Двухсторонний шестеренный насос

Когда говорят про двухсторонний шестеренный насос, многие сразу представляют себе просто два обычных насоса, поставленных друг за другом. Это, конечно, грубое упрощение, и на практике такая схема работает далеко не всегда, особенно когда речь заходит о стабильной подаче под переменной нагрузкой. Сам по себе принцип — использование двух пар шестерен в одном корпусе для увеличения потока или создания двух независимых контуров — кажется очевидным, но вот реализация... Тут уже начинаются тонкости, которые в каталогах часто не пишут.

Конструктивные нюансы и типичные ошибки сборки

Основная головная боль при работе с такими насосами — это синхронизация работы двух секций. Недостаточно просто соединить валы. Если осевые зазоры в каждой секции не выверены одинаково, или если есть даже небольшой перекос в посадочных местах под подшипники, одна из секций начнет работать с перегрузкой. Вибрация, повышенный износ, шум — все это следствия. Я помню один случай на испытательном стенде, когда заказчик жаловался на низкий КПД. Оказалось, при сборке использовали уплотнительные кольца разной твердости для двух камер, что привело к разной степени деформации и, как следствие, к разным внутренним утечкам.

Еще один момент — подвод и отвод рабочей жидкости. Схемы бывают разные: общая входная магистраль с двумя выходами, или наоборот. Здесь критично правильно рассчитать гидравлические сопротивления на каждом плече. Если патрубки спроектированы без учета этого, можно получить ситуацию, когда одна секция ?забирает? большую часть потока у другой, особенно на низких оборотах. Это не всегда видно сразу, но со временем приводит к дисбалансу нагрузки на вал.

Материал корпуса тоже играет роль. Для высоконапорных применений, скажем, от 25 МПа и выше, цельнолитой корпус предпочтительнее сборного. Но и тут есть подводные камни: внутренние полости сложной формы, каналы. При литье могут возникнуть микропоры или напряжения, которые проявят себя только после нескольких сотен часов работы — появятся трещины в зоне перегородки между камерами. Поэтому для ответственных применений я всегда советую смотреть в сторону проверенных производителей, которые дают подробные данные по испытаниям. Например, у ООО Викс Интеллектуальное Оборудование (Нинбо) в линейке VG заявлены параметры до 40 МПа при 4000 об/мин — такие цифры обычно говорят о серьезной проработке конструкции и материалов. Их сайт https://www.vickshyd.ru стоит покопать именно для понимания современных возможностей шестеренных технологий.

Сферы применения и почему не везде он нужен

Классическое применение — гидравлические системы, где требуется два независимых потока с разными параметрами давления, но от одного привода. Допустим, главный контур подачи на цилиндр и вспомогательный контур на охлаждение или смазку. Однако часто пытаются применить двухсторонний насос там, где проще и надежнее было бы поставить два отдельных агрегата. Мотивация — экономия места и приводного вала. Но при этом забывают про ремонтопригодность. Если выходит из строя одна секция, часто приходится снимать и менять весь узел целиком, а это простой и деньги.

Еще один интересный кейс — системы с рекуперацией энергии. Одна секция работает как насос, другая — условно, может работать в режиме мотора при определенных условиях. Но для такого режима нужна очень хитрая система клапанов и управления, и стандартные двухсторонние шестеренные насосы для этого не всегда подходят. Тут уже ближе к аксиально-плунжерным схемам, как те же серии A4VSO, которые тоже есть в портфеле Vicks. Шестеренка хороша своей простотой и надежностью в стандартных режимах, а не в качестве обратимой машины.

Из личного опыта: ставили такой насос на стенд для испытания гидроцилиндров. Задача — имитировать переменную нагрузку с высокой частотой. Одна секция создавала основное давление, вторая — работала на подпитку быстрых ходов. Сначала столкнулись с кавитацией на всасывании у второй секции при резком увеличении скорости. Пришлось переделывать всасывающую линию, делать ее большего диаметра и с минимальным количеством изгибов. Вывод: паспортная производительность — это одно, а реальная работа в системе с динамическими процессами — совсем другое.

