Шестеренный насос и мотор

Когда говорят ?шестеренный насос?, многие сразу представляют себе простейшую конструкцию из двух шестерен в корпусе — и на этом всё. Это, пожалуй, самый распространенный и опасный миф. Да, базовый принцип работы прост, но за этой кажущейся простотой скрывается масса нюансов, которые и определяют, будет ли агрегат годами молча качать масло под давлением или начнет выть, перегреваться и сыпать стружкой через полгода. Я сам долго считал, что в них особо нечего ломать, пока не столкнулся с серией отказов на одной линии прессов. Виновником оказался не сам насос, а неучтенный кавитационный режим работы из-за неправильно подобранной вязкости жидкости на старте в зимний период. Шестерни были в идеальном состоянии, а вот посадочные места под подшипники разбило — вот тебе и ?простая? конструкция.

Внутреннее зацепление против внешнего: неочевидный выбор

Вот, к примеру, возьмем высоконапорные насосы внутреннего зацепления. Многие инженеры, особенно старой закалки, к ним относятся с предубеждением, мол, сложнее в изготовлении, дороже. Но когда речь заходит о работе на давлениях в районе 25-40 МПа, их преимущества становятся критичными. Меньший уровень пульсации, более компактная конструкция при том же рабочем объеме, часто — лучшие показатели по шуму. Я помню, как мы переделывали гидростанцию мобильной буровой установки. Стоял насос внешнего зацепления, давление до 30 МПа, но вибрация по трубопроводам была такая, что вечно текли соединения. Перешли на насос внутреннего зацепления, серию VG — проблема с резонансом ушла кардинально. Да, он дороже, но стоимость простоя той установки была несопоставима.

Кстати, о серии VG. Сейчас на рынке много предложений, но не все выдерживают заявленные параметры. Вижу по опыту, что ключевое здесь — точность изготовления героторной пары и материал. Некоторые производители экономят на термообработке шестерен, и тогда насос не вытягивает ни давление, ни обороты. У того же VG от ООО Викс Интеллектуальное Оборудование (Нинбо) (их каталог можно посмотреть на https://www.vickshyd.ru) заявлены 40 МПа и 4000 об/мин — цифры серьезные. Сам не тестировал их ?до упора?, но по отзывам коллег, работающих с тяжелой техникой, агрегаты держат режим. Их особенность — широкий диапазон рабочих объемов, от 3 до 320 мл/об. Это важно, когда нужно унифицировать парк на разных машинах.

А вот с моторами ситуация интереснее. Шестеренный мотор — часто воспринимается как вторичный, менее ответственный узел по сравнению с плунжерным. Но есть задачи, где его надежность и стойкость к загрязнениям незаменимы. Например, привод лебедки или ходовой части в условиях высокой запыленности, где фильтрация — вечная проблема. Плунжерный мотор там может быстро выйти из строя из-за абразива, а шестеренка — перемолотит и продолжит работать, пусть и с падением КПД. Но тут есть подводный камень: момент на низких оборотах. Если для привода конвейера это еще куда ни шло, то для точного позиционирования — уже нет. Тут уже смотрим в сторону моторов серий NHM или FMB, которые предлагает тот же Vickshyd в своем ассортименте.

Соседство в каталоге: почему шестеренки и пластинчатые агрегаты — не конкуренты

Заглядывая в линейку любого крупного поставщика, вроде Vickshyd, видишь, что шестеренные насосы и моторы почти всегда соседствуют с пластинчатыми. Это не случайно. Они не столько конкурируют, сколько закрывают разные ниши. Пластинчатые насосы, те же инновационные ABT сервопластинчатые или классические серии PV2R, — это про другой компромисс. Как правило, они тише, могут иметь переменный рабочий объем, но часто уступают в пиковом давлении и терпимости к плохому маслу.

У меня был показательный случай на литьевой машине. Стоял пластинчатый насос, который начал сильно шуметь и терять давление. Разобрали — пластины изношены, статорное кольцо поцарапано. Причина — периодические скачки температуры, из-за чего жидкость то разжижалась, то густела, смазка пластин ухудшалась. Поставили шестеренный насос, серию, аналогичную VG. Шум, конечно, стал другим, более ?шестеренным?, но с давлением проблем больше не было, и к перепадам вязкости он оказался не так чувствителен. Обратная замена — когда нужна тишина, например, в станочном гидроприводе в цеху, — тоже работает. Тут уже пластинчатый насос серии V10/V20 будет лучшим выбором.

Поэтому, когда видишь в описании компании ООО Викс Интеллектуальное Оборудование (Нинбо) фразу ?полный спектр гидравлических моторов?, это как раз про это. Правильный подбор — это не выбор ?самого лучшего? насоса, а выбор наиболее подходящего для конкретных условий работы, стоимости владения и требований к характеристикам. Иногда лучшим решением будет именно шестеренный насос, а не более технологичный на первый взгляд плунжерный A4VSO.

