Шестеренный насос с мотором

Когда говорят ?шестеренный насос с мотором?, многие сразу представляют себе стандартный блок: электродвигатель, муфта, насос на салазках. Но в реальности, особенно в высоконапорных системах, это целая инженерная задача. Частая ошибка — считать, что главное подобрать насос под давление, а мотор — дело второстепенное. На деле же, особенно с насосами внутреннего зацепления, работающими на 40 МПа, как, например, серия VG, вопрос согласования с мотором по моменту, пусковым токам и тепловому режиму выходит на первый план. Иначе ресурс падает в разы.

От спецификации к реальной сборке

Взять те же VG-насосы. В паспорте красиво: 4000 об/мин, рабочий объем до 320 мл/об. Но попробуй раскрути его до 4000 на постоянной основе с обычным асинхронным двигателем, особенно при большом рабочем объеме. Нагревается и вал насоса, и ротор мотора. Тут уже нужен расчет не по максимуму, а по рабочему циклу. Часто вижу, как заказчики требуют ?запас по давлению и потоку?, а потом удивляются, почему станок греется и шумит. Запас нужен, но умный.

С мотором история отдельная. Для таких насосов критичен плавный пуск и контроль момента. Иногда выгоднее ставить не простой асинхронник, а сервопривод, особенно если речь о прецизионных системах. У нас на стендах тестировали связку VG-насоса с сервопластинчатым насосом-мотором серии T6 от того же производителя — совсем другая картина по динамике. Но это уже цена вопроса.

А еще момент сочленения. Не любые салазки подходят. При высоких оборотах и давлении вибрация может разбить посадочные места за полгода. Приходилось дорабатывать плиты, добавлять демпфирующие прокладки. Казалось бы, мелочь, но без нее — постоянные утечки по торцу вала.

Кейс из практики: когда теория не сработала

Был проект — гидростанция для испытательного пресса. По расчетам все сходилось: насос VG 100 мл/об, двигатель 45 кВт, давление 32 МПа. Собрали, запустили. А через 50 часов работы — резкий рост шума, падение давления. Разобрали — подшипники в насосе начали разрушаться. Причина? Не учли пульсации потока от насоса, которые резонировали с собственной частотой рамы станции. Мотор был закреплен жестко, все вибрации передавались на вал.

Пришлось переделывать. Поставили эластичную муфту с повышенной компенсирующей способностью, добавили дополнительную опору на валу. И, что важно, пересчитали режим работы двигателя — перевели его на частотное регулирование, чтобы уйти от критических оборотов. Помогло. Но время и деньги были потрачены. Теперь всегда смотрю не только на паспортные данные насоса и мотора, но и на их ?совместимость? в конкретной механической обстановке.

Кстати, о совместимости. Часто обращаюсь к техническим специалистам ООО Викс Интеллектуальное Оборудование (Нинбо). У них на сайте vickshyd.ru можно не просто скачать каталог, а получить консультацию по именно таким неочевидным моментам стыковки. Они сами производят и высоконапорные шестеренные насосы, и широкий спектр моторов, включая пластинчатые серии M, поэтому понимают проблему изнутри.

Мотор как часть гидросистемы

Вот смотрите. Шестеренный насос с мотором — это по сути приводная часть. Но дальше идет система. И иногда правильнее рассматривать мотор не как отдельную единицу, а как элемент, который может быть и насосом. Взять те же аксиально-плунжерные моторы серий NHM или FMB. В реверсивных системах, где нужен точный контроль, иногда ставят насос внутреннего зацепления в паре с таким мотором, работающим в режиме насоса на другой ветке контура. Это сложнее в настройке, но дает гибкость.

У того же Викс в ассортименте, как указано в их описании, полный спектр гидромоторов — от пластинчатых до плунжерных. И это не просто список. Для инженера это значит, что можно подобрать решение, где мотор и насос будут оптимально подобраны по рабочим объемам и давлениям, будучи от одного производителя. Это снижает риски по нестыковкам по присоединительным размерам или рабочим жидкостям.

Например, для мобильной техники часто нужна компактность. Связка шестеренного насоса VG малого объема (скажем, 10 мл/об) с высокомоментным пластинчатым мотором серии 35M может быть собрана в очень плотный блок, почти без дополнительных трубопроводов. Но тут надо следить за чистотой масла — оба узла чувствительны.

Детали, которые решают

Материал вала. В насосах внутреннего зацепления часто вал — это ведущая шестерня. Он работает на кручение и изгиб. Если мотор имеет соосный выходной вал с недостаточной жесткостью, даже небольшая несоосность приведет к концентрации напряжений. Видел случаи, когда вал ломался не в шпоночном пазу, а прямо у торца подшипника. Решение — либо использовать мотор с усиленным валом (часто такие есть в сериях для гидронасосов), либо промежуточную опору.

Теплоотвод. При высоком давлении КПД насоса не 100%, потери идут в тепло. Мотор тоже греется. Если они стоят вплотную, тепловой режим ухудшается. В одном проекте пришлось делать принудительный обдув зазора между корпусом мотора и насоса. Простое решение, но о нем часто забывают на этапе компоновки.

И еще по мелочи: тип уплотнения вала. Сальник или торцовое уплотнение? Зависит от оборотов и давления. Для VG-насосов на 40 МПа обычно идут торцовые уплотнения. Но если мотор будет часто реверсировать или работать в режиме торможения, в полости уплотнения могут быть скачки давления. Это к вопросу о том, что выбирать мотор нужно с пониманием, как будет работать вся кинематическая цепь.

Вместо заключения: мысль вслух

Так что, возвращаясь к шестеренному насосу с мотором. Это не товар из каталога ?бери любой, главное чтобы фланец подошел?. Это система, где характеристики одного узла жестко диктуют условия работы другого. Особенно это видно на примере производителей, которые закрывают весь цикл, как ООО Викс Интеллектуальное Оборудование (Нинбо). У них в линейке и высоконапорные шестеренные насосы VG, и инновационные ABT пластинчатые насосы-моторы, и плунжерные серии A10VSO. Когда все от одного поставщика, проще добиться гарантированного результата — они уже проверили совместимость на своих стендах.

Но даже в этом случае инженеру на месте нельзя терять бдительность. Реальная эксплуатация всегда вносит коррективы: качество масла, квалификация обслуживающего персонала, перепады напряжения в сети... Мотор может быть подобран идеально по моменту, но сгореть из-за плохого контакта в силовом кабеле. Насос — выйти из строя из-за кавитации, вызванной слишком длинной всасывающей линией, на которую при проектировании не обратили внимания.

Поэтому мой подход: всегда запрашивать у производителя не только datasheet, но и рекомендации по монтажу и эксплуатации именно в связке насос-мотор. И смотреть на опыт других. Если для насосов VG уже есть отработанные схемы с моторами серии M4, например, то лучше пойти по проторенному пути, чем изобретать велосипед. Надежность в гидравлике часто важнее небольшой выгоды в цене или габаритах на бумаге.