Гидравлическое оборудование играет ключевую роль в современной промышленности, сельском хозяйстве и строительстве. Одним из наиболее востребованных элементов гидравлических систем являются шестеренные насосы (НШ). Эти устройства зарекомендовали себя как надежные, простые в эксплуатации и эффективные решения для перекачивания жидкостей. В этой статье мы подробно рассмотрим историю появления, устройство, принцип работы и основные характеристики насосов НШ, а также их применение в различных отраслях.

Содержание:

История появления и развития шестеренных насосов: от первых прототипов до современных НШ

История шестеренных насосов началась задолго до появления современных гидравлических систем. Еще в III веке до нашей эры древнегреческий математик Архимед разработал винтовой насос, который можно считать предшественником современных объемных насосов. Однако настоящий прорыв произошел в эпоху промышленной революции.

Одним из первых прототипов роторного насоса, который можно считать предшественником шестерённых насосов, был пластинчатый насос, описанный итальянским инженером Агостино Рамелли в 1588 году в его книге "Le diverse et artificiose machine". Хотя это устройство не было шестерённым в современном понимании, оно заложило основу для идеи использования вращающихся элементов для перемещения жидкости.

Более конкретный прообраз шестерённого насоса появился чуть позже. В 1593 году французский инженер Николя Гролье де Сервьер создал эскизы устройства, которое считается первым задокументированным шестерённым насосом. Его конструкция включала две шестерни, вращающиеся в корпусе, что позволяло перекачивать жидкость за счёт изменения объёма между зубьями.


В 1636 году немецкий инженер Паппенгейм создал двухроторный шестерённый насос с глубокими зубьями. Его конструкция уже была ближе к современным аналогам и использовалась для смазки механизмов, что стало одним из первых практических применений таких устройств.

IX век стал переломным для шестерённых насосов. Промышленная революция принесла новые технологии, такие как станки для точной обработки металлов, что позволило изготавливать шестерни с минимальными зазорами и высокой долговечностью. Это сделало насосы более эффективными и универсальными.

С началом добычи нефти в США (первая скважина Эдвина Дрейка в 1859 году) шестерённые насосы стали незаменимыми для перекачки вязкой сырой нефти. Их способность работать с густыми жидкостями сделала их популярными в нефтепроводах и на нефтеперерабатывающих заводах. С развитием производства красок, лаков и кислот, шестерённые насосы начали использовать для транспортировки агрессивных и вязких химических веществ. Например, в Германии, где химическая промышленность процветала благодаря BASF (основана в 1865 году), такие насосы применялись для подачи смол и растворителей.

В 1860-х годах американец Фило Ремингтон Рутс запатентовал улучшенную версию шестеренных насосов: зубья стали хитрее, утечек меньше, а сила — больше. Это был переломный момент. Насосы пошли в текстиль — качать красители для тканей, в бумажные фабрики — гонять целлюлозу, даже в пищевую промышленность — перекачивать патоку и масла. К 1880-м годам их штамповали заводами, а не кузницами, и они стали символом индустриального прогресса.

Создание насосов НШ в Советском союзе

После Великой Отечественной войны Советский Союз вступил в эпоху восстановления и индустриализации. Сельское хозяйство, строительство и промышленность требовали надёжной техники, а техника, в свою очередь, нуждалась в эффективных гидравлических системах. Шестерённые насосы, известные в мире с XVII века и активно применявшиеся в западной промышленности с XIX века, были идеальным решением для подачи масла или других жидкостей под давлением. Однако в СССР их серийное производство для массовой техники только начинало формироваться.

Прообразом насосов НШ послужили конструкции, ранее использовавшиеся в авиационной и танковой технике. Однако для гражданского применения они были избыточно сложны и дороги. Инженеры заводов, таких как ВЗТЗ (Волгоградский тракторный завод) и ЧТЗ (Челябинский тракторный завод), вместе с конструкторами из отраслевых НИИ (например, ВНИИГидромаш) разработали первые упрощённые варианты — с корпусом из чугуна, минимальным количеством движущихся деталей и унифицированной сборкой.

Ключевым моментом стало решение развивать собственное производство гидравлического оборудования. В 1955 году Кировоградский агрегатный завод (ныне «Гидросила», г. Кропивницкий, Украина) начал выпуск масляных и водяных насосов для комбайновых двигателей У-5М, которые производил харьковский завод «Серп и Молот». Но руководство завода, понимая перспективы гидравлики, решило пойти дальше. В 1958 году завод сделал смелый шаг — приступил к разработке и производству шестерённых гидронасосов серии НШ (насос шестерённый).


