Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Шестерённый насос — это объёмный (роторный) гидравлический насос, в котором перенос рабочей жидкости со стороны всасывания на сторону нагнетания происходит за счёт зацепления двух или более зубчатых колёс, помещённых в плотно подогнанный корпус. По способу взаимного расположения шестерён различают насосы внешнего зацепления (зубья двух одинаковых наружных шестерён сцепляются по периферии) и внутреннего зацепления (ведущая наружная шестерня — внутри обоймы с внутренним зубом, либо обратное сочетание). Шестерённые насосы — одни из самых распространённых в гидроприводе и системах перекачки масел: при простой и надёжной конструкции они уверенно работают с вязкими жидкостями, нечувствительны к небольшим количествам газов и обеспечивают равномерную подачу при широком диапазоне частот вращения.
В статье разобраны принцип работы шестерённого насоса, физика переноса объёма зубьями, отличия внешнего и внутреннего зацепления, ключевые расчётные характеристики (рабочий объём, подача, мощность, КПД), применение для вязких сред, виды износа и ограничения по давлению — с опорой на действующие стандарты, в том числе ГОСТ 19027-89 и ГОСТ ISO 17769-1-2014.
Шестерённый насос относится к классу объёмных насосов: подача жидкости в нём осуществляется не за счёт скоростного напора, как у центробежных, а за счёт периодического увеличения и уменьшения изолированных объёмов между зубьями шестерён и стенками корпуса. По терминологии ГОСТ ISO 17769-1-2014 это «насос объёмного действия» (positive displacement pump).
Шестерённый насос — устройство постоянного рабочего объёма: каждый оборот вала переносит одно и то же расчётное количество жидкости (с поправкой на утечки). Это делает его подачу пропорциональной частоте вращения, а сам насос — конструктивно простым и предсказуемым в управлении.
Насос внешнего зацепления (external gear pump) — наиболее распространённая и технологически простая схема. Две одинаковые зубчатые шестерни (ведущая и ведомая) с внешним зубом расположены на параллельных валах и зацепляются по линии, проходящей через межосевое пространство. Жидкость переносится по периферии корпуса с двух сторон — отдельно каждой шестернёй.
Шестерённые насосы внешнего зацепления — нереверсивные по направлению подачи: при изменении направления вращения вала меняются местами сторона всасывания и сторона нагнетания. Для гидросистем, где требуется реверс, это учитывают в схеме обвязки.
При большом числе зубьев и без компенсации пульсаций подача насоса имеет циклическую неравномерность — пульсацию, обусловленную попеременным выходом и входом зубьев в зацепление. Для снижения пульсаций применяют косозубые или шевронные шестерни.
В насосе внутреннего зацепления (internal gear pump) ведущая шестерня с внешним зубом помещена внутри обоймы с внутренним зубом большего диаметра. Шестерня и обойма имеют разное число зубьев и расположены эксцентрично. В зоне максимального зазора между ними находится серповидный разделитель, отделяющий сторону всасывания от стороны нагнетания.
Героторный насос (gerotor pump) — частный случай внутреннего зацепления, в котором ведущий и ведомый элементы имеют разницу в один зуб (например, ведущий с N зубьями внутри ведомого с N+1 зубьями), а профиль зубьев — обычно гипоциклоидальный или подобный. Серповидный разделитель отсутствует: его роль играют сами зубья, которые в каждом положении ротора создают подвижные изолированные камеры.
В насосах для перекачивания нефтепродуктов по ГОСТ 19027-89 предусматриваются три основных типа исполнений: НМШ — на лапах, НМШФ — фланцевый, НМШГ — с обогревом (охлаждением) корпуса (для застывающих или высокотемпературных продуктов).
Рабочий объём насоса q — это объём жидкости, теоретически вытесняемой за один оборот вала. Для шестерённого насоса внешнего зацепления оценку рабочего объёма обычно приводят через геометрию шестерён: модуль зубьев, число зубьев, ширину венца и угол зацепления; конкретное расчётное выражение содержится в специализированных справочниках по гидроприводу. На практике значения рабочих объёмов для серийных моделей заданы в техническом паспорте насоса.
Q_т = q · n,
где Q_т — теоретическая подача насоса, м³/с (или л/мин); q — рабочий объём за один оборот, м³ (или см³); n — частота вращения вала, об/с (или об/мин). Для перехода к л/мин: Q [л/мин] = q [см³/об] · n [об/мин] / 1000.
