Шестеренный и пластинчатый насос

Когда говорят про шестеренные насосы и пластинчатые насосы, часто всё сводится к таблицам с давлением и КПД. Но на практике, особенно в ремонте или при подборе под конкретную систему, цифры в каталоге — это только половина дела. Главное — как ведёт себя агрегат через полгода работы, как он переносит неидеальные условия, и какие мелочи в конструкции определяют, будет ли он гудеть как пчела или проработает тихо и долго. Вот об этом и хочу порассуждать, исходя из того, что приходилось видеть и собирать своими руками.

Шестеренки: простота, которая обманчива

Внутреннее зацепление, как в серии VG — казалось бы, классика. Давление 40 МПа, скорость 4000 об/мин — цифры серьёзные. Но вот нюанс, который часто упускают: на таких режимах критически важна не только точность изготовления шестерён, но и материал втулок, куда они упираются. Видел случаи, когда насос от известного бренда начинал терять давление не из-за износа зубьев, а из-за банального размягчения и задира втулки после длительной работы на высокооборотном приводе. Теплоотвод тут решает всё. У некоторых моделей, например, корпус спроектирован так, что он сам выступает радиатором, а у других — нужен обязательный внешний обдув или обвязка с теплообменником.

Рабочий объём от 3 до 320 мл/об — это огромный диапазон. Маленькие объёмы, скажем, до 10 мл/об, часто ставят в системы смазки или вспомогательные контуры. Там главный враг — загрязнение. Мельчайшая стружка, попавшая между зубьями, за считанные часы превращает шестерни в абразив. Поэтому фильтрация на всасе — не рекомендация, а правило. Причём фильтр должен быть с клапаном обхода, иначе на холодном масле насос может просто захлебнуться. Сам попадал в ситуацию, когда из-за забытого транспортной заглушки на всасывающей линии насос вышел из строя на пусконаладке. Звук был характерный — сухой, металлический скрежет. После этого всегда лично проверяю все линии перед первым пуском.

А вот с большими объёмами, ближе к 320 мл/об, другая история. Инерция. Резкий старт или остановка такой массивной пары шестерён создаёт ударные нагрузки на валы и подшипники. Если привод — асинхронный двигатель с прямым пуском, то со временем в шпоночном соединении может появиться люфт. Поэтому для крупных насосов всё чаще рекомендуют плавные пускатели или частотные преобразователи. Это не прихоть, а продление жизни. Кстати, у ООО Викс Интеллектуальное Оборудование (Нинбо) в линейке VG как раз заявлены высокие обороты, а значит, балансировка роторов должна быть на высоте. На их сайте vickshyd.ru видно, что они делают акцент на высоконапорные решения, что логично для современного оборудования.

Пластинчатые насосы: где кроется инновация

Переходя к пластинчатым насосам, многие до сих пор считают их менее надёжными, чем поршневые. Мол, пластины выходят из пазов, стачиваются. Но современные сервопластинчатые конструкции, как та же серия ABT или T6/T7, кардинально меняют представление. Суть — в управлении давлением за пластинами. Раньше они прижимались к статору центробежной силой и давлением жидкости, что на высоких оборотах приводило к ускоренному износу. Сейчас же часто используется система подвода давления, которая динамически регулирует прижим в зависимости от нагрузки. Это гениально с точки зрения механики: снижается трение, когда оно не нужно, и повышается КПД.

Взять, к примеру, серии V или VQ. Их часто применяют в станках с ЧПУ в гидрофицированных зажимных устройствах. Требования — тишина, минимальная пульсация и стабильность давления. Пластинчатый насос здесь выигрывает у шестерённого как раз по шумности. Но есть тонкость: качество масла. Если в шестерённом насосе масло в первую очередь несёт функцию смазки и отвода тепла, то в пластинчатом оно ещё и напрямую влияет на работу того самого сервомеханизма прижима пластин. Загрязнённое или окислившееся масло может засорить тонкие каналы, и эффективность системы упадёт. Поэтому для таких насосов интервалы замены масла и контроль его чистоты — святое.

Ещё один практический момент — ремонтопригодность. Разобрать и собрать пластинчатый насос, особенно с сервоуправлением пластинами, сложнее, чем шестерённый. Нужно точно ориентировать статор, аккуратно устанавливать пластины и пружины (если они есть). Однажды при сборке после замены уплотнений перепутал ориентацию ротора относительно распределительного диска — насос заработал, но выдавал лишь 60% от номинального давления. Пришлось разбирать заново, сверяться с метками. Теперь всегда фотографирую каждый этап разборки. Упомянутые на сайте ООО Викс серии M3B/M4C или 35/36M — это, как я понимаю, уже мотор-насосные агрегаты. Для них критична соосность вала насоса и привода. Вибрация — их главный враг.

Сравнивать или не сравнивать? Контекст решает всё

Часто спрашивают: что лучше — шестерённый или пластинчатый? Вопрос без контекста бессмысленен. Для мобильной гидравлики (экскаваторы, погрузчики), где удары, вибрация и пыль — обычное дело, часто выбирают именно шестеренные насосы из-за их живучести и меньшей чувствительности к загрязнениям. Да, они шумнее, но в шуме двигателя это не так заметно. А вот для стационарного промышленного оборудования внутри цеха, где важен акустический комфорт, всё чаще склоняются к современным пластинчатым насосам.

