Характеристики гидронасосов

Гидронасос – это основная часть гидросистемы, отвечающий за перекачку рабочей среды и создания давления во всей системе. Он нагнетает жидкость в систему, где, согласно закону Паскаля, энергия давления преобразуется в механическую работу, а простыми словами — жидкость приводит в движение механизмы. Гидравлика применяется во всех сферах промышленности, а насосы — это «сердце» любого такого агрегата. Также важной частью системы является гидрораспределитель — агрегат, направляющий рабочую жидкость по тем трубам, к которым нужно именно сейчас. Насос — это двигатель, а распределитель – система управления.

В этой статье мы подробно рассмотрим устройство гидронасоса, его принцип работы, а также основные характеристики и виды.

Назначение гидронасоса

Это агрегаты, предназначенные для перекачки различных жидкостей. Они преобразуют механическую энергию крутящего момента двигателя в гидравлическую, то есть в давление жидкости. Могут быть как транспортирующими, просто перекачивающими из одной емкости в другую, как бытовой водяной насос, так и сами являться основой работы гидравлической системы, чьей задачей будет являться передача на расстояние энергии давления в линейную энергию поршня, который будет выполнять некую работу, такую как подъем грузов.

Принцип работы гидронасоса

Гидравлические насосы всех типов имеют одинаковый принцип конструкции: две камеры, всасывающая и нагнетающая, в которых и происходит наращивание давления в системе. Рабочая жидкость перемещается между камерами разными способами, в зависимости от типа насоса. После этого она переходит в распределительный трубопровод, через который энергия направляется к исполнительному механизму, гидравлическому поршню. Жидкость находится в замкнутой системе и циркулирует по ней самостоятельно, без дополнительных насосов.

В общем рассмотрении любой гидронасос разделяется на шесть основных элементов:

• Камера низкого давления – та полость, в которую всасывается жидкость.
• Механизм нагнетания – конструкция, благодаря которой жидкость перегоняется из одной камеры в другую.
• Камера высокого давления – полость, в которую накачивается жидкость под давлением, передающая его в трубопровод.
• Клапаны – располагающиеся на входе и выходе, если то подразумевает конструкция.
• Жидкостные патрубки – трубки, по которым в полости поступает и отводится рабочая жидкость.
• Привод мотора – устройство передачи энергии от мотора к механизму нагнетания давления.

Характеристики и типы гидронасосов

Гидронасосы разделяются по типам согласно используемому механизму нагнетания. Используемый в конкретной системе тип зависит, в первую очередь, от соотношения необходимой мощности, размера и затрачиваемой энергии.

Имеется шесть основных типов насосов, сравнительные параметры которых приведены в таблице:

https://drive.google.com/file/d/12QW3V2h9oTN97Qq_2rPdX5EeXXnnhf21/view?usp=sharing

Как видно из таблицы, у гидронасоса имеется своеобразный параметр «рабочий объем». Он означает то, какой объем рабочий жидкости насос переносит за один оборот. В соотношении с количеством оборотов в минуту можно сопоставить то, на какой размер системы он рассчитан.

Конструктивно гидравлические насосы делятся на три типа:

1. Шестерные. Имеет два подтипа: внешнего и внутреннего зацепления.
2. Пластинчатые (лопастные).
3. Поршневые. С двумя подтипами: аксиальные и радиальные.

Шестерные

Самый распространенный тип, отличающийся самым удобным диапазоном рабочего давления и объема. Изменяя направление вращения шестерней простым приводом от мотора, можно регулировать работу насоса в любое время, в зависимости от ситуации, например, так легко можно откачать жидкость из трубопровода, для того чтобы произвести ремонт гидравлической системы или просто снизить давление. При этом простота конструкции делает их дешевыми, что также важно.

• Насосы внешнего зацепления в основном применяются там, где требуется перекачка жидкостей со средней или высокой вязкости при больших давлениях. При этом чистота жидкости наименее важна для этого типа насоса. Они состоят из двух шестерен, вращающихся синхронно. Жидкость попадает во внешние полости между корпусом и зубьями шестерни, которые и перемещают ее между камерами. Чем быстрее вращаются шестерни, тем больший объем жидкости перекачивается.
• Насосы внутреннего зацепления – это более сложная конструкция, где одна шестерня помещена в другую. Ведомая шестерня помещается в ведущую. Относительно низкая скорость вращения такой системы лучше подходит для перекачки максимально вязких субстанций, поэтому они наиболее часто встречаются в промышленности.