Фактическая подача меньше теоретической из-за внутренних утечек по торцовым зазорам, через линию зацепления и через уплотнения. Отношение фактической подачи к теоретической называется объёмным КПД:
η_v = Q / Q_т,
где η_v — объёмный КПД; Q — фактическая (измеренная) подача; Q_т — теоретическая подача при тех же оборотах. Объёмный КПД зависит от давления нагнетания, вязкости жидкости и зазоров; для шестерённых насосов он обычно лежит в диапазоне 0,80–0,95 в номинальном режиме и снижается при росте давления.
N_п = Q · Δp,
где N_п — полезная гидравлическая мощность, Вт; Q — фактическая подача, м³/с; Δp — перепад давления между нагнетанием и всасыванием, Па.
Потребляемая (приводная) мощность связана с полезной через общий КПД насоса:
N = N_п / η = Q · Δp / η,
где η — общий КПД насоса, равный произведению объёмного и гидромеханического КПД: η = η_v · η_мех. Для шестерённых насосов общий КПД в номинальном режиме обычно составляет 0,75–0,90 в зависимости от типоразмера, конструкции и режима работы.
Шестерённый насос рабочим объёмом q = 25 см³/об, работает при n = 1450 об/мин с перепадом давления Δp = 10 МПа. Объёмный КПД 0,92; гидромеханический КПД 0,90.
q = 25 см³/об
n = 1450 об/мин
Δp = 10 МПа
Теоретическая подача: Q_т = 25 · 1450 / 1000 = 36,25 л/мин.
Q_т = 25 · 1450 / 1000 = 36,25 л/мин
Фактическая подача: Q = 36,25 · 0,92 ≈ 33,4 л/мин ≈ 5,56 · 10⁻⁴ м³/с.
Q = 36,25 · 0,92 ≈ 33,4 л/мин ≈ 5,56 · 10⁻⁴ м³/с
Полезная гидравлическая мощность: N_п = 5,56 · 10⁻⁴ · 10⁷ = 5560 Вт ≈ 5,6 кВт.
N_п = 5,56 · 10⁻⁴ · 10⁷ = 5560 Вт ≈ 5,6 кВт
Общий КПД: η = 0,92 · 0,90 ≈ 0,83.
η = 0,92 · 0,90 ≈ 0,83
Потребляемая мощность: N = 5,6 / 0,83 ≈ 6,7 кВт.
N = 5,6 / 0,83 ≈ 6,7 кВт
Шестерённые насосы выпускаются в широком диапазоне рабочих давлений — от относительно низких для перекачки масел и нефтепродуктов до высоких для силовых гидросистем.
С ростом перепада давления растут радиальные нагрузки на подшипники, увеличиваются торцовые и радиальные зазоры (за счёт упругих деформаций корпуса и шестерён), увеличиваются внутренние утечки и снижается объёмный КПД. Это естественное ограничение шестерённой схемы; при необходимости работы при более высоких давлениях применяют поршневые насосы.
ГОСТ 19027-89 не распространяется на шестерённые насосы для станочных и автотракторных гидросистем — это отдельный класс изделий, работающий при существенно более высоких давлениях и проектируемый по техническим условиям производителя в рамках общих требований к гидрооборудованию.
Вязкость рабочей жидкости — ключевой параметр для шестерённого насоса. От неё зависят объёмные потери, кавитационные ограничения, нагрузка на подшипники и работа уплотнений.
Для перекачивания продуктов, обладающих высокой вязкостью при комнатной температуре или склонных к застыванию (мазут, парафин, битум), применяют насосы с подогревом корпуса. По ГОСТ 19027-89 это исполнение НМШГ. Подогрев осуществляется паровой рубашкой, водяной рубашкой или электрическим обогревом; температура нагрева согласуется с условиями работы продукта.
Кавитация — образование, рост и резкое схлопывание паровых пузырей в жидкости при местном падении давления ниже давления её насыщенных паров. В шестерённом насосе кавитация возникает на стороне всасывания, особенно при недостаточном подпоре, длинном всасывающем трубопроводе, высокой вязкости или повышенной температуре жидкости.
Последствия кавитации:
Меры предотвращения кавитации: ограничение частоты вращения насоса; обеспечение достаточного подпора на всасывании; короткий и прямой всасывающий трубопровод большого сечения; вентиляция/деаэрация бака; недопущение засорения фильтра всасывания.
Шестерённый насос — это объёмный (роторный) насос, в котором рабочая жидкость переносится от стороны всасывания к стороне нагнетания во впадинах между зубьями двух или более зацепленных шестерён. При выходе зубьев из зацепления на стороне всасывания объём впадин увеличивается и засасывает жидкость; при входе в зацепление на стороне нагнетания — уменьшается и вытесняет жидкость в нагнетательный канал. Подача пропорциональна частоте вращения и рабочему объёму насоса.
