Шестеренчатый насос устройство и принцип действия: Насос шестеренчатый НШ, схема, принцип работы

alexxlab | 30.11.1998 | 0 | Разное

Характеристики и устройство шестеренчатых насосов

_______________________________________________________________________________________

Шестеренные насосы – самые распространенные в системах объемного гидропривода. Они применяются во многих гидросистемах низкого и среднего давления, как на мобильной технике, так и в промышленном оборудовании. Они делятся на два типа – внешнего и внутреннего зацепления.

Рис. 1. Схемы внешнего зацепления и распределение радиальных нагрузок

На рис. 1 показаны схемы внешнего зацепления шестеренчатого насоса и распределение радиальных нагрузок от действия гидравлических сил в результате нарастания давления от линии всасывания до области подачи рабочей жидкости в гидросистему (нагнетающей полости).

Насосы НШ внешнего зацепления представляют зубчатую пару из двух одинаковых шестерен, вращающуюся в корпусе. Ведущая шестерня жестко связана с приводным валом (вал-шестерня), ведомая – установлена на оси свободно.

Шестерни охватываются внутренними цилиндрическими поверхностями корпуса. Зазоры между шестернями и боковыми стенками, а также между зубьями и внутренними цилиндрическими поверхностями корпуса минимальны.

Они должны обеспечивать беспрепятственное вращение шестерен при перепаде температур рабочей жидкости от минус 30-40 С до плюс 80-90 С и в то же время минимизировать величину утечек.

При вращении шестерен рабочая жидкость из всасывающей полости попадает во впадины между зубьев, т.е. в пространство, ограниченное двумя зубьями шестерни, боковыми стенками и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса.

Эти объемы жидкости обе шестерни перемещают из всасывающей полости агрегата в нагнетающую. При входе в зацепление в нагнетающей полости зуб ведущей шестерни погружается во впадину ведомой.

В этот момент рабочая жидкость вытесняется из впадины и направляется в гидросистему. Затем, в свою очередь, зуб ведомой шестерни погружается во впадину ведущей, и новая порция рабочей жидкости устремляется в гидросистему.

За один оборот приводного вала все зубья обеих шестерен входят в зацепление и вытесняют определенные порции рабочей жидкости, сумма которых составляет величину рабочего объема агрегата. В процессе зацепления зубьев небольшое количество жидкости запирается в их «мертвых объемах».

Постоянно происходит кратковременный заброс давления в локальных точках, который негативно влияет на ресурс агрегат и другие его характеристики. Вместе с тем порционное вытеснение жидкости является причиной пульсаций ее подачи в гидросистему и крутящего момента, отбираемого у первичного двигателя.

При вращении шестерен давление рабочей жидкости во впадинах зубьев возрастает по мере приближения их к нагнетающей полости. В результате возникают значительные гидравлические радиальные силы, действующие на валы шестерен.

Характер неравномерного распределения радиальных сил показан на рис. 1. По этой причине наиболее нагруженным узлом шестеренчатого насоса являются его подшипники. Типовая конструкция такого внешнего зацепления показана на рис. 2.

Рис. 2. Агрегат внешнего зацепления

Прямозубое зацепление шестерен характеризуется прямолинейным контактом рабочих поверхностей по всей ширине зуба. При неточном изготовлении шестерен возникает толчкообразное движение ведомой шестерни, генерирующее повышенный шум и повышающее износ рабочих поверхностей.

Эти недостатки успешно устраняются в насосах с косозубыми шестернями. У них вход в зацепление зубьев и выход из него происходят постепенно. Благодаря этому уменьшается влияние погрешностей в профиле зуба и достигается плавная, малошумная работа агрегата.

При косозубом зацеплении пульсация подачи и крутящего момента, а также запирание жидкости во впадинах значительно ниже, чем у прямозубых аналогов. Угол наклона зубьев обычно составляет 7-10°.

ППри таких параметрах сдвиг зубьев по окружности на торцах шестерен составляет половину шага. Однако при работе косозубых шестерен возникают осевые усилия, которые прижимают шестерни к торцам корпуса.

Рис. 3. Насос НШ с косыми зубьями

На рис. 3 показан типовой насос НШ с косыми зубьями, а на рис. 4 – его аналог с зубьями специального профиля, который позволяет существенно снизить шум и повысить плавность работы.

Шестеренные насосы внешнего зацепления имеют очень широкую гамму исполнений. Их рабочие объемы составляют от 0,16 до 200 см3, а развиваемое давление – до 20,0 МПа. С небольшими рабочими объемами такие агрегаты способны развивать давление до 28,0 МПа.

Рис. 4. Гидронасос с косыми зубьями специального профиля

Шестеренчатые насосы выпускаются в индивидуальном литом корпусе из алюминия или стали (рис. 2-4), а также в корпусах из алюминиевого длинномерного проката специального профиля, не требующего большого количества механической обработки.

Передние и задние крышки у таких моделей унифицированы. Эта технология позволяет без лишних затрат выпускать однотипные агрегаты с различным рабочим объемом. Изменяется только длина корпуса, нарезанная из проката, и ширина шестерен.

На рис. 5 показана серия насосов НШ с различными унифицированными фланцами, крышками, валами, корпуса которых выполнены из однотипного алюминиевого проката соответствующего профиля. Такие агрегаты легко могут изготавливаться в многосекционном исполнении.

Рис. 5. Агрегат с корпусами из проката

Обычно специальный прокат для шестеренных насосов выпускается четырех типоразмеров. Из первой его группы изготавливаются модели с совсем маленьким рабочим объемом (от 0,16 до 0,8 см3), но часто с высоким давлением (до 28,0 МПа).

Вторая группа проката предназначена для небольших агрегатов (от 1,0 до 10,0 см3) с высоким давлением (до 20,0 МПа), третья группа – для средних (от 4,5 до 40,0 см3) с высоким и средним давлением (от 20,0 до 17,0 МПа).

Из четвертой группы проката изготавливают средние и крупные шестеренчатые насосы (от 20,0 до 100,0 см3) с высоким и средним давлением (от 20,0 до 15,0 МПа).

Такой технический подход обеспечил возможность быстрого изготовления дешевых многосекционных агрегатов с одинаковыми или различными рабочими объемами, в том числе состыкованными корпусами из профилей соседних групп.

Рис. 6. Трехсекционные гидронасосы, выполненные из двух групп проката

На рис. 6 показаны трехсекционные агрегаты, выполненные из двух групп проката. На рис. 7 показан двухсекционный гидронасос, составленный из проката соседних групп.

Рис. 7. Двухсекционный насос, составленный из проката соседних групп

На рис. 8 и 9 показаны основные узлы насосов НШ с внутренним зацеплением. Такие агрегаты содержат установленную в корпусе шестерню с внутренними зубьями. В зацепление с ней входит меньшая по размерам шестерня с внешними зубьями. Шестерни установлены относительно друг друга с эксцентриситетом (смещением).

Между ними расположен неподвижный серповидный элемент, который своими рабочими поверхностями охватывает с одной стороны внутренние, а с другой – внешние зубья обеих шестерен. Серповидный элемент разделяет всасывающую и нагнетающую полости насоса.

Рис. 8. Качающий узел гидронасоса внутреннего зацепления

Меньшая шестерня с внешними зубьями является ведущей и выполнена заодно с приводным валом, а большая шестерня с внутренними зубьями является ведомой и свободно установлена в подшипниках скольжения.

Нагнетание рабочей жидкости в гидросистему осуществляется аналогично за счет вытеснения ее объемов зубьями из впадин шестерен при их вращении.

Рис. 9. Агрегат внутреннего зацепления

Шестеренные насосы внутреннего зацепления менее шумные, обладают повышенными характеристиками, но более трудоемкие в изготовлении и, следовательно, дорогие. Наиболее широкое распространение в гидроприводах мобильной техники получили агрегаты внешнего зацепления. Они просты в изготовлении, дешевы, неприхотливы в работе.

Такие насосы НШ стабильно работают с загрязненными рабочими жидкостями с величиной твердых частиц до 40 мкм. Но это не значит, что гидропривод должен работать при таких неприемлемых условиях, которые вызывают повышенный износ всех гидрокомпонентов.

Большое применение они нашли в строительно-дорожной, коммунальной, сельскохозяйственной технике. Также используются в гидроприводах со средним давлением до 16,0-18,0 МПа.

