Шестеренчатый насос

Шестеренчатый насос использует зацепление шестерен для перекачивания жидкости путем вытеснения. ^[1] Они являются одним из наиболее распространенных типов насосов для гидравлических систем . Шестеренчатый насос был изобретен около 1600 года Иоганном Кеплером . ^[2]

Шестеренчатые насосы также широко используются на химических установках для перекачивания жидкостей с высокой вязкостью . Существует два основных варианта: насосы с внешней шестерней , в которых используются две внешние прямозубые шестерни, и насосы с внутренней шестерней , в которых используются внешняя и внутренняя прямозубые шестерни (зубья внутренней прямозубой шестерни обращены внутрь, см. ниже). Шестеренчатые насосы обеспечивают положительное смещение (или фиксированное смещение ), то есть они перекачивают постоянное количество жидкости за каждый оборот. Некоторые шестеренные насосы предназначены для работы в качестве двигателя или насоса.

Теория работы

Когда шестерни вращаются, они разделяются на всасывающей стороне насоса, создавая пустоту и всасывание, которое заполняется жидкостью . Жидкость переносится шестернями к напорной стороне насоса, где зацепление шестерен вытесняет жидкость. Механические зазоры невелики — порядка 10 мкм. Малые зазоры и скорость вращения эффективно предотвращают утечку жидкости назад.

Жесткая конструкция шестерен и корпусов обеспечивает очень высокое давление и возможность перекачивания высоковязких жидкостей .

Существует множество вариаций, в том числе наборы винтовых и елочных шестерен (вместо прямозубых), роторы лопастной формы, похожие на нагнетатели Рутса (обычно используемые в качестве нагнетателей ), а также механические конструкции, позволяющие штабелировать насосы. Наиболее распространенные варианты показаны ниже (ведущая шестерня показана синим цветом , а натяжное колесо — фиолетовым ).

Конструкция внешнего шестеренного насоса для гидравлических систем
Конструкция насоса с внутренней шестерней ( геротора ) для автомобильных масляных насосов .
Конструкция насоса с внутренней шестерней (серповидная внутренняя шестерня) для с высокой вязкостью . жидкостей

Внешние прецизионные шестеренные насосы обычно ограничены максимальным рабочим давлением около 210 бар (21 000 кПа) и максимальной скоростью вращения около 3 000 об/мин. Некоторые производители производят шестеренные насосы с более высоким рабочим давлением и скоростью, но эти типы насосов, как правило, шумные, и могут потребоваться специальные меры предосторожности. ^[3]

Всасывающие и нагнетательные порты должны соприкасаться в месте зацепления шестерен (показано тусклыми серыми линиями на внутренних изображениях насоса). Некоторые насосы с внутренней шестерней имеют дополнительное уплотнение в форме полумесяца (показано вверху справа). Этот полумесяц служит для разделения шестерен, а также уменьшает вихревые токи.

Формулы насоса:

Расход = перекачиваемый объем за оборот × скорость вращения
Мощность = расход × давление
Мощность в л.с. ≈ расход в галлонах США/мин × (давление в фунтах-силах/дюймах). ²)/1714

Эффективность

Шестеренчатые насосы, как правило, очень эффективны, особенно в условиях высокого давления.

Факторы, влияющие на эффективность:

Зазоры: Геометрические зазоры на концах и внешнем диаметре шестерен допускают утечку и обратный поток. Однако иногда более высокие зазоры помогают уменьшить гидродинамическое трение и повысить эффективность.
Люфт шестерни: Большой люфт между шестернями также приводит к утечке жидкости. Однако это помогает уменьшить потери энергии из-за захвата жидкости между зубьями шестерни (так называемого улавливания давления).

Приложения

Нефтехимия: чистый или наполненный битум, пек, дизельное топливо, сырая нефть, смазочное масло и т. д.
Химические вещества: силикат натрия, кислоты, пластмассы, смешанные химикаты, изоцианаты и т. д.
Краска и чернила
Смолы и клеи
Целлюлоза и бумага: кислота, мыло, щелок, черный щелок, каолин, известь, латекс, шлам и т. д.
Продукты питания: Шоколад, масло какао, наполнители, сахар, растительные жиры и масла, патока, корма для животных и т. д.
Авиация: Топливные насосы реактивных двигателей.

Разработка

Проблема изобретения шестеренного насоса не решена однозначно. С одной стороны, оно восходит к Иоганну Кеплеру в 1604 году; с другой стороны, упоминается Готфрид Генрих Граф цу Паппенгейм , который, как говорят, сконструировал капсульный нагнетатель с двумя вращающимися осями для нагнетания воздуха и воды. Паппенгейму следовало принять проект Кеплера, не упоминая его имени.

См. также

Ссылки

^ «Добро пожаловать в Гидравлический институт» . Насосы.орг. Архивировано из оригинала 26 июня 2013 г. Проверено 18 августа 2013 г.
^ Фрэнк Прагер,Кеплер как изобретатель,Перспективы в астрономии,Том 18,1975,Страницы 887-889, https://doi.org/10.1016/0083-6656(75)90184-1 .
^ Пинчес, MJ (2000). Ежегодник инженеров Кемпе , стр. 2070. Миллер Фриман, Кент. ISBN 0863824420 .

Внешние ссылки

[1] «Добро пожаловать в Гидравлический институт» . Насосы.орг. Архивировано из оригинала 26 июня 2013 г. Проверено 18 августа 2013 г.

[2] Фрэнк Прагер,Кеплер как изобретатель,Перспективы в астрономии,Том 18,1975,Страницы 887-889, https://doi.org/10.1016/0083-6656(75)90184-1 .

[3] Пинчес, MJ (2000). Ежегодник инженеров Кемпе , стр. 2070. Миллер Фриман, Кент. ISBN 0863824420 .

[1]

[2]

[3]