Взаимодействие с другими компонентами системы

Насос никогда не работает сам по себе. Его эффективность упирается в фильтрацию, рабочую жидкость и клапанную аппаратуру. Для двухсекционного насоса требования к чистоте масла, по моим наблюдениям, даже выше. Абразивные частицы, попавшие в зазор между шестернями и корпусом, изнашивают поверхности, увеличивают зазор, и утечки растут. Причем в одной секции износ может идти быстрее, если там изначально было чуть больше люфта. Поэтому на входе обязателен фильтр тонкой очистки, а его номинальный расход должен считаться на суммарную подачу обеих секций, плюс запас.

Температурный режим. Две пары шестерен в одном корпусе греются сильнее, чем одна. Если система не имеет эффективного охлаждения, масло может перегреваться, его вязкость падает, и снова растут утечки. Особенно это критично для насосов с большим рабочим объемом, тех же 320 мл/об, которые упоминаются в спецификациях VG-серии. Для таких объемов нужно заранее проектировать теплообменник достаточной мощности, иначе КПД всей системы упадет катастрофически.

И конечно, клапаны. Предохранительные, редукционные, обратные. Их настройка должна учитывать характеристики обеих секций. Была у меня неудачная попытка использовать один общий предохранительный клапан для двух контуров. В теории — экономия. На практике — когда срабатывал клапан в одном контуре, во втором возникали гидроудары из-за резкого изменения потока. Пришлось раскошелиться на два независимых клапана с точной индивидуальной настройкой. Мелочь, а влияет на стабильность всей системы.

Выбор и спецификация: на что смотреть помимо давления и расхода

Давление и рабочий объем — это первое, что спрашивают. Но для двухсторонней схемы не менее важен тип зацепления шестерен. Внутреннее зацепление, как в уже упомянутой серии VG, обычно компактнее и немного тише в работе. Но у него есть свои особенности по монтажу и обслуживанию. Внешнее зацепление проще в производстве и ремонте, но может создавать более пульсирующий поток. Выбор зависит от требований системы к равномерности подачи.

Конструкция вала. Он должен быть рассчитан на крутящий момент от двух пар шестерен. Особенно в режимах пуска, когда давление скачкообразно нарастает. Слабый вал или некачественные шпонки приводят к скручиванию или даже поломке. В документации хороших производителей всегда указан максимальный крутящий момент на валу, и этот параметр нельзя игнорировать.

Совместимость с жидкостями. Не все насосы одинаково хорошо работают, например, на биоразлагаемых маслах или жидкостях с высокой водной составляющей. Материалы уплотнений, покрытия поверхностей — все это должно быть указано. Если таких данных в каталоге нет, стоит запросить у производителя. Компания ООО Викс Интеллектуальное Оборудование (Нинбо), судя по описанию их продуктового ряда, от шестеренных до пластинчатых и плунжерных насосов, ориентируется на широкий спектр гидравлических применений. Это косвенно говорит о том, что они, вероятно, могут дать конкретные рекомендации по совместимости для своих двухсторонних шестеренных насосов, если такие есть в линейке или делаются под заказ.

Перспективы и альтернативы

С развитием частотного электропривода и сервотехники, казалось бы, необходимость в механически связанных двухпоточных насосах должна снижаться. Два отдельных насоса с независимым управлением дают гибкость. Но на деле, в мобильной технике, в условиях жестких ограничений по весу и габаритам, двухсторонний шестеренный насос остается востребованным решением. Его надежность и относительная дешевизна в расчете на единицу подачи — сильные аргументы.

Альтернативой могут выступать пластинчатые насосы, особенно с регулируемым рабочим объемом, как те же серии T6/T7 от Vicks. Они могут обеспечить два потока за счет многопоточной конструкции, и у них меньше пульсаций. Но они, как правило, более чувствительны к загрязнению масла. Плунжерные насосы, вроде A10VSO, — это уже высшая лига по давлению и управляемости, но и цена соответствующая. Выбор всегда компромисс.

В итоге, возвращаясь к теме. Двухсторонний шестеренный насос — это не архаика, а вполне живой и актуальный узел для конкретных задач. Его успех в проекте зависит не столько от выбора ?самого лучшего? насоса по каталогу, сколько от понимания его места в системе, грамотного монтажа и реалистичных ожиданий. Ошибки в его применении обычно происходят не из-за плохого насоса, а из-за попыток заставить его работать в условиях, для которых он не предназначен. И это, пожалуй, главный вывод, который стоит вынести из любого обсуждения этой темы.