Их часто устанавливают на узле дополнительного отбора мощности дизельного двигателя для привода вспомогательных гидросистем. Этими агрегатами оснащаются неполноповоротные экскаваторы, бульдозеры, дорожные катки, вилочные погрузчики и др.

 

_______________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________

Виды и классификация шестеренчатых насосов

   Примерное время чтения 5 минут 30 секунд

Разделы статьи

Что такое шестеренчатый насос?

Шестеренчатые насосы – это объемное оборудование гидравлического типа. Они используются для работы с маслом, смолой, нефтью, битумом, дизельным топливом, парафином, мазутом, а также другими смесями высоких температур без твердых частиц. Данный вид из всех роторных устройств имеет одну из самых простых конструкций и низкую цену. Ключевыми факторами насосного оборудования являются:

• Давление,
• Мощность,
• КПД,
• Частота вращения,
• Частота подач

Особенностью являются наличие возможности работать при высокой частоте вращений, регулировать объем подачи жидкости и изменение ее направления.

Классификация шестеренчатых насосов

Выделяют определенные виды насосов, каждый из которых имеет отличительные признаки:

• по характеру зацепления: внутренний, внешний;
• по форме зубьев: прямые, шевронные, винтовые;
• по направлению вращения ротора: правое, левое, реверсивное;
• по числу сцепившихся роторов: двухроторные, многороторные;
• по числу ступеней: одно- и многоступенчатые;
• по возможности регулирования: регулируемые, нерегулируемые;
• по способу обеспечения бесперебойной работы давления: разгруженные, неразгруженные, с автоматической регулировкой торцевых зазоров.

В компании «КлинТех» Вы найдете следующие модели электрических насосов:

1. Для масла: способны перекачивать такие вязкие жидкости, как парафин, щёлочь, нефтепродукты, синтетические растворы, жидкое стекло. Прибор может работать без дополнительного оборудования, а также поддерживает требуемое давление без перегрева;
2. Для вязких жидкостей: работают со смолами, битумами, смазками, сиропами, клеями, расплавами полимеров. Оборудование изготавливается из графита, бронзы, чугуна, а также из нержавеющей стали и карбида вольфрама. Чаще всего используются для отопления, рекуперации энергии, при производстве мыла, на литейных заводах;
3. Устройства с механическим уплотнением: осуществляют перенос лекарственных препаратов, косметических средств, опасных, газообразных, мультифазных, а также склонных к кристаллизации жидкостей.
4. С сальниковой муфтой: КПД устройства на 5% выше, чем у других моделей; жидкость перекачивается со значительной потерей тепла; большое количество энергии тратится на вихревые токи или на трение во время переноса сред.

Какие виды гидравлических шестеренчатых насосов востребованы?

Сегодня самым популярным вариантом является оборудование для вязких жидкостей с внешним зацеплением. Принцип работы устройства заключается во вращении двух шестерней в разных направлениях, зацепленных друг за друга. Между зубцами и стенками находится пространство, где образуется разрежение, а жидкость выталкивается в трубопровод. Сверху и снизу зубья вплотную соединяются, чтобы жидкость не протекала в обратную сторону. Именно такие зазоры влияют на КПД, которое не может превышать 90%.

Зубья могут быть как прямые, косые, так и цилиндрической формы. Косозубые и шевронные создают равномерный поток, что позволяет создавать до 3500 оборотов в минуту. Во время работы с большими объемами жидкостей вращения снижаются до 700 раз в минуту.

Редким видом является внутренний тип зацепления, так как производство такого аппарата сложнее, потому что требуется дополнительная подгонка деталей. В устройстве одна шестерня располагается в другой. Сильной стороной такой модели является маленький размер и работа со всеми типами жидкостей. Температура среды может достигать 400 градусов, а вязкость до 1.000.000 сантипуазов.

Преимущества шестеренчатых насосов

1. Работа со всеми видами вязких жидкостей;
2. Низкая цена;
3. Простое обслуживание и ремонт;
4. Возможность работы с высокими температурами;
5. Небольшой вес;
6. Наличие самовсасывающей способности;
7. Бесперебойная работа;
8. Медленный и равномерный износ всех деталей;
9. Наличие гарантийного срока;
10. Универсальность;
11. Надёжность;
12. Долгий срок службы;
13. Точная дозировка;
14. Прочность.

Однако, среди недостатков можно выделить следующее:

• возможные колебания при подаче в напорную магистраль;
• расшатывание опоры;
• КПД не поднимается выше 95%;
• при высоком давлении ресурс устройства снижается;
• наличие лишнего шума.

Сферы применения

1. Судостроение;
2. Лакокрасочная сфера;
3. Нефтегазовая отрасль;
4. Пищевая индустрия;
5. Строительство;
6. Сельское хозяйство;
7. Добывающее производство на морских платформах;
8. Металлургия;
9. Машиностроение;
10. Химическая, лакокрасочная сферы;
11. Текстильное, целлюлозно-бумажное производство;
12. Здравоохранение.

Как выбрать шестеренчатый насос?

Перед покупкой оборудования следует учитывать следующие факторы:

• материал конструкции: должен выдерживать воздействие химических веществ и не вступать с ними в реакцию;
• диаграмма должна соответствовать диапазону вязкости жидких сред во время перекачивания;
• скорость вращения вала выбирается исходя из характеристик на диаграмме;
• мощность привода должна быть с запасом на возможную вязкость.

Зная все важные параметры можно подобрать устройство с необходимой скоростью вращения и мощностью мотора, которое будет соответствовать всем Вашим требованиям и цене.

Самовсасывающий шестеренчатый насос

Купить насосное оборудование можно в интернет-магазине «КлинТех» по низким ценам. Наши сотрудники выполнят необходимые расчёты и подберут устройство под Ваши цели. Мы сотрудничаем с такими известными производителями, как Victor Pumps, Varisco, Thermobile, Nettuno, Euromacchine, Koshin и Teknikum. Оставляйте заявку на нашем сайте или звоните по телефону +7 (495) 532-25-70.

Роторный шестеренчатый насос | Статьи от компании «Авелин»

В связи с изменением курса рубля актуальность цен уточняйте у менеджеров компании.

Роторными называют насосы принудительного смещения, которые вытесняют жидкость посредством вращения кулачков/клиньев, роторов, винтов, лопастей и прочих деталей, делающих круговые движения и работающих в неподвижном корпусе.

Шестеренный насос — один из подтипов роторного. Его главным и рабочими органами являются две шестеренки. Подобное оборудование обладает следующими преимуществами:

• способностью нагнетать среду под высоким давлением;
• возможностью транспортировки как чистых неплотных жидкостей, так и вязких смесей с абразивными включениями;
• простотой конструкции, что обуславливает легкость использования и высокую ремонтопригодность;
• возможностью всасывания жидкости даже при заполненной камере;
• возможностью изменения направления перекачки простым переключением;
• широким выбором оборудования. На сегодня производится множество моделей, отличающихся мощностью, исполнением корпуса, габаритами, различными особенностями.

К недостаткам шестеренных насосов относится их свойство разрушать, перетирать суспензии. Поэтому такое оборудование не подходит для перекачки жидкостей, в которых важна равномерность распределения её составляющих. Также важно учитывать, что нельзя допустить работу шестеренного насоса всухую, то есть без перекачивания жидкости — от этого шестерни очень быстро выйдут из строя, а из-за повышенной силы трения между ними повысится нагрузка на мотор, что может губительно на нем сказаться.

Выбирать шестеренный насос необходимо исходя из потребностей конкретного объекта. При учете его характеристик стоит помнить, что производительность может несколько меняться, в зависимости от вязкости и плотности перекачиваемой среды.

Насосы расплава и шестеренчатые насосы для экструзии пластмасс: наиболее часто задаваемые вопросы

Насос расплава (или шестеренчатый насос) известен как точное дозирующее устройство, которое устраняет пульсацию шнека экструдера, снижает противодавление и увеличивает производительность всей линии (до 20%). Он используется в самых разных областях: от листового ПЭТ и экструзии резины до переработки и компаундирования. Швейцарская компания Eprotec Extrusion — ведущий производитель шестеренных насосов для экструзии с опытом работы более 15 лет.Здесь компания отвечает на восемь наиболее часто задаваемых вопросов о шестеренчатых насосах.

