описано в главе 4.5. В корне вакуумный насос, два синхронно вращающиеся в противоположных направлениях роторы (4) вращаются бесконтактно в корпусе (рисунок 4,16). Роторы имеют конфигурацию восьмерки и разделены друг от друга и от статора с помощью узкого зазора.Их операционная принцип аналогичен шестеренчатому насосу с одним зубом Зубчатая передача, которая прокачивает газ из впускного отверстия (3) в выпуск порт (12). Один вал приводится в действие двигателем (1). Другой вал синхронизируется с помощью пары шестерен (6) в камере редуктора. Смазка ограничена двумя подшипниковыми и зубчатыми камерами, которые изолированы от всасывающей камеры (8) лабиринтными уплотнениями (5) с компрессионные кольца. Потому что на всасывании нет трения камера, вакуумный насос Roots может работать на высоких скоростях вращения (1500-3000 об / мин).Отсутствие возвратно-поступательных масс также обеспечивает бесперебойную динамическую балансировку, а это означает, что вакуум Roots насосы работают очень тихо, несмотря на их высокие скорости.

Дизайн

Подшипники вала ротора расположены в двух боковых крышках. Они есть сконструированы как фиксированные подшипники с одной стороны и как подвижные (незакрепленные) подшипники с другой стороны, чтобы обеспечить неравномерное тепловое расширение между корпусом и ротор. Подшипники смазываются маслом, которое вытесняется на подшипники и редукторы на брызговых дисках.Прохождение карданного вала в снаружи в стандартных версиях уплотнены кольцами с радиальным уплотнением вала изготовлены из ФПМ, которые погружены в уплотнительное масло. Чтобы защитить вал, уплотнительные кольца расположены на защитной гильзе, которую можно заменить при изношены. Если требуется герметичное уплотнение снаружи, насос также может приводиться в движение с помощью муфты постоянного магнита с банкой. это конструкция обеспечивает скорость утечки $ Q_I $ менее 10 ^-6 Па м ³ с ^-1 .

Свойства насоса, прогрев

Так как насосы Roots не имеют внутреннего сжатия или выхода клапан, когда камера всасывания открыта, его объем газа поднимается обратно во всасывающую камеру, а затем должен быть разряжен против давление на выходе. В результате этого эффекта, особенно в наличие высокого перепада давления между входом и выходом, высокий уровень рассеяния энергии, что приводит к значительный прогрев насоса при низких расходах газа, которые только транспортируют небольшое количество тепла.Вращающиеся поршни Рутса относительно сложно охладить по сравнению с корпусом, так как они практически вакуумной изоляцией. Следовательно, они расширяются больше, чем жилье. к предотвратить контакт или захват, максимально возможное давление дифференциальная, а также рассеянная энергия ограничена перепускной клапан (7). Это связано со стороной впуска и давления сторона прокачиваемых каналов. Открывается грузонесущая пластина клапана когда максимальный перепад давления превышен и позволяет большая или меньшая часть всасываемого газа течет обратно из сторона нагнетания на стороне впуска, в зависимости от пропускной способности.Из-за ограниченный перепад давления, стандартные насосы Roots не могут разряжать против атмосферного давления и требовать вспомогательного насоса. Однако вакуумные насосы Roots с перепускными клапанами могут быть включены вместе с задним насосом даже при атмосферном давлении, таким образом увеличивая скорость их прокачки с самого начала. Это сокращает время эвакуации.

Рисунок 4.16: Принцип работы насоса Рутса

Подпорные насосы

Одноступенчатые или двухступенчатые лопастные насосы или лопасти Насосы используются в качестве масляных задних насосов.Винтовые насосы или Многоступенчатые насосы Roots можно использовать в качестве насосов с сухой подкладкой. насос Подобные комбинации могут быть использованы для всех приложений с высокая скорость откачки в диапазоне низкого и среднего вакуума. Жидкое кольцо Насосы также могут быть использованы в качестве вспомогательных насосов.

