Устройство и виды гидронасосов

Гидравлические насосы предназначены для преобразования механической энергии  в гидравлическую. На рынке представлено огромное множество насосов различных типов и конструкций, однако основной принцип действия – вытеснение жидкости. Насосы, использующие принцип вытеснения, называются объемными.

Основные параметры гидронасосов

Рассмотрим основные параметры:

• Рабочий объем [см3/об] – это объем жидкости вытесняемый насосом за 1 оборот вала

• Максимальное рабочее давление [МПа, bar]

• Максимальная частота вращения [об/мин]

Кроме того, при выборе насоса важно учесть некоторые факторы и особенности каждого типа. Основные критерии выбора это:

• Диапазон рабочих давлений
• Интервал частот вращения
• Диапазон значений вязкости рабочей жидкости
• Размеры
• Доступность конструкции для обслуживания
• Стоимость

Типы насосов, их преимущества и недостатки

Радиально-поршневые насосы

Данный тип насосов применяется для гидросистем с высоким давлением. Радиально-поршневые насосы несколько медлительны - частота вращения не превышает 1500-2000 об/мин. Существует два вида таких насосов: с эксцентричным ротором, с эксцентричным валом.

Поршневая группа радиально-поршневого насоса с эксцентрическим ротором установлена в роторе насоса. Ось вращения ротора и ось неподвижного статора смещены на величину эксцентриситета e. При вращении ротора поршни совершают поступательное движение. Величина хода составит 2e. Насос данной конструкции имеет золотниковое распределение. При вращении цилиндры поочередно соединяются с полостями слива и нагнетания разделенными перегородкой золотника, расположенного в центре.

Радиально-поршневой насос с эксцентричным валом, у которого поршневая группа установлена в статоре. Ось вращения вала и ось неподвижного статора совпадают, но на валу имеется кулачок, который смещен на величину е относительно центра вращения вала. При вращении вала, кулачок заставляет поршни совершать поступательное движение. Величина хода составит 2e.  Насос данной конструкции имеет клапанное распределение.  При вращении вала поршни, выдвигаясь из цилиндров, наполняются жидкостью через клапана всасывания. Нагнетание жидкости происходит через клапана нагнетания  при вхождении поршней в цилиндры.

Преимущества радиально-поршневых насосов:

• простота конструкции
• надежность
• малый осевой размер.

Недостатки:

• высокая пульсация давления
• малые частоты вращения вала
• относительно большой вес .

Аксиально-поршневые насосы

Аксиально-поршневые насосы являются разновидностью роторно-поршневых гидромашин с аксиальным расположением цилиндров. Это одни из самых распространенных насосов в современных гидроприводах, поскольку имеют высокую удельную мощность и обладают высоким КПД. Кроме того, данный тип насосов способен давать давление до 40МПа и работать на высоких частотах вращения.
Также аксиально-поршневые насосы делятся на два вида:  с наклонным блоком, ст наклонным диском.

В аксиально-поршневых насосах с наклонным блоком ось вращения блока цилиндров располагается по углом к оси вращения вала. При вращении вала насоса, вращается шарнирно соединенный с ним блок цилиндров. При этом поршни совершают поступательные движения. В этих насосах используется золотниковая система распределения.

В аксиально-поршневых насосах с наклонным диском ось вращения блока цилиндров совпадает с осью вращения вала. Принцип работы насоса аналогичен работе насоса с наклонным блоком. Насос данной конструкции также имеет золотниковое распределение.

Преимущества аксиально-поршневых насосов:

• простота конструкции
• работа на давлениях до 70МПа
• высокий КПД
• вастоты вращения до 4000 об/мин
• высокая удельная мощность.

Недостатки:

• высокая пульсация давления
• высокая стоимость по сравнению с другими типами гидронасосов.

Шестеренные насосы

Рабочими элементами в этих насосах являются две вращающиеся шестерни. Данный тип широко применяется в гидросистемах с невысокими давлениями, например, сельскохозяйственной и дорожной технике, мобильной гидравлике. Они компактны, легки и просты по своей конструкции. Однако, значение КПД у шестерных насосов достаточно низкое, ресурс небольшой и работать они могут на частотах вращения до 5000об/мин.