1. Существуют ли различные конструкции насосов расплава, используемые в экструзии?
   В принципе, все экструдерные насосы расплава имеют одинаковую конструкцию: два зубчатых колеса с внешними зубьями сопрягаются друг с другом при вращении (см. также «Принцип работы шестеренчатого насоса расплава-x»). Существуют различия, когда дело доходит до самой конструкции зубчатых колес: косозубые, прямозубые и шевронные являются наиболее распространенными типами. Eprotec использует спиральный тип, так как эта конструкция подходит для большинства применений и обеспечивает непрерывный и плавный процесс.Кроме того, конструкция косозубого зубчатого колеса отличается меньшим трением и лучшими характеристиками самоочистки.
   Существуют также специальные исполнения шестеренчатых насосов для применений, требующих частой смены цвета, например, при компаундировании TPE. Здесь шестеренчатый насос имеет так называемую «систему прокачки» для дренажа и специального выпуска расплава, который используется для смазки подшипников.
2. Как правильно выбрать насос расплава?
   Наиболее важными критериями для выбора правильного насоса для расплава являются:
   — Производительность (кг/ч)
   — Применение (лист, компаундирование, переработка и т. д.)
   — Тип полимера (ПЭТФ, ПЭ и т. д.)
   — Содержание наполнителя (вид наполнителя и процентное содержание)
   — Диапазон давления
3. Как смазываются насосы расплава?
   Практически все шестеренчатые насосы, используемые в процессе экструзии, смазываются полимером. Поэтому их называют «насосами расплава». Некоторое время назад на рынке появились насосы с внешним зацеплением для абразивных материалов. Однако они не смогли зарекомендовать себя главным образом из-за того, что удалось реализовать только сравнимые низкие давления.
4. Как контролируются насосы расплава?
   Уже более 35 лет шестеренные насосы с соответствующей системой управления являются самыми современными. Наиболее распространенным режимом управления является регулирование давления на входе P1 в автоматическом режиме. Это означает, что давление на входе насоса (P1) измеряется датчиком давления. Контроллер оценивает его с помощью установленного значения давления и регулирует скорость шнека экструдера (экструзия листа) или скорость шестеренчатого насоса (компаундирование).
5. Можно ли использовать шестеренчатый насос с очень высоким содержанием наполнителя?
   Использование шестеренчатого насоса в связи с высоким содержанием наполнителя является сложной задачей.Обычно высокое содержание наполнителя не только является высокоабразивным, но и увеличивает вязкость материала, что, в свою очередь, увеличивает давление и потребляемую мощность приводного устройства. Здесь особое внимание следует уделить покрытиям, чтобы защитить инструментальную сталь от износа и коррозии. Насосы расплава Eprotec имеют специальное PVD-покрытие и могут перерабатывать, например, максимальное содержание наполнителя до 83% CaCO3. Также могут обрабатываться соединения с высоким содержанием стекловолокна (≤40%), сажа CB, TiO2 и WPC (древесно-пластиковые композиты).
6. Существуют ли какие-либо материалы, которые НЕ подходят для обработки насосом расплава?
   Например, PLA чрезвычайно агрессивен, а PVC, кроме того, еще и термочувствителен. Но оба материала можно перерабатывать с помощью насосов расплава Eprotec. Как правило, если предполагается переработка коррозионно-активных, термочувствительных или легко разлагаемых материалов, требуется подробное разъяснение и общение с производителем шестеренчатого насоса. Помимо термопластичных материалов, шестеренные насосы также широко используются с резиной (NBR, SBR) и TPE, SEBS и SBS.
7. Шестеренчатый насос подходит для всех процессов экструзии?
   С технической точки зрения практически не существует процесса экструзии, в котором нельзя было бы использовать насос расплава. Он обычно используется при экструзии листов (ПЭТ, ПП, ПЭ, ПС, УПС), компаундировании, гранулировании (ручьевом и подводном), нанесении покрытий, труб, профилей, экструзии пленки с раздувом и поливной пленки. Насосы расплава также можно найти в производстве проволоки, кабелей, текстиля (волокон и нетканых материалов), ЭВА, клеев-расплавов и PSA.
8. Как защитить шестеренный насос от избыточного давления?
   Каждый шестеренный насос имеет указанное максимальное рабочее давление. Превышение этого давления может привести к серьезным повреждениям. Типичным сценарием является высокое давление нагнетания из-за «холодного пуска», что означает, что последующие адаптеры, устройства смены экрана или головки все еще слишком холодные, или твердый (нерасплавленный) материал блокирует путь.
   Для защиты насоса от избыточного давления разрывные мембраны и/или датчики давления должны быть расположены непосредственно перед и после насоса расплава.Датчики давления обычно подключаются к системе управления с двойной функцией сигнализации (предупреждение и отключение). Eprotec стандартно интегрирует резьбу датчика давления в корпус шестеренчатого насоса. Поэтому нет необходимости в дополнительных отверстиях в адаптерах до или после насоса расплава.

Eprotec Extrusion специализируется на производстве высокоточных насосов для расплава производительностью от 30 до 8000 кг/ч. Особое внимание компания уделяет обслуживанию и модернизации насосов расплава, а также предлагает запасные части для других марок.

Вопросы?

Что такое насос с внутренним зацеплением

Принцип

Когда пара шестерен с внутренним зацеплением используется вместе с сепаратором для повышения давления масла, это известно как насос с внутренним зацеплением.

Конструкция

Состоит из следующих основных частей

1) Шестерня с внутренним зубом:  Прямая цилиндрическая шестерня соединена с валом двигателя.
2) Шестерня с внешним зубом: Устанавливается эксцентрично по отношению к зубчатому колесу с внутренним зубом. Он приводится в движение внутренним зубчатым колесом.
3) Серповидный сепаратор: Между двумя вышеуказанными шестернями с одной стороны имеется серповидная прокладка. Это неподвижная часть корпуса, вокруг которой циркулирует масло.
4) Впускной и выпускной порт: Впускной и выпускной порты расположены в корпусе для всасывания и подачи масла.

Рабочий  

• Когда вал двигателя вращается, он вращает внутреннюю шестерню и приводит в движение внешнюю шестерню.

• Обеспечивает гидроизоляцию в месте зацепления зубьев. Зубья, расцепляющиеся на входном отверстии, создают частичный вакуум и происходит всасывание масла.

• Масло попадает между внутренними и внешними зубьями шестерни и обеими сторонами серповидной прокладки.

• Зацепление зубьев шестерни уменьшает объем в полости высокого давления возле выпускного отверстия и выводит масло высокого давления из выпускного отверстия.

• Шестеренчатые насосы с внутренним зацеплением очень эффективны и производят меньше шума.

• Объемный КПД составляет около 95%, а общий КПД 85-90%.

Часто задаваемые вопросы

• Что такое насос с внутренним зацеплением?
• Когда зубчатая пара с внутренним зацеплением используется вместе с сепаратором для повышения давления масла, это называется насосом с внутренним зацеплением.

• Как работают насосы с внутренним зацеплением?
• Жидкость проходит через насос между зубьями по принципу «шестерня в шестерне». Серповидная форма разделяет жидкость и действует как уплотнение между всасывающим и выпускным отверстиями. … Сцепляющиеся шестерни холостого хода и ротора образуют закрытые карманы для жидкости, что обеспечивает регулирование объема.

• Что такое диапазон давления насоса с внутренним зацеплением?
• Диапазон номинального давления шестеренчатого насоса с внутренним зацеплением составляет 315 бар и 350 бар в повторно-кратковременном режиме, диапазон частоты вращения для всех типоразмеров до 3000 об/мин.

• Что вызывает внутреннюю утечку шестеренчатого насоса?
• Шестеренчатый насос не собирается должным образом. Для смазки подшипников шестеренчатого насоса требуется поток из областей высокого давления в области низкого давления, чтобы установить правильный гидродинамический подшипник.

• В чем преимущество шестеренчатого насоса?
• Зацепление зубьев шестерни уменьшает объем в полости высокого давления рядом с выпускным отверстием и сбрасывает масло под высоким давлением из выпускного отверстия.
• Шестеренчатые насосы с внутренним зацеплением очень эффективны и производят меньше шума.
• Объемный КПД составляет около 95%, а общий КПД 85-90%.

• Являются ли шестеренчатые насосы реверсивными?
• Дизайн внутренних зубчатых насосов, которые не могут быть изменены

, вы также можете также понравиться читать …

Положительный насос на насос – Рабочие принципы, примеры

Положительное смещение (PD) Насос транспортировки жидкости через систему, периодически заключая в себе заданный объем жидкости и перемещая ее механически.Поршни, винты, шестерни, ролики, диафрагмы и лопасти могут управлять насосным движением.

