Розробка шестеренного насосу (фактична подача насоса - 0,001 куб.м/с)

ньому  в стійці 26 виконано отвір, який з’єднує порожнину в якій розміщено ущільнюючий матеріал з отвором у ведучій вал-шестерні і далі з каналом у задній кришці  8, з якого рідина потрапляє у  розвантажувальний клапан, розміщений в корпусі I і з’єднаний з камерою всмоктування.

 Розвантажувальний клапан складається з кульки 9, пружини 10, прокладки 11 та пробки 12. Крім розвантажувального клапану, в корпусі I виконаний запобіжно-перепусний клапан, який складається з сідла 27, клапана 29, пружини 30, шайби 31, прокладки 32, кришки клапана 33, прокладки 34, гайки 35, регулюючого гвинта 36 та ковпачка '28

Принципу дії насоса

При обертанні шестерень 5,3 об’єм міжзубових камер в порожнині виходу зуб’їв з зачеплення збільшується, тиск в камерах знижується, та рідина, заповнюючи ці камери, переноситься обертовими вал-шестернями 5 и 3 в порожнину нагнітання. В процесі зачеплення зуб’їв в порожнині нагнітання зменшується об’єм міжзубових камер, а рідина витискається в нагнітаючу магістраль.

Рисунок 1.2 - Насос

    У показаному на Рис.1.1 насосі боковий та радіальний зазори між шестернями 5,3, втулками 4,7,13 і корпусом I .виконані постійними. На бокових поверхнях втулок 4,7,13 виконані канавки, для розвантаження об’єму між двома парами зуб’їв, які знаходяться в  зачепленні. Якщо не прийняти відповідних заходів по розвантаженню замкненого об’єму, то на початку тиск у ньому різко зросте, а потім з’явиться вакуум. Це приведе в одному випадку до зростання навантаження на шестерні 3,5 втулки 4,7 й. 13, а в іншому -  до кавітації. Якщо канавки виконані з одного боку, то розвантаження  неповне, та замкнений об’єм розвантажується тільки при його зменшенні. Якщо канавки  знаходяться з двох сторін, то розвантаження повне.

     На Рис.1.2 видно, що внаслідок перепаду тиску будуть мати місце бокові та радіальні перетіки рідини з порожнини нагнітання в порожнину всмоктування. Крім цього, перекачувальна рідина через зазори між втулкою 13,  корпусом I і валом 5 попадає в порожнину ущільнення вала ,потім по каналу стійки 26 головної вал-шестерні 3 через розвантажувальний клапан  потрапляє  в камеру всмоктування.

Обертова п’ята разом  з ведучим  валом  17 приєднується до підп’ятника 21 пружиною 15 та надлишковим тиском, який, підтримується в порожнині ущільнення розвантажувальним клапаном. Ущільнення підп’ятника 21 и п’яти 17 здійснюється через постійно притираючі один до одного бокові поверхні цих деталей.

На подачу насоса дуже впливає заповнення робочих впадин. Рідина, поступаючи з всмоктуваної  порожнини в міжзубову впадину обертової шестерні, отримує кутову

швидкість останньої, внаслідок цього з’являється відцентрова сила, яка намагається викинути її з впадини та яка перешкоджає заповненню цієї впадини рідиною. Щоб рідина надійно заповнювала впадини, її абсолютний  тиск у всмоктуючій порожнині повинен перевищувати тиск, зроблений відцентровою силою. Чим менше буде це перевищення, тим менше буде швидкість   заповнення впадини і тим довше впадини повинні бути з’єднані з всмоктуваною порожниною. Тому для покращення живлення насосу рідина в нереверсивних насосах камера всмоктування робиться більш широкою (з  великим кутом охоплення), ніж камера нагнітання.

