Экспериментальное исследование влияния параметров разгрузочных канавок на пульсационное состояние шестеренного насоса

Одним из главных недостатков шестеренного насоса является образование запертого объема в результате нахождения в зацеплении одновременно двух пар зубьев, что приводит к увеличению пульсаций расхода и повышению уровня звукового давления при работе шестеренного качающего узла [1, 2, 3].

Для обеспечения требуемого пульсационного состояния качающего узла на стадии проектирования (при невозможности изменения его геометрических и режимных параметров) и на стадии доводки необходимо применять мероприятия по достижению требуемых виброакусти-ческих нагрузок насоса.

Существует множество разнообразных мероприятий по разгрузке “запертого” объема. Наибольшее распространение получили разгрузочные канавки, выполненные в торцевых уплотнениях шестерен.

Используя разработанную авторами математическую модель гидродинамики «запертого» объема в шестеренном насосе были подобраны различные профили разгрузочных канавок.

Внешний вид исходного и предложенных профилей разгрузочных канавок представлен на рис.1, 2, 3, 4.

Для оценки эффективности каждого из предложенных вариантов были проведены измере-

Белов Глеб Олегович, аспирант кафедры “Автоматические системы энергетических установок”.

Рис. 1. Заводские канавки

Рис. 2. Вариант исполнения разгрузочных канавок №1

ния пульсаций давления на входе и выходе из шестеренного насоса.

Поскольку качество исследовательских работ во многом определяется техническими характеристиками и возможностями испытательного оборудования (стендового оборудования и измерительной аппаратуры), то его созданию необходимо уделять большое внимание [4]. Авторами использовалась созданная ими стендовая установка для исследова-

Рис. 3. Вариант исполнения                   Рис. 4. Вариант исполнения разгрузочных канавок №2                    разгрузочных канавок №3

ния пульсационных и виброакустических процессов (СВШН-08). Компоновочная схема стендовой установки представлена на рис. 5.

В качестве измерительной системы использовался портативный 12 канальный анализатор вибрационных и акустических сигналов

LMS SCADAS Mobile (SCM05) (рис. 6). SCM05 – прибор для предварительного формирования сигнала, сбора данных и обработки сигнала в широком и разнотипном диапазоне. Основные технические характеристики представлены в табл. 1.

Рис. 5. Компоновочная схема стендовой установки СВШН-08:

1 – шестеренный насос; 2 – приводной электродвигатель; 3 – фильтр низкого давления; 4 – бак с рабочей жидкостью; 5 – подкачивающий центробежный насос; 6 – турбинный датчик расхода; 7 – магнитно-золотниковый кран; 8 – отсечной кран; 9 – датчики пульсаций давления; 10 – гаситель колебаний; 11,12 – манометры

Рис. 6. Внешний вид LMS SCADAS Mobile

Измерения пульсаций давления осуществлялись при помощи датчиков пульсаций PCB HM101A. В табл. 2 представлены характеристики датчиков пульсаций, применяемых в исследованиях.

Сравнение спектров на входе и выходе из шестеренного насоса при частоте вращения n=1500 об/мин и давлении на выходе Рвых=2 МПа представлены на рис. 7 и 8.

Анализ рис. 7 и 8 показывает, что амплитуда пульсаций давления по среднеквадратичному значению с конфигурацией разгрузочных канавок выполненных по варианту №1 снижена на выходе из насоса на 19%, на в ходе в насос снижена на 27%. Вариант разгрузочных канавок №3 привел к снижению пульсаций на входе в шестеренный насос на 15% по средне-

Таблица 1. Технические характеристики анализатора SCM05 (Бельгия)

Количество каналов	12
Максимально возможное количество каналов	40
Размеры, мм	340х78х295
Масса (максимальная), кг	6,2
Температурны й диапазон, 0С	-10…+55
Соответствие требованиям стандартов MIL-STD 810F:
Вибрация и удар, g	до 60
Влажность, %	до 95
Тахо канал (встроенный)	2
Канал генератора выхода сигналов (встроенный)	2
Соединение с ПК	Ethernet
Блок питания (встроенный) Перем енное напряжение, В Постоянное напряжение, В	110-220; 9-36
Питание	сеть/батарея
Емкость батареи, час	1…2,5
Динамическая производительность:
Отношение сигнал-шум, дБ	более 105
Свободный динамический диапазон, дБ	более 138
Полный динамический диапазон, дБ	не менее 170

Таблица 2. Основные технические характеристики датчика пульсации PCB HM101A

Характеристики	СИ
Диапазон измерений ( ± 5V)	3450 кПа
Чувствительность ( ± 1mV/psi)	1.45 мВ/ кПа
Максимальное давление (статическое)	34500 кПа
Разрешающая способность	0.07 кПа
Резонансная частота	≥ 400 кГц
Погрешность измерений, %	0,5

Рис. 7. Спектр пульсаций давления на входе в шестеренный насос при различных вариантах разгрузочных канавок

Рис. 8. Спектр пульсаций давления на выходе в шестеренный насос при различных вариантах разгрузочных канавок квадратичному значению, однако на выходе из насоса пульсации выросли на 61%. Вариант разгрузочных канавок №2 привел к значительному увеличению пульсаций как в области всасывания, так и в области нагнетания насоса. Это обусловлено значительными перетечками из области всасывания в область нагнетания в следствии сильно уменьшенной ширины пояска, разграничивающего эти области.

Таким образом, вариант №1 является предпочтительным. Он ведет к снижению виброакус-тической нагруженности самого насоса и гидромеханической системы, в которой он установлен.