В этой статье вы узнаете о принципах работы объемного насоса, его функциях по сравнению с центробежным насосом и примерах.

Принципы работы поршневого насоса

Жидкость поступает в поршневые насосы по мере расширения полости на стороне всасывания и вытекает из стороны нагнетания при схлопывании полости. Каждый цикл работы поддерживает постоянный объем.Поршневые и роторные объемные насосы являются двумя основными объемными насосами.

На стороне нагнетания насоса объемные насосы не должны работать при закрытых клапанах. У них нет запорной головки, как у центробежных насосов. Если это так, работа с закрытыми нагнетательными клапанами поддерживает поток до тех пор, пока давление в нагнетательной линии не поднимется до уровня, при котором линия лопнет или насос будет серьезно поврежден.

Поршневой насос прямого вытеснения по сравнению сЦентробежный насос

Что такое центробежный насос?

Центробежный насос представляет собой механическое устройство, перемещающее жидкость за счет передачи энергии вращения от одного или нескольких рабочих колес или ведомых роторов.

И насос PD, и центробежный насос перемещают жидкости. Однако между ними есть существенные различия.

Механика насоса PD по сравнению с центробежным насосом            

Режим работы четко различает их. Центробежные насосы сообщают жидкости скорость, в результате чего на выходе возникает давление.Насосы PD собирают и транспортируют небольшие объемы жидкости от всасывания к нагнетательному отверстию. Таким образом, центробежные насосы создают давление за счет потока, тогда как насосы PD создают поток за счет давления.

Производительность насоса PD по сравнению с центробежным насосом

Поскольку расход определяется давлением, расход центробежных насосов изменяется при изменении давления. Поскольку насосы PD работают в противоположном направлении, изменения давления не влияют на их расход. Скорость обоих типов насосов может изменяться для регулировки потока.

Расход вращающегося насоса PD пропорционален его скорости (обычно более 10:1) и практически не зависит от перепада давления. Это не относится к центробежным насосам, которые гораздо более чувствительны к условиям на входе.

Объемный насос против центробежного насоса Консистенция

Эффективность центробежных насосов снижается по мере увеличения вязкости жидкости. Причиной этого являются потери на трение в насосе. В результате эти насосы редко используются при вязкости выше 850 сСт и являются предпочтительными для крупномасштабных промышленных применений воздуха.Производительность центробежного насоса начинает ухудшаться, когда вязкость достигает 100 сСт.

С другой стороны, эффективность насосов PD повышается с увеличением плотности жидкости.

Поршневой насос и эффективность центробежного насоса

Центробежные насосы наиболее эффективны, когда они работают на полной скорости. Эффективность снижается по мере повышения или понижения уровня давления. Этот насос адекватен в диапазоне 80-110 процентов от его BEP. Эффективность поршневых насосов увеличивается с увеличением давления.

Условия на входе обоих насосов

Центробежный насос не может подавать GVF (объемная доля газа) более 15%. В результате жидкость должна перекачиваться во всасывающий трубопровод и в насос. Сухой насос не может заливаться сам по себе.

С другой стороны, отрицательное давление образуется на входе поршневых насосов (всасывание). Насос должен быть заполнен жидкостью хотя бы один раз. Значения NPSHr (требуемый чистый положительный напор на всасывании) обычно варьируются всего в несколько футов, что позволяет работать с газами и приложениями с низкой плотностью.

Примеры поршневых насосов

Примеры лучших поршневых насосов включают поршневые и плунжерные, диафрагменные, шестеренчатые, кулачковые, винтовые и лопастные насосы.

Поршневой и плунжерный насос

Поршневой объемный насос с поршнями и плунжерами известен как поршневой и плунжерный насос. Он перекачивает жидкости с низкой вязкостью, распыляет краску, добывает масло и моет под высоким давлением.

Мембранный насос

Мембранный насос работает за счет сочетания возвратно-поступательного движения диафрагмы из тефлона, термопласта или резины с соответствующими клапанами по обеим сторонам диафрагмы (шаровые клапаны, откидные клапаны, дроссельные клапаны, обратные клапаны). или любая другая форма клапана).Применяется для дозирования, распыления, обработки воды, масел и красок.

Шестеренчатый насос

Этот тип поршневого насоса перекачивает жидкость, заключая заданный объем с блокирующими зубьями или шестернями и механически перекачивая его с помощью циклического движения насоса. Шестеренчатые насосы в основном применяются для перекачки жидкостей с высокой вязкостью в нефтехимической, пищевой и тяжелой промышленности. Они хорошо подходят для перекачивания красок и масел.

Кулачковый насос

Ротационно-лопастные насосы представляют собой объемные насосы, которые перекачивают жидкости путем вращения двух или более кулачков вокруг параллельных валов в корпусе насоса.Роторные насосы используются в фармацевтической, биотехнологической, санитарной, пищевой и химической промышленности.

Винтовой насос

Винтовой насос, также известный как водяной винт, представляет собой объемный насос (PD), который перемещает жидкие твердые частицы или жидкости вдоль оси одного или нескольких винтов. Он находит применение в перекачке топлива, нефтехимии и ирригации.

Пластинчатый насос

Пластинчатый насос представляет собой объемный насос с лопастями, расположенными на вращающемся роторе внутри камеры.Пластинчатый насос хорошо перекачивает жидкости с низкой вязкостью.

Что такое шестеренчатый насос? | Компоненты шестеренных насосов | Типы шестеренчатого насоса

Что такое шестеренчатый насос?

Категория шестеренных насосов относится к объемным насосам, состоящим из ротационного насоса непрерывной подачи. С помощью зубчатых зацеплений механическая энергия преобразуется в энергию жидкости, что создает нулевое всасывание. Пространство, находящееся посередине зубчатого зацепления, несет высокий уровень вязких жидкостей к поверхности стенки и далее к выходу.Этот насос эффективно работает с повышенными уровнями вязкой жидкости, такой как масло, поскольку не требует заливки.

Читайте также: Что такое лопастной насос? | Типы лопастных насосов | Работа лопастного насоса | Компоненты лопастного насоса

Шестеренчатый насос:

Шестеренчатый насос представляет собой роторный насос прямого вытеснения. В шестеренчатом насосе жидкость перемещает определенное количество жидкости с помощью блокирующей шестерни, а затем перемещает ее при вращении шестерни. Эти насосы обеспечивают безимпульсный поток, который прямо пропорционален скорости вращения шестерни.

Шестеренчатые насосы

в основном используются для создания высокого давления. Шестеренчатый насос представляет собой объемный насос, а также насос с постоянным рабочим объемом. Объемный насос означает, что этот насос обеспечивает постоянный поток с определенной скоростью независимо от изменения давления, а насос постоянного объема означает, что он отбрасывает определенное количество жидкости за один оборот вала.

Шестеренчатый насос был изобретен Иоганном Кеплером около 1600 года. В шестеренчатом насосе обычно две шестерни.Одна шестерня является ведущей или силовой шестерней, а другая – шестерней или промежуточной шестерней. Ведущая шестерня соединена с некоторыми ключевыми двигателями или с механическим источником энергии.

Ведущая шестерня также известна как ведущая шестерня, а ведомая шестерня также известна как ведомая шестерня. Шестерня привода вращается либо с помощью электродвигателя, либо с помощью IC. двигателем или рукой.

Также прочтите: Детали пневматического насоса | Принцип работы пневматического насоса | Преимущества пневматического насоса | Недостатки пневматического насоса

Компоненты шестеренных насосов:

№1.Механизм водителя

Ведущая шестерня соединена с первичным двигателем. Он вращается за счет энергии первичного двигателя.

№2. Ведомая шестерня или промежуточная шестерня

Ведомая шестерня откована вместе с ведущей шестерней, и водитель вращает шестерню.

№3. Корпус

Как ведущая, так и ведомая шестерня упакованы внутри корпуса шестеренчатого насоса.

№4. Входная секция или сторона всасывания

Это секция шестеренчатого насоса, через которую жидкость поступает в шестеренчатый насос.Жидкость низкого давления поступает в насос из входной секции.

№5. Выходная секция или сторона нагнетания

Это секция шестеренчатого насоса, через которую жидкость под давлением транспортируется в требуемое место. Жидкость под высоким давлением поступает от насоса в выходную часть.

№6. Первичный двигатель

В шестеренчатых насосах первичные двигатели используются для подачи мощности на вал, на котором установлена ​​ведущая шестерня. Это может быть электрический двигатель или IC. двигатель, либо это может быть ручной труд.