Роторные насосы с газовым охлаждением

, чтобы позволить вакуумным насосам Roots работать против атмосферного давление, некоторые модели с газовым охлаждением и не имеют переливных клапанов (Рисунок 4.17). В этом случае газ, который вытекает из выходного фланца (6) через охладитель (7) повторно поступает в середину всасывания камера (4). Этот искусственно созданный поток газа охлаждает насос, позволяя ему сжиматься против атмосферного давления. Вход газа контролируется поршнями Roots, что устраняет необходимость дополнительные клапаны. Там нет возможности тепловой перегрузки, даже при работе под предельным давлением.

Рисунок 4.17: Принцип работы насоса Рутса с газовым охлаждением

На рисунке 4.17 показано поперечное сечение с циркуляцией газа Корни вакуумного насоса. Направление потока газа вертикальное сверху дно, позволяя жидким или твердым частицам увлекаться на входе поток стекает вниз. На первом этапе камера (3) открывается вращение поршней (1) и (2). Газ поступает в камеру через входной фланец (5) при давлении $ p_1 $.На этапе II Камера (3) изолирована от входного фланца и напорный фланец. Впускное отверстие (4) для охлаждающего газа открыто вращением поршней в фазе III. Камера (3) заполнена до давления на выходе $ p_2 $, и газ продвигается к напорный фланец. Первоначально объем всасывания не изменяется с вращательное движение поршней Рутса. Газ сжимается приток охлаждающего газа. Поршень Roots теперь продолжает вращаться (фаза IV), и это движение выталкивает сжатый газ над охладителем (7) в сторону разряда (фаза V) при давлении $ p_2 $.

Газоохлаждаемые насосы Roots могут использоваться в диапазоне входного давления от 130 до 1,013 гПа. Потому что во всасывании нет смазки камеры, они не выделяют туман и не загрязняют среду, которая прокачивается. Соединение двух из этих насосов последовательно позволяет предельное давление должно быть снижено до 20-30 гПа. В комбинации с дополнительные вакуумные насосы Roots, предельное давление может быть снижено до средний вакуумный диапазон.

Скорость откачки и степень сжатия

Характеристическими характеристиками насосов Roots являются насосные скорость и степень сжатия.Теоретическая скорость накачки $ S_ {th} = S_0 $ - объемный расход, без которого насос перемещается без противодавление. Степень сжатия $ K_0 $ при работе без газа смещение (входной фланец закрыт) зависит от давления на выходе $ P_2 $. Диапазон скоростей откачки от 200 м ³ · ч ^-1 до нескольких тысяч м ³ · ч ^-1 . типичный Значения $ K_0 $ находятся в диапазоне от 10 до 75.

Рисунок 4.18: Степень сжатия без нагрузки для воздуха для корней насосы

На степень сжатия негативно влияют два эффекта:

• За счет обратного потока в зазоры между поршнем и корпусом
• газом, который осаждается адсорбцией на поверхности поршень на стороне выпуска и повторно десорбируется после вращения в направлении сторона всасывания.

В случае выходных давлений от 10 ^-2 до 1 гПа, молекулярный в зазорах уплотнения преобладает поток, что приводит к уменьшению обратного потока из-за их низкая проводимость.Однако объем газа, который перекачивается обратно через адсорбцию, которая является относительно высокой по сравнению с объем перекачиваемого газа, снижает степень сжатия.

$ K_0 $ является самым высоким в диапазоне от 1 до 10 гПа, так как молекулярный поток все еще преобладает из-за низкого давления на входе в уплотняющие зазоры насоса, и поэтому обратный поток низкий. С газом транспорт через адсорбцию не является функцией давления, он меньше важно, чем поток газа, пропорциональный давлению, который транспортируется по скорости накачки.

При давлениях, превышающих 10 гПа, ламинарный поток возникает в разрывы и проводимости разрывов значительно увеличиваются, что приводит к снижению коэффициента сжатия. Этот эффект особенно заметно в насосах Roots с газовым охлаждением, которые достигают степени сжатия только приблизительно $ K_0 $ = 10.

Ширина зазора имеет большое влияние на степень сжатия. Из-за различного теплового расширения поршней и корпуса, однако они не должны опускаться ниже определенных минимальных значений, чтобы избегать контакта ротор-статор.

,