Первый насос, НШ-40В, сошёл с конвейера в мае 1958 года. Он был предназначен для тракторов и комбайнов, обеспечивая давление до 10 МПа и подачу масла в гидросистемы. Конструкция была простой, но надёжной: две шестерни с внешним зацеплением вращались в алюминиевом корпусе, создавая разрежение на входе и давление на выходе. Это позволяло перекачивать масло с вязкостью от 1,08 до 470 °ВУ, что идеально подходило для суровых условий эксплуатации советской техники.

Применение шестеренных насосов

Шестеренные насосы нашли применение в различных отраслях благодаря своей универсальности и надежности. Основные области их использования:

Гидравлические системы спецтехники

Шестеренные насосы НШ используются в гидравлических системах современной спецтехники в таких как экскаваторы и погрузчики. Они обеспечивают плавную и точную работу гидроцилиндров, отвечающих за движение стрелы, ковша и других рабочих органов. Особенно востребованы насосы НШ-32 и НШ-50 в строительной технике благодаря их способности стабильно работать при переменных нагрузках и в сложных условиях эксплуатации.

Промышленное оборудование

В промышленности шестеренные насосы нашли широкое применение в системах смазки и охлаждения станков и производственных линий. На металлообрабатывающих предприятиях насосы НШ обеспечивают подачу охлаждающей жидкости к режущему инструменту, значительно продлевая его срок службы.

Сельскохозяйственная техника

В тракторах и комбайнах насосы НШ обеспечивают работу гидроусилителей руля, навесного оборудования и систем изменения клиренса. В системах орошения шестеренные насосы используются для подачи воды и жидких удобрений, демонстрируя высокую стойкость к абразивным частицам, которые могут содержаться в рабочей жидкости.

Дорожно-строительная отрасль

Насосы НШ обеспечивают точное распределение асфальтобетонной смеси, регулировку рабочих органов и перемещение машин. Особенностью применения в этой отрасли является необходимость работы при высоких температурах окружающей среды и с вязкими жидкостями.

Прочие области применения

Широкие возможности шестеренных насосов позволяют использовать их и в других сферах. В коммунальной технике они обеспечивают работу подметальных машин и снегоочистителей. В лесозаготовительной отрасли - приводят в действие гидравлические системы харвестеров и форвардеров. Даже в железнодорожном транспорте насосы НШ находят применение в системах управления стрелочными переводами и подъемными механизмами.

Расшифровка и обозначение насосов НШ: как понять маркировку?

Понимание обозначений насосов НШ открывает возможность грамотного подбора оборудования для конкретных задач, будь то модернизация гидравлической системы или замена вышедшего из строя узла.

Основные элементы маркировки

Рассмотрим пример шестеренного насоса от производителя "Гидросила". Маркировка насосов НШ обычно выглядит следующим образом: НШ-10М-3ЛУ, где:

• НШ — обозначение типа насоса (насос шестеренный).
• 10 — цифры, указывающие на рабочий объем насоса в кубических сантиметрах за один оборот.
• М — конструктивное исполнение насоса.
• 3 – исполнение насоса по давлению.
• Л – направление вращения вала.
• Т – климатическое исполнение насоса.

Рабочий объем насоса

Рабочий объем указывает, сколько жидкости насос может перекачать за один полный оборот шестерен. Этот параметр измеряется в кубических сантиметрах (см³) и напрямую влияет на производительность насоса. От 4 до 250 см³ Чем больше рабочий объем, тем выше производительность насоса, но при этом возрастает и нагрузка на привод.

Конструктивное исполнение насоса

Буквенный индекс, который указывают на особенности конструкции или модификации. Обозначения:

• У – стандарт серия.
• A – серия ANTEY, предназначены для работы в гидросистемах машин, эксплуатируемых строительстве, землеройных работах, в тяжелых климатических условиях и в условиях большой запыленности.
• М – серия MASTER
• Г - применяются в гидросистемах тракторов, сельскохозяйственных и других машин.

Исполнение насоса по давлению

Максимальное давление, которое насос способен стабильно поддерживать в гидравлической системе без потери производительности и преждевременного износа деталей. Обозначения:

• 3 – номинальное давление 16 Мпа(160 кгс/см²), максимальное 21 Мпа(210 кгс/см²)
• 4 – номинальное давление 20 Мпа(200 кгс/см²), максимальное 25 Мпа(250 кгс/см²)

Направление вращения вала

Л - левого вращения, вращение ведущего ротора против часовой стрелки.
П - правого вращения, вращение ведущего ротора по часовой стрелке, если смотреть со стороны привода. Если обозначение направления вращения вала отсутствует, тогда насос правого вращения.