№7. Предохранительный клапан или выпускной клапан

На стороне нагнетания установлен предохранительный клапан или выпускные клапаны, чтобы можно было защитить насос от повреждения в случае возникновения дополнительного давления при его выпуске.

Также прочтите: Детали поршневого насоса | Определение поршневого насоса | Работа поршневого насоса | Математический анализ поршневого насоса

Типы шестеренчатого насоса:

Обычно существует пять типов шестеренчатых насосов:

• Насос с внешним зацеплением
• Насос с внутренним зацеплением
• Кулачковый насос
• Насос Ge-Rotor (генераторный роторный насос)
• Винтовой насос

№1.Насос с внешним зацеплением

В насосе с внешним зацеплением внешнее зацепление используется для перекачки жидкости. В насосе с внешним зацеплением два косозубых или цилиндрических зубчатых колеса находятся в зацеплении друг с другом и размещены внутри корпуса.

Шестерня, используемая в этом типе насоса, имеет внешнее зацепление. В этом типе насоса может использоваться любой тип зубчатого колеса, будь то косозубая или прямозубая шестерня, или любой другой тип зубчатого колеса. Одна из двух шестерен является ведущей, а другая — ведомой.

Ведомые шестерни также будут вращаться, когда вращается ведущая шестерня, поскольку обе шестерни находятся в зацеплении друг с другом.Во внешнем насосе на входе в насос создается частичный вакуум.

№2. Шестеренчатый насос с внутренним зацеплением

В шестеренчатом насосе с внутренним зацеплением шестерня, используемая для перекачивания жидкости, имеет внутреннюю ловушку. В насосах с внутренним зацеплением внутренняя шестерня меньше и имеет внешние зубья, а внешняя шестерня является большей шестерней и имеет внутренние зубья. Между двумя шестернями внутреннего шестеренчатого насоса предусмотрено серповидное уплотнение, которое заполняет зазор между двумя шестернями.

Когда зубья внутренней шестерни входят в зацепление с внешней шестерней, создается частичный вакуум, в результате чего жидкость попадает в зазор между серповидным уплотнением и внутренней шестерней.После этого жидкость попадает между внутренней шестерней и серповидным уплотнением и проходит от впускных отверстий к выпускному отверстию внутреннего шестеренчатого насоса.

№3. Кулачковый насос

Это еще один тип шестеренчатого насоса с внешним зацеплением. В лопастных насосах вместо зубьев шестерни используются фургоны. Количество лепестков может быть 3 или 4, в зависимости от требований.

Внутри корпуса установлены два выступа. Кулачок сконструирован таким образом, что кулачки почти удерживают друг друга, а не соприкасаются и не вращаются в случае шестеренчатого насоса с внешним зацеплением.Благодаря большому размеру фургонов и малому количеству фургонов достигается высокая выгрузка.

№4. Насос Ge- Rotor (с генераторным ротором)

Этот насос имеет два ротора. Один ротор имеет внешние зубья, а другой — внутренние. Ротор с внешними зубьями вращается внутри ротора с внутренними зубьями.

Число зубьев внутренних роторов на один меньше, чем у внешнего ротора. Вал первичных двигателей соединен с внутренним ротором.Поэтому внутренний ротор называется ведущим ротором.

В верхней части насосов Ge-Rotor размер кармана, т. е. пространство между внешним и внутренним ротором, незначителен. Размер кармана увеличивается до 180 градусов на внешних зубьях ротора. Таким образом, жидкость всасывается вблизи входных отверстий за счет разрежения между внутренними зубьями ротора и внешними зубьями ротора.

После 180 градусов, когда жидкость достигает дна насоса Ge-Rotor, размер кармана начинает уменьшаться, позволяя жидкости проходить через выпускное отверстие.

№5. Винтовой насос

Он назван винтовым насосом, потому что винты используются в этом насосе для увеличения давления жидкости. В этом насосе входы разделены на две части и имеют выход.

В винтовых насосах один вал имеет левосторонний винт, а другой вал – правосторонний винт. Два входа присутствуют на концах, а выход находится в противоположном направлении.

При пуске насосов жидкость заполняет зазор между витками шнека на краю входного отверстия и перемещается в осевом направлении вдоль шнека от входного отверстия к выходному за счет вращения жидкостного шнека.

Также читайте: Методы газовой сварки | Части сварочной горелки | Работа газовой сварки | Виды газовой сварки | Типы пламени при газовой сварке

Работа шестеренчатого насоса:

При запуске шестеренчатого насоса приводной вал запускается путем подачи мощности и начинает вращать ведущую шестерню, используя энергию первичного двигателя. Водитель также вращает кованую шестерню вместе с шестерней, как водитель вращает шестерню, но в противоположном направлении. Когда обе шестерни начинают вращаться, на стороне всасывания создается частичный вакуум.

Как только создается вакуум, жидкость на стороне всасывания всасывается в сторону шестерни. После этого всасываемая жидкость попадает между шестернями и корпусом.

Затем жидкость, захваченная между корпусом и зубьями шестерни, движется вместе с вращением зубьев шестерни и движется со стороны всасывания к нагнетанию.

Точно так же нагнетательный механизм со стороны всасывания на сторону нагнетания также имеет поток жидкости, а жидкость под высоким давлением разгружает насос со стороны нагнетания.

Жидкость со стороны всасывания не может напрямую поступать на нагнетание, а также со стороны всасывания на нагнетание, поскольку две шестерни полностью зацеплены, и поток жидкости не задерживается.

Также прочтите: Части и функции шлифовального станка | Шлифовальный станок | Типы шлифовальных станков

Преимущества шестеренчатого насоса:

Здесь различные преимущества шестеренчатого насоса заключаются в следующем:

• Эти насосы очень простые и компактные, с очень небольшим количеством движущихся частей.
• Расходы на техническое обслуживание этого типа насоса очень низкие.
• Стоит меньше.
Шестеренчатые насосы
• могут использоваться для создания очень высокого давления до 3000 фунтов на квадратный дюйм.
• Может использоваться для перекачивания высоковязких жидкостей, таких как масло, которые нельзя перекачивать с помощью центробежных насосов.
• Существует очень низкая вероятность утечки при перекачивании жидкости с высокой вязкостью, такой как масло, в шестеренчатый насос. Поэтому КПД этого насоса увеличивается при перекачивании высоковязких жидкостей.
Шестеренчатые насосы
• могут работать в обоих направлениях. Таким образом, один насос может использоваться как для загрузки, так и для разгрузки.
• Этот насос менее подвержен загрязнению.

Также читайте: Регулятор мощности | Строительство губернатора Ватт | Работа ватт-губернатора | Ограничения регулятора мощности Watt

Недостатки шестеренчатого насоса:

Здесь различные недостатки шестеренчатого насоса следующие:

• Используются шестерни с зацеплением, в шестеренчатых насосах нельзя использовать фрикционную жидкость.
• Эти насосы сильно шумят.
• Размер шестеренчатых насосов ограничен, поэтому их нельзя использовать для больших объемных расходов.

Применение шестеренчатого насоса:

Ниже приведены различные области применения шестеренчатых насосов:

• Используются там, где требуется точное дозирование.
• Поскольку на шестеренчатый насос не оказывает чрезмерного влияния выходное давление, он также может применяться в системах с несбалансированной подачей.

---

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Типы шестеренных насосов

Обычно шестеренные насосы бывают пяти типов

1. Насос с внешним зацеплением
2. Насос с внутренним зацеплением
3. Кулачковый насос
4. Насос Ge-Rotor (генераторный ротор)
5. Винтовой насос

Шестеренчатый объемный насос

Шестеренчатый насос относится к типу насосов прямого вытеснения (PD).Он перемещает жидкость, многократно закрывая фиксированный объем с помощью взаимосвязанных зубчатых колес или шестерен, перемещая его механически с помощью циклического действия насоса. Он обеспечивает плавный поток без импульсов, пропорциональный скорости вращения его шестерен.

Шестеренчатый насос

Винтовой шестеренчатый насос — это тип шестеренчатого насоса с внешним зацеплением, который используется для перекачивания вязких жидкостей на низкой скорости. Два набора взаимосвязанных шестерен смещены внутри головки насоса, причем 2 шестерни расположены в передней части головки насоса, а 2 — сзади, чтобы обеспечить сбалансированность вращательных сил.