В насосе внешнего зацепления две одинаковые шестерни с наружным зубом зацепляются по периферии, и жидкость переносится по двум дугам в корпусе. Конструкция простая, технологичная, широко применяется в гидроприводе. В насосе внутреннего зацепления меньшая шестерня с наружным зубом расположена внутри обоймы с внутренним зубом большего диаметра; между ними — серповидный разделитель. Внутреннее зацепление даёт более плавную подачу, меньше шум и хорошо работает с высоковязкими жидкостями (мазут, патока, шоколад, битум).
Зависит от назначения и конструкции. Насосы для перекачки нефтепродуктов и масел по ГОСТ 19027-89 рассчитаны на давление 1–4 МПа (10–40 кгс/см²). Гидравлические шестерённые насосы для силовых гидросистем мобильной и стационарной техники работают при давлениях до 20–25 МПа в большинстве серийных моделей; отдельные конструкции — выше. Конкретные допустимые давления приводятся в техническом паспорте конкретной модели.
Общий КПД шестерённого насоса в номинальном режиме обычно составляет 0,75–0,90 в зависимости от типоразмера, конструкции и режима работы. Он представляет собой произведение объёмного КПД (0,80–0,95, характеризует утечки) и гидромеханического КПД (характеризует трение). КПД снижается при росте давления, при работе с маловязкой жидкостью, при износе торцовых зазоров и при отклонении температуры от номинальной.
Технически — да, но это плохое решение. Маловязкая жидкость без смазывающей способности приводит к большим внутренним утечкам (низкий объёмный КПД) и ускоренному износу подшипников скольжения и торцовых компенсаторов. Для воды и других маловязких жидкостей применяют центробежные, плунжерные или специально спроектированные насосы. По ГОСТ 19027-89 шестерённые насосы рассчитаны на перекачку нефтепродуктов и других жидкостей, обладающих смазывающей способностью, с кинематической вязкостью 0,2–100 Ст.
Шестерённые насосы работают с очень малыми зазорами между торцами шестерён и корпусом. Твёрдые частицы загрязнений действуют как абразив: ускоренно изнашивают торцовые компенсаторы, зубья шестерён и расточки корпуса. Это приводит к быстрому росту внутренних утечек, падению объёмного КПД, кавитации и в крайнем случае к заклиниванию насоса. По ГОСТ 19027-89 класс чистоты жидкости должен быть не хуже 12 по ГОСТ 17216-2001; для высоконапорных гидравлических насосов требования к чистоте обычно ещё жёстче и определяются производителем.
Кавитация — образование и схлопывание паровых пузырей при местном падении давления ниже давления насыщенных паров жидкости. В шестерённом насосе она возникает на стороне всасывания при недостаточном подпоре, длинном или узком всасывающем трубопроводе, повышенной температуре жидкости, засорённом фильтре. Следствия: шум, вибрация, эрозия зубьев и корпуса, падение подачи, ускоренный износ. Меры: ограничение частоты вращения, короткий и прямой всасывающий трубопровод большого сечения, достаточный подпор, своевременная замена фильтра, контроль температуры.
Шестерённый насос — это насос постоянного рабочего объёма; геометрически рабочий объём не регулируется. Подача регулируется только изменением частоты вращения приводного вала — с помощью преобразователя частоты или вариатора. Это отличает шестерённый насос от пластинчатых и поршневых насосов регулируемого объёма, где количество жидкости, подаваемое за один оборот, можно изменить механически без изменения частоты вращения.
В РФ ключевые документы: ГОСТ 19027-89 «Насосы шестерённые. Основные параметры» (для насосов внешнего зацепления для перекачки нефтепродуктов; типы НМШ, НМШФ, НМШГ); ГОСТ ISO 17769-1-2014 «Насосы жидкостные и установки. Основные термины, определения...» (взамен ГОСТ 17398-72 с 01.09.2015); ГОСТ ISO 17769-2-2015 (насосные системы); ГОСТ 17216-2001 (классы чистоты жидкости); ГОСТ 15150-69 (климатические исполнения). Международные: ISO 17769-1:2012, ISO 4391 (термины и обозначения для гидравлических насосов и моторов), ISO 8426 (определение производной ёмкости объёмных насосов и моторов), ISO 4413 (общие требования к гидросистемам).
Для большинства шестерённых насосов внешнего зацепления изменение направления вращения вала меняет местами стороны всасывания и нагнетания: то, что было всасыванием, становится нагнетанием. Это можно использовать для смены направления потока, но требует обвязки, рассчитанной на обратимость, и согласования направления вращения двигателя с устройством системы. Однонаправленные конструкции (с ассиметричными разгрузочными канавками или особыми уплотнениями) предназначены только для одного направления вращения и при реверсе могут выйти из строя.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.