2. Гідравлічні розрахунки проточної частини

2.1 Потужність, що споживається насосом:

Потужність, яку споживає насос, можна визначити за допомогою формули приведеної в [1] на с.6 :

  ,                                                (2.1)

де  ΔР – різниця тисків на нагнітанні та всмоктуванні, Па;

Q – фактична подача насоса, м³/с;

η_мех – механічний ККД (η_мех = 0,7÷0,9), приймаємо η_мех = 0,8 ;

η_о – об'емний ККД (η_о = 0,85÷0,95), приймаємо η_о = 0,9.

Знайдемо витрату насоса окремо:

,                            (2.2)

де q - робочий об'єм, м³;

   п - кількість обертів ротора, об/с.

,

Визначаємо  згідно формули (2.1):

,

Виходячи із числового значення споживаної насосом потужності  та кількості обертів ротора  з каталогу [2] - ст. 390, П1 - вибираємо електродвигун марки АИР132 М4 з параметрами:

 - потужність двигуна;

 - синхронна частота обертів;

 - коефіцієнт ковзання.

,

 - номінальна частота обертів (з урахуванням ковзання).

Визначимо робоче число обертів на  розрахунковому режимі:

                                            ,                    (2.3)

Згідно формули (2.3):

.

де  n_c    - синхронне число обертів, об/с;

    n_н- номінальне число обертів, об/с;                          

    N_p- потужність, що споживається насосом, Вт;                        

    N_н-  номінальна потужність електродвигуна, Вт.

2.2 Геометричні розміри зубчатих коліс насосу

Модуль зубчатих коліс отримаємо, виходячи з наступних міркувань:

,                      (2.4)

де Q- фактична подача, л/хв;

η₀   - об’ємний ККД

Проведемо обчислення згідно до приведеної формули:

,.

Модуль, отриманий розрахунковим шляхом, округляється до найближчого стандартного значення (табл.2.I).

Таблиця 2.1.- Стандартні значення модулів зубчатих коліс

Приймаємо m=4 мм.

Обираємо число зуб’їв. Допустиме число зуб’їв при збільшенні  кута зачеплення

α= 20°      Z=17

Розрахуємо ширину зубчатих коліс. Виходячи з [1] – с.8 -, формула має вигляд:

                       ,                        (2.5)

де    Q – фактична подача, м³/с;

m- модуль, м;

Z - число зубів;

n - робоче число обертів, об/с.

Проведемо обчислення згідно до приведеної формули (2.5) :

,

Ширина зубчастого колеса

b=(4…5)m

Приймаємо ..

Для некорегованого зачеплення розрахуємо характерні діаметри зубчатих коліс:

- діаметр початкового кола:

,(2.6)

;

- діаметр кола головок зубів:

,(2.7)

;

- діаметр кола западин зубів:

,(2.8)

;

2.3 Розміри робочих камер насосу

Якщо до насосу висуваються вимоги  щодо можливості реверсивної роботи, то камери всмоктування та нагнітання повинні бути конструктивно однакові. При відсутності такої  вимоги камера всмоктування робиться ширше , ніж камера нагнітання.

Кут  β1 (рис. 2.1), враховуючий розмір камери всмоктування, звичайно приймається в межах 45...90°. За умов поліпшення входу та забезпечення безкавітаційної роботи слід досягти верхнього кінцевого значення β1.. Однак для шестерень з малим числом зуб’їв та високим тиском нагнітання кута =90°може виявитися великим з точки зору розмірів ущільнюючої дуги .

Рисунок 2.1 - Розрахункова схема робочих камер

При числі зуб’їв  Z= 17 та  переважно невеликим тиском нагнітання камеру всмоктування часто виконують з кутом β₁=120°.

Зазвичай це практикується коли конструюються насоси, які призначені для перекачування масла, нафти та мазуту.

Кут β₂ , вказуючий розмір камери нагнітання, обирається для реверсивних насосів дорівнюючий куту β₁ . Для нереверсивних насосів приймають β_2< β₁

Ширину камери ,мм, в осьовому направленні зазвичай приймають