Климатическое исполнение

Т – тропический климат
У – умеренный климат (допускается не указывать)

Устройство насоса НШ

Сердцем насосов НШ являются две прецизионные шестерни – ведущая 5 и ведомая 8. Ведущая шестерня соединена с приводным валом, который получает вращение от двигателя через шлицевое соединение. Ведомая шестерня, находящаяся в зацеплении с ведущей, вращается в противоположном направлении, и вместе они создают поток жидкости

Всё это происходит внутри прочного корпуса 9, обычно сделанного из чугуна или алюминиевого сплава. Корпус формирует полости всасывания и нагнетания, а также каналы для движения жидкости. Его внутренняя поверхность обработана с минимальными зазорами, чтобы предотвратить утечки и повысить объёмный КПД насоса, который достигает 0,8–0,95. К корпусу крепится крышка 12, обеспечивая герметичность. Крышка фиксируется винтами и может содержать дополнительные каналы для подачи масла к зонам трения, что улучшает смазку и охлаждение.

Шестерни опираются на подшипники скольжения. Опорные втулки 7, 10 не просто поддерживают вращение, но и поджимаются давлением масла к торцам шестерён, компенсируя износ и минимизируя утечки через торцевые зазоры. Втулки имеют выточки, через которые масло поступает к трущимся поверхностям, что делает работу насоса ещё более надёжной. Герметичность всей системы обеспечивают несколько элементов: манжета 3 на валу ведущей шестерни предотвращает утечку масла наружу, сальник дополнительно защищает соединения, а уплотнительное кольцо 11 между корпусом и крышкой исключает протечки на стыках. Есть ещё стопорное кольцо 1, которое фиксирует детали, чтобы ничего не сместилось во время работы, и компенсатор 4, регулирующий зазоры и помогающий насосу адаптироваться к износу.

Принцип работы насоса НШ

Насос НШ преобразует механическую энергию вращения в энергию потока жидкости, создавая необходимое давление в системе. На первом этапе происходит захват жидкости. Когда шестерни приходят в движение, их зубья создают разрежение во всасывающей полости. Благодаря этому эффекту жидкость поступает в образующиеся между зубьями и корпусом замкнутые полости. Важно отметить, что геометрия зубьев специально рассчитана для максимально эффективного заполнения этих камер.


Далее осуществляется перемещение рабочей среды. Как видим из рисунка, вращающиеся шестерни переносят захваченную жидкость вдоль внутренней поверхности корпуса от всасывающего к нагнетательному патрубку. В этот момент жидкость находится в изолированных полостях, что исключает обратное течение и обеспечивает стабильность потока.

Ключевым моментом является процесс вытеснения. При вхождении шестерен в зацепление объем рабочих камер резко уменьшается, создавая избыточное давление. Это приводит к выталкиванию жидкости в нагнетательную магистраль. Конструкция зоны зацепления тщательно просчитана для минимизации пульсаций и гидравлических ударов.

Весь процесс носит циклический характер. Каждый оборот шестерен повторяет последовательность: захват - перенос - вытеснение. Эта цикличность обеспечивает непрерывный и равномерный поток рабочей жидкости без пульсаций, что особенно важно для стабильной работы гидравлических систем.

Преимущества принципа работы насоса НШ

• Простота конструкции. Минимальное количество движущихся частей делает насос надежным и долговечным.
• Высокая эффективность. Насосы НШ обеспечивают стабильную подачу жидкости даже при низких оборотах.
• Работа с вязкими жидкостями. Благодаря объемному принципу работы насосы НШ отлично справляются с перекачиванием масел и других вязких сред.
• Низкий уровень шума. Плавное взаимодействие шестерен обеспечивает тихую работу насоса.

Основные технические параметры насосов НШ: на что обратить внимание?

Чтобы правильно подобрать насос для конкретных задач, необходимо учитывать его основные технические параметры.