Миниатюрный шестеренчатый насос

Эти миниатюрные шестеренчатые насосы имеют компактную пластиковую головку и привод. Выберите один из трех вариантов модели: OEM-версия без корпуса, лабораторная версия и полностью закрытая лабораторная версия.

---

Нравится этот пост? Поделитесь этим с вашими друзьями!

Предлагаемое чтение –

Разработка основанной на CFD процедуры трехмерного анализа шестеренчатого насоса

1. Введение

Объемные насосы (PD) часто имеют двумерные формы для простоты конструкции и надежной работы.В последние годы появился новый тип насосов PD, в том числе многокамерный (TMC) насос с трехмерной формой шестерен, что можно увидеть на рисунке 1. По сравнению с установленными в настоящее время шестеренными насосами, он предлагает следующие преимущества: саморегулирующаяся герметичность деталей насоса в процессе изнашивания, возможность формования деталей из полимерного материала, компактная конструкция и высокий объемный КПД при разумной стоимости. Преимущества позволяют использовать их во многих приложениях, для которых современные насосы PD менее подходят.

Рис. 1. (a) Вал насоса, (b) статор и (c) рабочее колесо.

Между другими насосами PD и насосами TMC мы видим важные различия, которые влияют на процедуру моделирования CFD для насосов TMC. Среди них движение рабочего колеса насоса, в том числе его характерное кувыркающееся движение, и результирующие пространственные и непрерывные трехмерные изменения областей уплотнения. Следовательно, процедура моделирования CFD должна учитывать специфические требования TMC для насосов.

Основными компонентами насоса, которые обсуждаются в следующем исследовании, являются вал, статор с z -зубьями и рабочее колесо с z  + 1 зубьями, все из которых показаны на рисунке 1.Последовательность движения собранных деталей показана на рисунке 2. Вид (а) показывает исходное состояние деталей насоса, тогда как (б–д) показывают углы вала 60°, 120°, 240° и 300° соответственно.

Движение состоит из вращения вала (3) и кувыркательного движения бегунка (2). В собранном положении (см. рис. 2) бегунок наклонен на постоянный заданный угол по отношению к оси вращения вала.

Передача крутящего момента от вала к рабочему колесу насоса осуществляется через наклонную плоскость, которая также работает как тарелка клапана (см. рис. 2).Функции пластины клапана (4) заключаются в разделении областей низкого и высокого давления насоса и в поочередном открытии и закрытии каналов между плоской поверхностью скольжения и трехмерной зубчатой ​​поверхностью рабочего колеса.

Опрокидывающее движение рабочего колеса вызывает всасывание и перемещение жидкости в рабочие камеры и из них. На рис. 3 показан объем жидкости, заключенный между поверхностями статора и рабочего колеса. Направления входных потоков показаны пунктирными линиями, а направления выходных потоков — сплошными линиями.

Основные концепции технологии насосов TMC известны, поскольку они всесторонне описаны в документах Вильдхабера (1966, 1974), Арнольда (1993) и в соответствующих документах. Помимо этих документов, мы не обнаружили в открытом доступе научных отчетов о насосах TMC. Однако существует обширный объем научных исследований, проведенных с другими насосами PD.

Исследуемый насос относится к группе насосов прямого вытеснения (PD), которые исследовались многочисленными авторами в последние годы (Chao et al., 2019; Яннетти и др., 2016). Одной из самых обширных статей по этой теме является обзор Gamez-Montero et al. (2019), которые перечислили 166 объектов исследований, относящихся к героторной технологии. Один из фактов, представленных в статье, заключается в том, что 54% ​​существующих материалов были опубликованы в период с 2014 по 2018 год. Это показывает, что тема очень актуальна.

Различные исследования машин PD охватывают производственные процессы (Chen et al., 2018), проектирование поверхностей (Strmčnik et al., 2019), модификации конструкции (Kim et al., 2006 г.), методов оптимизации (Robison & Vacca, 2018 г.) и методов визуализации (Antoniak & Stryczek, 2018 г.). Рундо (2017) рассмотрел документы, в которых представлены аналитические и численные подходы к анализу героторов, насосов с внутренним зацеплением (серповидным) и внешним зацеплением. Автор классифицирует имитационные модели на 0d (сосредоточенные параметры), 1d или 2d–3d (CFD).

Модель с сосредоточенными параметрами (LP) насоса, состоящего из цилиндрических и винтовых шестерен, была исследована Battarra et al. (2015). Пеллегри и соавт.(2016) использовали модель LP для проведения анализа героторного насоса. Спилле-Кохофф и соавт. (2017) заявили, что основными проблемами при выполнении 3D-моделирования CFD являются деформации сетки во время вращения вала насоса, скольжение между областями сетки и адекватное разрешение сетки внутри тонких зазоров.

Обзор предыдущих исследований позволяет нам классифицировать методы трехмерного моделирования для роторных машин PD в следующих группах: Деформация структурированных шестигранных сеток,

Химерная сетка (также известная как Overset grid) и

Гидродинамика сглаженных частиц (SPH).

Zhang et al. использовали метод неструктурированной адаптивной сетки. (2006) для анализа пульсаций расхода и давления героторного масляного насоса. Героторный насос также был смоделирован и экспериментально проанализирован Natchimuthu et al. (2010), которые использовали стратегию создания сетки 2.5d. Для каждого временного шага сначала создавалась новая треугольная сетка в 2d, а затем экструдировалась в пространство. Лю и соавт. (2019) использовали сетку 2.5d в сочетании с пользовательскими функциями для имитации серповидного насоса. Кастилья и др.(2015) использовали открытый исходный код и метод замены сетки для моделирования роторного насоса частичного разряда.

Метод ISM позволяет моделировать движение твердых объектов внутри жидкой области без необходимости деформации или повторного создания сетки. Использование указанного метода для моделирования шестеренчатого насоса с внешним зацеплением описано в работе Yoon et al. (2017).

Преобладающая часть численных исследований выполнена с использованием алгоритмов, деформирующих структурированные шестигранные сетки на каждом шаге моделирования.Для этого использовались разные подходы. Ковачевич и соавт. (2003) создали сетку O-типа вокруг геометрии винтовой машины с использованием двумерной трансфинитной интерполяции. Ворде и соавт. (2004) построили сетки с другим подходом, они использовали решение уравнения Лапласа для определения соответствующего распределения узлов блочно-структурированной сетки.

Были проведены многочисленные исследования с использованием коммерческих кодов, специально разработанных для автоматизированного создания структурированных сетей.Кавитацию в шестеренных насосах исследовали Спилле-Кохофф и Гессе (2016 г.) и Фросина и др. (2017). Чжао и соавт. (2018) сравнили подходы LP и 3D CFD для анализа винтового шестеренчатого насоса с внешним зацеплением и профилем зубчатого колеса с постоянным контактом.

Altare and Rundo (2016) изучили конструктивные параметры, влияющие на наполнение героторного насоса, а Hsieh (2012) проанализировали влияние конструкций с различным углом размаха. Героторный насос также был предметом исследования Castilla et al. (2017), которые избегали процесса пересоздания сетки благодаря сочетанию метода деформации сетки и решателя OpenFOAM.

Основы подхода с сеткой Chimera были описаны Steger et al. (1983) и Benek et al. (1986). Основным атрибутом метода является использование нескольких сеток, которые описываются как основная сетка и второстепенные сетки. Преимуществом использования нескольких сеток является упрощение генерации сетки, поскольку каждую сетку можно создавать независимо. Зивиани и соавт. (2016) провели сравнение между методами повторного создания сетки и сетки Chimera в случае устройства расширения прокрутки.Тем не менее, не было найдено публикаций, в которых описывалось бы моделирование насосов частичного разряда с использованием этого метода CFD.

Методы SPH редко используются для численного моделирования машин PD, поскольку работа Prakash et al. (2003) является единственным, который охватывает эту область. Авторы упомянутой работы проанализировали поле касательных напряжений в лопастном насосе при изменении величины зазора между кулачками и корпусом насоса.

Целью данной работы была разработка методики анализа насосов ТМС.Представленная методология в будущем может быть использована в качестве основы для дальнейших исследований в области насосов ТМС. Для этого мы рассмотрели варианты CFD-моделирования насоса TMC и разработали численную модель насоса TMC с использованием метода автоматического построения сетки. Тем самым мы объяснили, как теоретическое расположение частей насоса влияет на пространственные и временные изменения в областях уплотнения и как это влияет на некоторые гидравлические явления внутри насоса. По результатам CFD-анализа удалось объяснить, как поля давления распространяются в зависимости от положения тарелки клапана.Этот подход также позволяет оценить поток через отдельные пути утечки.