Был у меня опыт настройки гидросистемы пресса. Стоял старый шестерённый насос, который при каждом рабочем ходе издавал резкий, неприятный писк. Заказчик хотел снизить шум. Рассматривали вариант замены на пластинчатый, но выяснилось, что в системе есть значительные гидроудары из-за быстрого закрытия клапанов. Пластинчатый насос с его более точной внутренней геометрией мог бы пострадать от таких скачков давления. В итоге пошли по пути оптимизации самой системы — поставили аккумуляторы и демпферы, а насос оставили старый, но доработали его крепление и подключили через эластичную муфту. Шум снизился достаточно. Иногда решение лежит не в замене агрегата, а в доработке обвязки.

Если же говорить о максимальной эффективности и управляемости, то тут, конечно, вне конкуренции плунжерные насосы, как серии A4VSO. Но их цена и сложность обслуживания на порядок выше. Пластинчатый насос, особенно из линеек V10/V20 или SQP, занимает в этом смысле золотую середину между простой шестерёнкой и сложным аксиально-поршневым агрегатом. Он даёт достаточно хорошее регулирование и КПД для большинства задач среднего класса, оставаясь при этом относительно простым в обслуживании.

Ошибки при подборе и монтаже: из личного опыта

Самая распространённая ошибка — игнорирование всасывающей способности. И для шестерённого, и для пластинчатого насоса условие на всасе — это закон. Диаметр трубы должен быть достаточным, а длина — минимальной. Помню проект, где из-за компоновки машины пришлось тянуть всасывающую линию длиной около трех метров. Насос (пластинчатый насос серии PV2R) постоянно работал с кавитацией, что вылилось в эрозию пластин и статора уже через 800 моточасов. Звук был такой, будто внутри грохочет галька. Пришлось переделывать компоновку, ставить насос ближе к баку. После этого проблем не было. Вывод прост: если в паспорте написано 'максимальная высота всасывания 500 мм', это не значит, что можно ставить насос на метр выше уровня масла с надеждой на авось. Нельзя.

Другая беда — несовместимость уплотнений с рабочим fluid. Казалось бы, мелочь. Но один раз при запуске системы на синтетическом масле штатные манжеты из обычной NBR за неделю разбухли и потеряли эластичность. Насос начал подтекать по валу. Оказалось, что производитель насоса рассчитывал на минеральное масло. Пришлось срочно менять уплотнения на совместимые с синтетикой (FKM). Теперь всегда уточняю у клиента, какая именно жидкость будет в системе. Компании, которые поставляют полные спектры, как ООО Викс Интеллектуальное Оборудование (Нинбо), указывают это в документации, что очень правильно. На их ресурсе vickshyd.ru видно внимание к комплектным решениям, включая моторы серий NHM или FMB, что говорит о системном подходе.

И последнее — игнорирование теплового режима. Насос, особенно работающий на высоком давлении с большим объёмом, — это источник тепла. Если в системе нет достаточного теплообмена, масло перегревается, его вязкость падает, начинается повышенный износ всех пар трения. Для шестеренного насоса это ведёт к росту зазоров и падению давления, для пластинчатого насоса — к заклиниванию пластин в пазах. Простой, но эффективный способ контроля — установка датчика температуры масла на выходе из насоса. Это недорого, но даёт понимание, работает ли система в нормальном режиме. Часто это помогает выявить другие проблемы, например, засорение охладителя или неисправность предохранительного клапана, который постоянно в подпоре.

Вместо заключения: мысль вслух о будущем узлов

Глядя на эволюцию и шестеренных насосов, и пластинчатых насосов, видно, что прогресс идёт не в сторону революции, а в сторону доводки деталей. Материалы становятся лучше, допуски — жёстче, системы управления — умнее. Всё это ради двух вещей: повышения общего КПД системы и увеличения ресурса. В современных машинах гидравлический агрегат уже редко бывает отдельным 'чёрным ящиком'. Он всё чаще интегрируется в общую систему управления, передавая данные о своём состоянии. Это открывает новые возможности для predictive maintenance — предсказательного обслуживания.

Возможно, скоро мы будем менять не весь насос при отказе, а только изношенный модуль, например, картридж с пластинами и статором в пластинчатом насосе или блок шестерён с подшипниками в шестерённом. Это уже прослеживается в модульных конструкциях некоторых серий. Такой подход экономит время и ресурсы. Главное — чтобы при этом сохранялась доступность этих запчастей и ремонтной документации. Опыт подсказывает, что самая совершенная конструкция бесполезна, если для её ремонта нужно месяцами ждать деталь из-за океана.

В итоге, возвращаясь к началу, выбор между шестерённым и пластинчатым насосом — это не выбор между 'плохим' и 'хорошим'. Это поиск оптимального инструмента под конкретную задачу, с учётом всех эксплуатационных условий и, что не менее важно, с учётом возможностей по его будущему обслуживанию. И иногда лучшим решением оказывается не самый технологичный насос из каталога, а тот, который вы сможете поддерживать в рабочем состоянии долгие годы силами своей ремонтной службы. В этом, пожалуй, и заключается настоящая профессиональная работа.