1. Рабочий объем

Этот параметр количественно выражает объем жидкости, который насос способен перекачать за один полный оборот ведущей шестерни. В линейке насосов НШ рабочий объем варьируется в диапазоне от 1 до 250 см³/об. Такая градация позволяет подбирать оборудование для различных задач: компактный НШ-10 с объемом 10 см³/об оптимален для малогабаритной техники, тогда как мощный НШ-100 с показателем 100 см³/об предназначен для энергонасыщенных гидравлических систем.

Следует учитывать прямую зависимость между рабочим объемом и производительностью насоса. Увеличение объема на 10 см³/об при одинаковой частоте вращения дает пропорциональный рост производительности примерно на 10 л/мин. Однако вместе с производительностью возрастает и нагрузка на приводной механизм - для насосов большего объема требуется более мощный двигатель и усиленная конструкция соединений.

2. Давление на выходе

Данный показатель отражает максимальное давление, которое насос способен стабильно поддерживать в гидравлической системе без потери производительности и преждевременного износа деталей.

Современные насосы НШ серийного производства выдают рабочий диапазон давлений от 100 до 250 bar. При этом конструкция насосов предусматривает кратковременные пиковые нагрузки до 110-120% от номинального значения.

Для работы с повышенными нагрузками (гидропрессы, подъемное оборудование) следует выбирать специализированные модификации с усиленными подшипниковыми узлами и корпусными элементами. Такие насосы отличаются применением высокопрочных материалов и дополнительными конструктивными решениями, позволяющими выдерживать экстремальные нагрузки без потери герметичности и работоспособности.

3. Частота вращения

Этот показатель характеризует количество полных оборотов ведущей шестерни в минуту и непосредственно влияет на объемный расход перекачиваемой жидкости. Шестеренные насосы НШ рассчитаны на работу в диапазоне частот вращения - от 1000 до 3000 об/мин. Например, насос НШ-32 демонстрирует оптимальные характеристики при 1500-2500 об/мин, сохраняя работоспособность до предельных 3000 об/мин. Однако при выборе рабочего режима следует учитывать важный технологический нюанс - риск возникновения кавитационных явлений.

При превышении рекомендуемых скоростей вращения в рабочей камере насоса могут формироваться зоны локального разряжения, приводящие к образованию пузырьков пара и их последующему схлопыванию. Этот кавитационный процесс вызывает эрозионное разрушение металлических поверхностей, повышенную вибрацию и шум. Снижает эффективность работы,что приводит к преждевременному износ уплотнений.

Для предотвращения кавитации необходимо:
1. Соблюдать рекомендованные производителем диапазоны частот.
2. Обеспечивать достаточное давление на входе.
3. Контролировать вязкость и температуру рабочей жидкости.
4. Использовать демпфирующие элементы в системе.

4. Производительность

Этот параметр количественно выражает объем жидкости, перекачиваемый насосом за единицу времени, и измеряется в литрах в минуту (л/мин). Значение производительности напрямую зависит от двух основных технических параметров: рабочего объема насоса и частоты вращения его вала.

Основная расчетная формула производительности выглядит следующим образом:

Производительность (л/мин) = (Рабочий объем (см³/об) × Частота вращения (об/мин)) / 1000

Для примера рассмотрим практический случай: насос НШ-32 с рабочим объемом 32 см³/об при частоте вращения 1500 об/мин будет иметь производительность:

(32 × 1500) / 1000 = 48 л/мин

5. Вязкость рабочей жидкости

Технические характеристики насосов НШ предусматривают рабочий диапазон вязкостей от 10 до 500 сСт. Однако оптимальные эксплуатационные показатели достигаются при использовании жидкостей с вязкостью 20-200 сСт, что соответствует характеристикам большинства гидравлических масел. В этом диапазоне обеспечивается:

• Достаточная смазывающая способность для шестерен и подшипников
• Эффективное заполнение рабочих камер
• Минимальные потери на трение
• Стабильное давление в системе

Особое внимание следует уделять последствиям использования жидкостей с неподходящей вязкостью. При слишком низкой вязкости (менее 10 сСт) ухудшаются смазывающие свойства масла. Из-за чего повышается износ трущихся поверхностей. Возможны протечки через уплотнения.

При чрезмерно высокой вязкости (более 500 сСт) повышается нагрузок на привод. При низких температурах затрудняется пуск. Также возможен процесс кавитации на входе.

Для различных температурных режимов рекомендуется подбирать жидкости с соответствующими вязкостными характеристиками, используя таблицы зависимости вязкости от температуры для конкретных масел. В зимний период допускается применение масел с пониженной вязкостью, а в летний - с повышенной, но всегда в пределах установленного производителем диапазона.