Следующий раздел существующей работы раскрывает процесс численного моделирования, который использовался для моделирования насоса TMC. Статья продолжается обзором экспериментальной установки и условий тестирования. Четвертый раздел начинается с анализа чувствительности сетки, продолжается отображением данных, связанных с потоком, и завершается выявлением условий давления вместе с визуализацией областей уплотнения.

2. Численное моделирование

2.1. Численная стратегия

Для расчета расхода в насосе использовался метод, основанный на уравнениях Навье-Стокса и дискретизации конечного объема (FV). При моделировании переходного процесса контрольные объемы деформируются во времени, поэтому используются модифицированные интегральные уравнения сохранения. Изменения следуют из применения правила Лейбница (Ansys cfx – руководство по теории решателя: выпуск 14.0, 2011 г.): (1) ddt∫(t)φdV=∫V∂φ∂tdV+∫SφWjdnj, (1) где t — время, ϕ — общая переменная, V и с соответственно обозначают области интегрирования объема и поверхности, Wj — скорость границы контрольного объема, а nj — дифференциальные декартовы компоненты вектора внешней нормали к поверхности .

Для моделирования турбулентности использовалась модель переноса напряжения сдвига (SST) (Menter, 1993; Menter et al., 2003). Выбор модели турбулентности позволяет добиться достаточного качества пограничного слоя, а также точности свободного сдвигового течения. Решатель Ansys CFX, который использовался для проведения расчетов, использует совмещенную сетку и алгоритм, предложенный Rhie and Chow (1983) для связи давления и скорости. Принятый решатель использует неявный метод для связи давление-скорость.

Использовались схема адвекции с высоким разрешением и переходная схема обратного Эйлера второго порядка. Для моделирования турбулентности была выбрана противопоточная схема первого порядка.

2.2. Процесс построения сетки

Модель насоса ТМС с теоретическим рабочим объемом qтеор=780 мм3/оборот использовалась в качестве исходных данных для моделирования. Исходная CAD-геометрия объема жидкости внутри насоса была разделена на области, показанные на рисунке 4.org/10.1080/19942060.2020.1789506

Опубликовано в сети:

29 июля 2020

Рис. 4. Участки и направления потоков в насосе: 1 – входной канал, 2, 6 – всасывающая и нагнетательная камеры, 3, 5 – зазоры между сферами, 4 – зазор клапанной тарелки, 7 канал в валу, (8) подшипники скольжения и (9) выпускное отверстие.

Одной из основных задач при выполнении CFD-анализа насосов PD является моделирование деформируемого объема между рабочими поверхностями. На основании всестороннего исследования, которое кратко описано во вводной части существующей статьи, использование деформирующих структурированных сеток было признано подходящим методом для моделирования ТМС-насоса.

Деформирующая сетка между трехмерными поверхностями статора насоса и рабочим колесом насоса была создана с использованием программного обеспечения TwinMesh, которое позволяет автоматически генерировать структурированные шестигранные сетки.Данные сетки были сгенерированы заранее, а затем импортированы в CFX в начале каждого шага с использованием процедуры распределительной коробки.

Временные шаги 4,8⋅10-5 с, 2,8⋅10-5 с, 2,0⋅10-5 с использовались для скоростей вращения вала 3000 об/мин, 5000 об/мин и 7000 об/мин соответственно. Деформация сетки в двухмерной перспективе показана на рис. 5, а на рис. 6 показана сетка в трехмерном виде вместе с сетками, которые представляют собой зазоры между сферическими поверхностями.

Рис. 5. Деформация сетки в 2D-перспективе.

Рис. 6. Сетка между статором насоса и рабочим колесом в трехмерной перспективе.

Были подготовлены две численные модели, различающиеся по сложности. Сначала для анализа чувствительности сетки использовалась упрощенная модель. В данном случае область жидкости состояла из следующих областей (см. рис. 4): входной канал (1), объем между 3d-поверхностями (2, 6) и выходной канал (7). Сетки, представляющие собой тонкие зазоры, были исключены из первой модели. Исключенными областями были (см. Рисунок 4): зазоры между сферами (3, 5), зазор клапанной тарелки (4) и объем в опорных подшипниках (9).Сетка, которая представляет собой модель, используемую для анализа чувствительности сетки, показана на рисунке 7.

Рисунок 7. Упрощенная сетка, которая использовалась для анализа чувствительности сетки.

Сетки, используемые для анализа чувствительности сетки, отличаются количеством элементов деформирующей сетки. Вариации выполнялись с изменением параметров в Twinmesh. Полученные сетки состояли из 1,3⋅106, 2,2⋅106 и 2,8⋅106 элементов.

На следующем этапе была построена полная модель насоса.Для этого были включены дополнительные области жидкости (см. рис. 4): зазоры между сферами (3, 5), зазор клапанной тарелки (4) и зазор между поверхностями опорных подшипников (8). Добавление тонких зазоров позволило добиться полного представления области жидкости внутри анализируемого насоса. На рис. 8 показана проекция полной сетки на поверхность вала насоса.

Рис. 8. Отпечаток полной сетки на поверхности вала насоса.

В таблице 1 показано количество элементов и типы элементов, которые использовались для построения сетки различных областей.Для большей части сетки использовались шестигранные элементы. В некоторых регионах пришлось применять элементы тетраэдра, пирамиды и клина. Параметры деформирующей сетки для полной модели были выбраны на основе результатов, полученных при исследовании чувствительности сетки.

Разработка процедуры трехмерного анализа шестеренчатого насоса на основе CFDhttps://doi.org/10.1080/19942060.2020.1789506

Опубликовано в Интернете:

29 июля 2020 г.

Таблица 1. Данные сетки, использованные для областей жидкости, которые были Полная модель насоса.

Высоты тонких зазоров внутри насоса приняты на основе теоретической геометрии деталей насоса, теоретического двухосного движения рабочего колеса насоса и идеально концентрического положения вала.

На рис. 9 показан теоретический зазор между статором и рабочим колесом. Тонкие темные области на 3d поверхности представляют собой линии уплотнения между отдельными рабочими камерами. Теоретический зазор вблизи пластины клапана показан на рисунке 10. На рисунках 9 и 10 показано положение деталей на первом временном этапе анализа.

Разработка процедуры трехмерного анализа шестеренчатого насоса на основе CFDhttps://doi.org/10.1080/19942060.2020.1789506

Опубликовано в Интернете:

29 июля 2020 г.

Рис. 9. Пример теоретического зазора между статором насоса и рабочим колесом. Области: (а) область зацепления шестерен, (б) внутренняя скользящая сфера и (в) внешняя скользящая сфера.

Рис. 10. Пример теоретического зазора между рабочим колесом насоса и валом.

5. Заключение

Насосы TMC представляют собой малоизвестные гидравлические устройства, которые имеют определенные преимущества перед обычными насосами PD. Особые формы зубчатых колес и движение рабочего колеса насоса требуют уникального подхода к процессам проектирования и анализа насосов TMC. С этой целью был разработан метод моделирования процессов распределения давления и течения в насосе ТМЦ. Результаты представлены вместе с визуализацией зависящих от времени пространственных изменений областей уплотнения между отдельными объемными камерами и между сторонами низкого и высокого давления насоса.После тщательного изучения методов, позволяющих моделировать деформирующие объемы в различных насосах частичного разряда, мы решили использовать автоматически сгенерированные сетки, экспортированные из программного обеспечения Twinmesh.

Объемный расход был взят для исследования, и результаты показывают, что наиболее влиятельными областями являются зазоры между сферическими поверхностями и области между поверхностями опорных подшипников.

Результаты, полученные в результате численной и экспериментальной частей исследования, показывают сходные тенденции в большинстве анализируемых рабочих точек.Однако существуют некоторые ограничения проводимого анализа CFD. Причинами отклонений могут быть пренебрежение осевыми перемещениями, вызванными небольшими отклонениями геометрии и влиянием баланса давления в насосе. Баланс давления действительно изменяет положение частей насоса во время вращения вала насоса. Анализ гидравлических и механических воздействий на микродвижения, а также влияние на общие характеристики насоса можно было бы изучить в отдельном исследовании.