В шестеренных насосах внешнего зацепления основными элементами являются шестерни. При вращении шестерен жидкость, заключенная во впадинах зубьев переносится из линии всасывания в линию нагнетания.   Поверхности зубьев вытесняют при вращении шестерен больше жидкости, чем может поместиться в пространстве, освобождаемом  зацепляющимися зубьями. Разность объемов, высвобождаемых двумя парами зубьев, вытесняется в линию нагнетания.

Преимущества шестеренных насосов внешнего зацепления:

• простота конструкции
• частоты вращения до 5000 об/мин
• низкая стоимость

Недостатки:

• высокая пульсация давления
• низкий КПД
• низкие давления

Шестеренные насосы внутреннего зацепления отличаются меньшим уровнем пульсации и меньшим уровнем шума соответственно.  Применяются в стационарных механизмах, работающих в закрытых помещениях. Принцип работы заключается в переносе жидкости во впадинах шестерен от линии всасывания в линию нагнетания. В зоне всасывания при вращении шестерен объем камеры, образованной зубьями шестерен и серпообразным разделителем, увеличивается. При этом происходит наполнение рабочей камеры жидкостью из линии всасывания. В зоне нагнетания происходит процесс вытеснения рабочей жидкости в линию нагнетания, т.к. объем камеры в этой зоне при вращении шестерен уменьшается.

Преимущества шестеренных насосов внутреннего зацепления:

• простота конструкции
• частоты вращения до 4000 об/мин
• низкий уровень шума
• низкая стоимость.

Недостатки:

• низкий КПД
• низкие давления

Пластинчатые (шиберные) насосы

Роль вытеснителя жидкости в данном типе насосов выполняют радиально расположенные пластины, которые совершают возвратно-поступательные движения при вращении ротора. В российской литературе пластины часто называют – шиберами, а насосы – шиберными. Существуют насосы однократного и двойного действия. Подача таких насосов равномерная и они отличаются низким уровнем шума, кроме того при небольших размерах они имеют большие рабочие объемы.

Принцип работы насоса однократного действия заключается в следующем: при сообщении вращающего момента валу насоса ротор насоса приходит во вращение. Под действием центробежной силы пластины прижимаются к корпусу статора, и образуется две герметичные полости. При прохождении пластин через область всасывания, объем рабочих камер между ними увеличивается и происходит всасывание рабочей жидкости. При прохождении пластин через область нагнетания, объем рабочих камер между ними уменьшается и происходит вытеснение рабочей жидкости в линию нагнетания.

Преимущества пластинчатых насосов однократного действия:

• низкий уровень шума
• низкий уровень пульсаций
• регулировка рабочего объема
• низкая стоимость.

Недостатки:

• большие нагрузки на подшипники ротора
• сложность уплотнения торцов пластин
• сложность в ремонте
• невысокие давления (до 7МПа)

Принцип действия насоса двойного действия полностью аналогичен принципу работы насоса однократного действия. Отличается данный вид наличием двух зон всасывания и двух зон нагнетания.

Преимущества пластинчатых насосов двойного действия (помимо преимуществ насосов однократного действия):

• уравновешенность радиальных нагрузок в роторе
• большие давления (до 21МПа)

Недостатки аналогичны насосам однократного действия.

Рекомендации по выбору насоса

Приведем некоторые критерии выбора, которые могут Вам помочь:

1. Уровень действующих давлений рабочей жидкости.
2. Класс чистоты рабочей жидкости.
3. Диапазон вязкостей рабочей жидкости.
4. Необходимая подача и давление.
5. Типе приводного двигателя (электрический или внутреннего сгорания).
6. Необходимая для гидросистемы гидравлическая мощность.
7. Необходимый рабочий объем насоса.

Причины неисправностей насосов

Во время эксплуатации насоса обращайте внимание на условия его работы. Наиболее частые причины неисправностей: Наиболее часто неисправность насоса бывает вызвана:

• Попадание посторонних частиц
• Недостаток масла
• Перегрузка по давлению
• Превышение допустимых оборотов
• Превышение давления в корпусе
• Перегрев рабочей жидкости.