Пластинчатый или лопастной насос

На ведущем вале в центре овального корпуса вращается ротор, в который свободно вставлены пластины. В тот момент, когда лопасть попадает в зону, где корпус имеет полость, ввиду своей овальности, она под действием центробежной силы выходит из прорези в роторе и захватывает жидкость. Далее, подходя к сужению корпуса, пластина задвигается обратно, что создает герметичную полость, внутри которой и переносится жидкость. Более широкие полости овального корпуса и являются камерами нагнетания и всасывания. Такие насосы отличаются самым низким уровнем шума и чаще всего применяются в устройствах, с которыми часто контактирует человек, например, гидроусилители руля автомобилей.

Поршневой насос

Аналогичен по своей конструкции поршневому двигателю внутреннего сгорания, но работающему по обратному принципу. В ДВС детонация топлива внутри цилиндра создает повышение давления, которое вытесняет поршень из цилиндра, передавая энергию на вал. В насосе же, наоборот, вал от внешнего двигателя задвигает поршень в цилиндр, вытесняя из него жидкость через клапан в патрубок высокого давления. После чего, когда поршень идет вниз, открывается клапан низкого давления. Отходящий поршень уменьшает давление в цилиндре, из-за чего масло всасывается в цилиндр, впускной клапан закрывается, открывается выпускной и цикл повторяется.

Главным недостатком такого устройства является высокая пульсация давления. Самым простым вариантом решения этой проблемы является поршень двойного действия. В этом варианте рабочая камера в цилиндре не одна, по одну сторону поршня, а с обеих сторон. Тогда при ходе поршня как вниз, так и вверх осуществляется перекачка. В остальном, у поршня двойного действия нет значимых отличий от одинарного.

Аксиально-поршневой насос – при такой конструкции группа поршней расположена по кругу над валом с наклонным диском. Движение вала смещает диск, который давит или оттягивает поршни, в зависимости от своего положения. Бывают двух видов – с наклонным диском или самим диском цилиндров. В первом варианте для передачи энергии между валом и цилиндрами используются кулачковые механизмы, а во втором — шатуны.

Радиально-поршневой насос отличается тем, что цилиндры располагаются не параллельно валу, а перпендикулярно и вытесняют жидкость по радиусу от вала.

Из чего состоит гидронасос

Чтобы понять устройство гидронасоса, рассмотрим пример наиболее часто используемого шестерного гидроагрегата. Он состоит из следующих главных элементов:

1. Корпус. Это основная часть насоса, которая служит для размещения всех остальных компонентов. Корпус обычно изготавливается из высокопрочных материалов, таких как сталь или чугун, чтобы выдерживать высокое давление.
2. Шестерни. Ведущая установлена на приводном валу и является первичным вращающимся элементом насоса, который приводит в движение ведомую, служащую для перемещения жидкости внутри насоса.
3. Всасывающая и нагнетательная полости. Всасывающая полость предназначена для подачи жидкости в насос, а нагнетательная — для вывода жидкости из насоса под давлением.
4. Крышки и крепеж. Практически всегда крышки включают в себя отверстия для патрубков подачи жидкости и клапаны для их перекрытия. Крышки притягиваются к корпусу сквозными болтами, что обеспечивает устойчивость к высокому внутреннему давлению.

Принцип работы шестеренного гидронасоса основан на вращении ведущей и ведомой шестерни. При вращении жидкость попадает во всасывающую полость и перемещается между зубьями шестерен. Когда жидкость достигает нагнетательной полости, она выталкивается из насоса под давлением.

Рабочий контур гидронасоса

Эта особенность конструкции определяет то, как именно жидкость попадает в полость низкого давления насоса. Контур может быть открытым или закрытым, тот или иной тип актуален для систем разного давления и объемов. Конструкция насосов открытого контура проще и поэтому дешевле. Хотя для него требуется дополнительное оборудование.

Открытость и закрытость контура определяется наличием насоса подкачки и внешним баком с рабочей жидкостью. В открытом контуре рабочая жидкость, пройдя через всю схему гидравлики, поступает в бак с низким давлением, подкачиваясь при этом дополнительным насосом. И уже из этого бака забирается во всасывающую полость основного насоса. В первую очередь такой вариант применяется там, где ее нужно предварительно, перед возвратом в систему, охлаждать или очищать. Кроме того, наличие бака существенно снижает нагрузку на основной насос, что упрощает его конструкцию и эксплуатацию.

Закрытый контур, это тот, где нет внешнего бака и дополнительного насоса, в нем рабочая жидкость перегоняется через весь контур основным насосом. Такой вид обеспечивает более точный контроль за давлением, быструю реакцию на смену давления, и общей повышенной эффективностью. Что особенно важно в различных высокоточных, но относительно небольших системах, например, авиационной гидравлике. Однако требуемая нагрузка на главный насос усложняет его конструкцию и итоговую стоимость.