6. Температура рабочей жидкости

Насосы НШ рассчитаны на эксплуатацию в температурном диапазоне от -40°C до +80°C. Однако необходимо учитывать следующие нюансы работы в крайних температурных режимах:

При отрицательных температурах (ниже 0°C) происходит значительное увеличение вязкости большинства гидравлических масел, из-за чего возрастают пусковые моменты на валу насоса и требуется больше времени для выхода на рабочие параметры. Поэтому при низких температурах необходимо использовать специальные зимние сорта масел. Так же рекомендуется предварительный прогрев системы.

При повышенных температурах (выше +60°C) снижается вязкость рабочей жидкости в системе. Возрастает риск ускоренного износа трущихся пар и снижается эффективность уплотнений. В таких случаях требуется дополнительное охлаждение жидкости.

Для различных климатических условий рекомендуется:

• Использовать сезонные сорта масел.
• Оборудовать систему терморегулированием.
• Применять теплообменники при работе в интенсивных режимах.
• Контролировать температуру жидкости датчиками.

7. Мощность привода

Этот показатель определяет энергетические требования к двигателю, необходимые для обеспечения стабильной работы насосного агрегата. Расчетная мощность напрямую зависит от трех основных рабочих параметров: создаваемого давления, производительности насоса и КПД системы.
Основная формула для расчета требуемой мощности привода:

Мощность (кВт) = (Давление (бар) × Производительность (л/мин)) / 600

Рассмотрим практический пример расчета для насоса НШ-32. Предположим, что давление в системе = 160 бар, а производительность =  48 л/мин. Требуемая мощность составит:

(160 × 48) / 600 = 12,8 кВт

Для точного подбора оборудования рекомендуется проводить комплексные расчеты с учетом всех особенностей конкретной гидравлической системы.

Насосы НШ - универсальное решение для замены импортных аналогов

В условиях ограниченной доступности импортных гидравлических компонентов насосы НШ представляют собой оптимальную альтернативу зарубежным аналогам. Российские шестеренные насосы успешно заменяют оборудование ведущих мировых производителей, сохраняя при этом доступную стоимость и простоту обслуживания.

Преимущества насосов НШ перед зарубежными аналогами

Насосы НШ обладают рядом неоспоримых преимуществ, делающих их предпочтительным выбором для российских предприятий. В отличие от импортных аналогов, они всегда имеются в наличии на складах, а их поставки не зависят от международной логистики. Конструкция НШ специально разработана для работы в сложных российских условиях - при низких температурах и с отечественными гидравлическими жидкостями.

Важным преимуществом является полная совместимость с существующей инфраструктурой. Насосы НШ легко интегрируются в гидравлические системы, изначально рассчитанные на оборудование Parker или Bosch Rexroth. При этом стоимость НШ в 2-3 раза ниже импортных аналогов, а сроки поставки составляют всего несколько дней.

Основные зарубежные аналоги, которые можно заменить насосами НШ

1. Насосы Parker (США)
Насосы НШ успешно заменяют американские аналоги серии P1/P2. Российские модели обеспечивают сопоставимые параметры давления (до 250 бар) и производительности, при этом обладают увеличенным ресурсом работы в условиях повышенной запыленности.

2. Насосы Bosch Rexroth (Германия)
Для замены немецких насосов серии AZPF оптимально подходят НШ-50 и НШ-100. Они демонстрируют аналогичные показатели КПД (до 92%), но при этом менее чувствительны к качеству гидравлической жидкости.

3. Насосы Kawasaki (Япония)
Японские шестеренные насосы K3V/K5V эффективно заменяются российскими НШ-32 и НШ-64. Отечественные аналоги превосходят их по ремонтопригодности - все компоненты доступны для замены без необходимости покупки нового агрегата.

4. Насосы Danfoss (Дания)
Для датских насосов серии 40 лучшей альтернативой становятся НШ-10 и НШ-20. Они обеспечивают сравнимую точность работы, но при этом адаптированы к российским стандартам подключения и обслуживания.

Таблица: сравнение насосов НШ и их аналогов

Параметр	НШ-32	Parker P1	Bosch Rexroth	Kawasaki
Рабочий объем (см³/об)	32	30–35	30–35	30–35
Давление (бар)	160	200	250	200
Частота вращения (об/мин)	1500	3000	3000	3000
Вязкость жидкости (сСт)	20–200	10–500	10–500	10–500
Цена	Средняя	Высокая	Высокая	Высокая