Практические грабли: установка, обвязка, эксплуатация

Допустим, насос выбран. Самое интересное начинается потом. Первое — всасывающая линия. Для шестеренного насоса это святое. Короткая, прямая, большого диаметра. Любое сопротивление на всасе — и здравствуй, кавитация. А кавитация съедает шестерни и подшипники быстрее любого абразива. Один раз видел, как смонтировали насос с гибким рукавом на всасе — он в рабочем состоянии немного перегнулся. Через месяц насос начал гудеть на определенных оборотах. Вскрытие показало характерные выщерблины на шестернях со стороны всасывающей полости.

Второе — рабочая жидкость и фильтрация. Распространенное заблуждение, что раз конструкция простая, то и масло можно любое. Нет. Вязкость должна быть в паспортном диапазоне. Зимний пуск на загустевшем масле — верный способ создать запредельную нагрузку на валу и ?скормить? шпонку. Фильтр тонкой очистки на сливе — обязателен. Да, шестеренки менее чувствительны к мелкой стружке, чем плунжерные пары, но подшипники качения — очень даже чувствительны. Менять фильтр и масло по регламенту — не пустые слова.

Третье — тепловой режим. Шестеренный насос, особенно работающий на высоком давлении с низким КПД (а КПД у них, как правило, ниже, чем у аксиально-плунжерных), греется. Нужно считать тепловыделение и обеспечивать достаточный теплоотвод. Была история с гидросистемой пресса, где насос работал в цикле с длительными паузами. Казалось бы, нагрузка непостоянная. Но в итоге радиатор оказался маловат, масло перегревалось, начиналось коксование, закоксованные отложения попадали в зазоры — и насос заклинило. Пришлось ставить дополнительный теплообменник.

Когда мотор работает как насос, и наоборот

В некоторых схемах, особенно в замкнутых гидроприводах или системах рекуперации энергии, возникает ситуация, когда шестеренный мотор может временно работать в режиме насоса, или насос — в режиме мотора. Теоретически, многие шестеренные агрегаты реверсивны. Но на практике нужно смотреть в паспорт. Не все конструкции симметричны по внутренним каналам и уплотнениям. Например, если в насосе есть разгрузка осевых сил, рассчитанная на определенное направление потока, то при реверсе эта разгрузка может не работать, и подшипники будут перегружены.

Пробовали как-то использовать стандартный шестеренный насос в качестве мотора в простейшей схеме с ручным приводом (для аварийного опускания стрелы). Работало, но КПД был заметно ниже, и ощущался повышенный мертвый ход. Для таких задач, если они штатные, лучше брать специализированные реверсивные насосы-моторы. В каталогах, например, на том же vickshyd.ru, обычно четко указано, предназначен ли агрегат для работы в обоих режимах. Это не та экономия, на которой стоит рисковать.

Еще один момент — торможение гидромотором. Если шестеренный мотор используется в приводе хода и должен работать в режиме гидродинамического тормоза, важно обеспечить достаточное охлаждение. Энергия торможения превращается в тепло в масле. Если система не рассчитана на такой теплоприток, можно быстро ?сварить? гидравлику.

Ремонтопригодность и ?кулибинство?

Одно из реальных преимуществ шестеренных агрегатов — их относительная ремонтопригодность в полевых условиях. Заменить пару шестерен и подшипниковый узел часто проще, чем возиться с точной притиркой пластин или плунжеров. Но и здесь есть ловушки. Главная — зазоры. После сборки нужно проверить осевые и радиальные зазоры. Сделать это без надлежащего инструмента (щупов, индикаторов) — гадание на кофейной гуще. Слишком маленький зазор — насос может закусить при прогреве. Слишком большой — сразу упадет объемный КПД, насос будет недодавать давление и расход.

Вторая ловушка — совместимость запчастей. Шестерни от насоса одного производителя почти никогда идеально не встанут в корпус другого, даже если геометрические размеры вроде бы совпадают. Микроскопические отличия в форме впадин, в эвольвенте зуба приведут к повышенному шуму, износу и, опять же, падению давления. Лучше искать оригинальные ремкомплекты или агрегаты от проверенных поставщиков с полной технической поддержкой, как у упомянутой компании.

И последнее. Часто пытаются ?улучшить? насос, рассверлив каналы или сделав дополнительную разгрузку. Почти всегда это заканчивается плохо. Гидродинамика потока внутри корпуса — штука сложная. Любое внеплановое отверстие или полость может превратиться в ловушку для воздуха или источник кавитации. Лучше эксплуатировать его в тех режимах, для которых он спроектирован. А если нужны другие параметры — просто выбрать другую модель. Благо, выбор сейчас, смотря на ассортимент основных гидрокомпонентов у крупных игроков, огромен.

В итоге, возвращаясь к началу. Шестеренный насос и мотор — это не архаика, а вполне современное и жизнеспособное решение для массы задач. Его выбор — это не признак упрощения или экономии любой ценой, а инженерный компромисс, основанный на понимании его реальных, а не мифических, сильных и слабых сторон. И этот компромисс часто оказывается самым правильным.