Анализируемая система характеризуется поведением, на которое влияет явление перехода, возникающее при перемещении пластины клапана относительно каналов в рабочем колесе. Изменение положения и герметичности областей уплотнения может повлиять на пульсации давления и потока в системе. Пульсации давления и потока являются известными явлениями, которые возникают во многих типах насосов PD. Рябь была исследована Zhang et al. (2017 г.) и Мэнринг и Касарагадда (2003 г.). Ожидается, что аналогичные эффекты могут наблюдаться и в случае помпы ТМС.

Помимо анализа пульсаций, есть еще несколько тем, которые можно исследовать на основе разработанной методики. Некоторые варианты представлены ниже:

• Изменения зазора могут повлиять на поток жидкости и силы, действующие между частями насосов PD (Li et al., 2018). Для анализа насосов TMC могут быть выполнены изменения зазоров в различных областях уплотнения для оптимизации общей эффективности.

• Уровень достоверности численной модели может быть подтвержден исследованием на основе статистического подхода.Такой подход был продемонстрирован Баттарра и Мукки (2020), которые использовали модель LP и экспериментальные результаты для количественного анализа 20 номинально идентичных шестеренных насосов.

• Особые условия потока, связанные с принципом TMC, могут привести к кавитации в неизвестных местах. Будущие исследования могут быть сосредоточены на выявлении и анализе критических областей на CFD и экспериментальной основе.

― зазоры между сферами, 4 – зазор клапанной тарелки, 7 – канал в валу, 8 – опорные подшипники, 9 – выход.

Рисунок 9. Пример теоретического зазора между статором насоса и рабочим колесом. Области: (а) область зацепления шестерен, (б) внутренняя скользящая сфера и (в) внешняя скользящая сфера.

Объемные насосы

Объемный насос имеет расширяющуюся полость на стороне всасывания и уменьшающуюся полость на стороне нагнетания.Жидкость поступает в насосы при расширении полости на стороне всасывания и вытекает из нагнетания при схлопывании полости. Объем является постоянным для каждого рабочего цикла.

Объемные насосы можно разделить на два основных класса

Принцип объемного вытеснения применяется независимо от того, является насос

• роторным насосом
• винтовым насосом
• роторным шестеренным насосом
• поршневым насосом

10 мембранным насосом

• Винтовой насос
• Шестеренчатый насос
• Пластинчатый насос
• Регенеративный (периферийный) насос
• Перистальтический

Объемный насос, в отличие от центробежного или роторно-динамического насоса, обеспечивает одинаковый расход при заданной скорости (об/мин) независимо от давления нагнетания.

• Насосы прямого вытеснения A — это « машина с постоянным расходом». Поршневой насос прямого вытеснения, работающий при закрытых нагнетательных клапанах, продолжает производить поток до тех пор, пока давление в нагнетательной линии не возрастет до тех пор, пока линия не разорвется или насос не будет серьезно поврежден, или и то, и другое.

  Предохранительный или предохранительный клапан на стороне нагнетания поршневого насоса абсолютно необходим .Предохранительный клапан может быть внутренним или внешним по отношению к насосу. Внутренний клапан следует использовать только в качестве меры предосторожности. Настоятельно рекомендуется установить внешний предохранительный клапан на линии нагнетания с обратной линией на линии всасывания или в подающем резервуаре.

  Поршневые насосы

  Типичными поршневыми насосами являются

  • плунжерные насосы
  • мембранные насосы

  Плунжерные насосы состоят из цилиндра с возвратно-поступательным движением плунжера.В головке цилиндра установлены всасывающий и нагнетательный клапаны. В такте всасывания плунжер втягивается, и всасывающие клапаны открываются, вызывая всасывание жидкости в цилиндр. При прямом ходе плунжер выталкивает жидкость через нагнетательный клапан.

  Только с одним цилиндром расход жидкости изменяется между максимальным расходом, когда плунжер проходит через средние положения, и нулевым расходом, когда плунжер находится в конечных положениях. Много энергии тратится впустую, когда жидкость ускоряется в системе трубопроводов.Вибрация и «гидроудары» могут стать серьезной проблемой. Как правило, проблемы компенсируются использованием двух или более цилиндров, работающих не в фазе друг с другом.

  В диафрагменном насосе поршень создает давление гидравлического масла, которое используется для изгиба диафрагмы в насосном цилиндре. Мембранные насосы используются для перекачивания опасных и токсичных жидкостей.

  роторные насосы

  типичные поворотные насосы

  • зубчатые насосы
  • насосы долей
  • насосы лопасти
  • лопастные насосы
  • прогрессирующие полосы
  • Периферийные насосы
  • Винтовые насосы
  2

  в зубчасоцевом насосе жидкость в ловушке между зубьями двух одинаковых шестерен и обоймой насоса на стороне всасывания.Со стороны нагнетания жидкость выдавливается, когда зубья двух шестерен вращаются друг против друга.

  Кулачковый насос работает аналогично шестеренчатому насосу, но имеет два кулачка, приводимых в движение внешними синхронизирующими шестернями. Лопасти не соприкасаются.

  Винтовые насосы состоят из металлического ротора, вращающегося внутри футерованного эластомером или эластичного статора. При вращении ротора между ротором и статором образуются поступательные камеры от всасывающего конца к нагнетательному, перемещающие жидкость.

  Различия между шестеренчатыми и поршневыми насосами

  Блог | 20 августа 2017 г.

  Энергия жидкости генерируется, когда поршень поднимается и опускается или зубчатая передача вращается. Иными словами, существует два основных типа насосов, используемых в качестве гидравлических объемных насосов в устройствах на основе жидкости. Первая, технология шестеренчатого насоса, отличается от принципов работы поршневых насосов, которые мы собираемся рассмотреть в следующем абзаце.

  Принципы гидравлического привода: Обзор поршневых насосов  

  Основанный на осевой архитектуре, этот механизм использует цилиндрический форм-фактор.Герметичный плунжер поднимается в цилиндре и создает впускной патрубок. Он завершает этот цикл, направляя перекачиваемую в вакууме жидкость к выпускному отверстию насоса. Давление не является результатом этого осевого движения, но перенос жидкости определенно имеет место. Однако существует пульсирующий эффект, который сопровождает механизм транспортировки жидкости, точно так же, как пульс, производимый сердечным клапаном человека.

  Основы шестеренчатого насоса: изучение зацепления зубьев  

  Хотя это устройство перекачивает гидравлическую жидкость, как и поршневой насос, внутреннее устройство этого насосного оборудования совершенно иное.По принципу действия возвратно-поступательный механизм заменяется двумя шестернями. На ободе обоих прялок установлены зубья особой формы. Когда они вращаются, карманы жидкости переносятся зазорами в зубьях шестерен. По-прежнему классифицируемый как объемное устройство, архитектура внутри шестеренчатого насоса значительно отличается по сравнению с поршневым насосом с аксиальной конфигурацией. Конечно, они оба выполняют схожие функции, но, безусловно, эти механические различия также создадут некоторые различия в производительности.

  Шестеренчатые и поршневые насосы: противоборство гидравлических систем  

  Поршневые насосы представляют собой относительно сложные механические компоненты, которые должны представлять собой простой контур жидкости. Именно из-за штоков и поршней, уплотнений и абразивных поверхностей этот механизм требует более тщательного обслуживания. Кроме того, поршневой насос, центральный член поршневого семейства, представляет собой устройство с большими импульсами. Вакуумное действие и расстояния втягивания поршня создают прерывистый поток, хотя эффект пульсации едва заметен.Шестеренчатые насосы минимизируют этот эффект, за исключением случаев, когда количество зубьев на зубчатых колесах создает аналогичный, но значительно ослабленный импульс.

  С точки зрения внутренней геометрии, между шестеренчатыми и поршневыми насосами существуют большие различия. Пока этот возвратно-поступательный узел выровнен по оси и смазан, герметичные плунжеры будут работать тихо и мощно, хотя и с характерным пульсирующим эффектом. В то же время гидравлические шестеренчатые насосы используют свои вращающиеся колеса для вращения сегментов зубьев, транспортирующих жидкость, и для радиального переноса этих крошечных пакетов жидкости с почти безимпульсной скоростью к выходной стороне насоса, где жидкость приводит в действие приводы, не производя прерывистый эффект ослабления силы.

  Мобильная гидравлика Specialties Pty Ltd

  Factory 89, 38-40 Popes Road
  Keysborough, Victoria, 3173

  Телефон: (03) 9798-6511

  Оптимизировано NetwizardSEO.com.