Автомобили и поршневые двигатели
Когда водитель запускает двигатель автомобиля — красная лампа с маслёнкой гаснет именно благодаря работе шестерённого насоса. Встречается вариант «шестерёнчатый», однако по ГОСТу — именно насос шестерённый (НШ). Такие насосы стоят далеко не только на автомобилях и не только в двигателях. В прошлом году я изготавливал учебный образец из сложнейшего агрегата трансмиссии полноприводной Ауди — АКПП с двумя дифференциалами:
В ней нашлись сразу два типа шестерённых насосов внутреннего зацепления. Первый — главный насос, питающий автоматику и в целом дающий циркуляцию масла. В английском этот тип насоса носит красивое название half-moon pump, то есть полулунный насос, в нашем — шестерённый насос внутреннего зацепления с серповидным разделительным элементом:
Он безошибочно опознаётся и на гидросхеме коробки, часть которой врезана в фотографию. В центре насоса — ведущая шестерня, вокруг неё — ведóмая с внутренним зацеплением, причём их оси вращения здорово не совпадают. Зазор между шестернями разделён тем самым серповидным элементом, отлитым как часть корпуса.
По-англицки ведущая и ведомая шестерня называются impeller и ring gear:
Второй шестерённый насос нашёлся возле межосевого дифференциала, он тоже внутреннего зацепления, но попроще — без разделительного элемента, да и смотрится как-то несерьёзно: у ведущей шестерни 4 зуба, у ведомой 5:
Как видим, устроены эти насосы чуть сложней, чем лопата — корпус да две шестерни, потому что на низкое давление — меньше мегапаскаля, то есть считанные атмосферы. А на днях на мой операционный стол попал топливный насос-агрегат 4001 от авиадвигателя АИ-25:
Он создаёт давление до 105 кгс/см², по-простому — до 105 атмосфер, чтобы до форсунок дошли 65, необходимые для впрыска топлива. Форсунки на днях показаны в 6-й статье о разрезке двигателя:
Агрегат этот двухступенчатый, первая ступень центробежная, она сейчас не по теме, поэтому её снимаем:
Видны торцы могучих роликоподшипников, а шутка ли — держать шестерни, создающие давление в 105 кило? Вынимаю сепараторы с роликами:
Затем внешние кольца (буксы) и торцевые уплотнения шестерён:
Это верхние подшипники, за шестернями стоят такие же нижние. Вынимаю шестерни, сперва ведомую, ведущая пока в колодце:
Как видим, внутренних колец у подшипников нет — сами шестерни, выполненные из твёрдой стали, вращаются в роликах. Вот и ведущая с нижним торцевым уплотнением:
Так как этот насос жмёт на порядок больше легковушечного, то простой подгонкой корпуса с допуском в десятую миллиметра тут не отделаешься — нижнее торцевое уплотнение поджато к шестерне пружинами, которые через шпонки (я иначе их не могу назвать) упираются в нижний подшипник:
Шестерня упирается в верхнее уплотнение, которое уже жёстко упирается в верхний подшипник. Поэтому и подшипники роликовые — чтобы шестерни имели свободу осевого перемещения и уплотнение правильно работало, по мере износа сохраняя плотность.
Недаром «годовые кольца» выработки видны и на мягкой бронзе уплотнений, и на твердокаменной стали шестерён — вот он, ресурс авиатехники, выжимаем всё из каждого грамма металла, но меняем строго через несколько тысяч часов, когда уплотнения сжуются. Ведь керосин — не лучшая смазка.
Где ещё на самолёте стоит НШ? В роли, например, флюгер-насоса, который спасает винтовой самолёт при отказе двигателя. Об этом рассказано в статье про измеритель крутящего момента:
На лёгкой технике с низким давлением в гидросистеме отдельные НШ создают и давление в гидросистеме — для гидроусилителей, привода шасси, закрылков и так далее. А вот на технике с давлением посерьёзнее (100, 150, 210, 280 кило) насосы уже плýнжерные. Такой показан, к примеру, в 17-й статье о Ту-154:
И, конечно, на любом газотурбинном авиадвигателе, как и почти на любом поршневом (2-тактные — редкость нынче), шестерённый насос качает смазочное масло — как и в автомобильном двигателе. Причём зачастую не только подаёт в двигатель, но и откачивает из опор. Откачивающие маслонасосы (ОМН) могут стоять прямо в опорах у подшипников, а могут и во многосекционном маслоагрегате.
Пример установки ОМН в опоре — турбовинтовой НК-12, стоящий на тяжёлых Ту-95, Ан-22:
Сам НК-12 кратко описан в статье о его наземной модификации — НК-12СТ:
На тепловозах НШ тоже трудятся и в топливной, и в масляной системе. Паша Машинист на днях писал о 4ТЭ10С-0001:
Сейчас этот тепловоз по факту уже не 4ТЭ, а 3ТЭ — усох до трёх секций, и старый 2-тактный дизель 10Д100 заменён на 4-тактный 5Д49, поэтому заглянем в похожий 3ТЭ10МК, где такой же дизель:
Корпус в форме очков, скрывающий две шестерни, узнаётся сразу. Конкретно этот насос приводится от дизеля, однако на любом тепловозе (кроме некоторых новых) есть и НШ с электроприводом для прокачки топливной и масляной систем перед запуском, вот маслопрокачивающий насос на пассажирском ТЭП70:
МН не только минуту работает перед запуском, но и минуту после остановки дизеля — чтобы смазать останавливающийся турбокомпрессор и отвести масло из ещё горячих узлов дизеля.
На 2ТЭ116 стоит такой же дизель, как и на 3ТЭ10МК, и на ТЭП70 — 16-цилиндровый 5Д49, взглянем на него на 2ТЭ116:
С трудом, но за мешаниной труб можно разглядеть оба масляных (указаны зелёной и жёлтой стрелками) и один из двух водяных (синяя стрелка) насосов. На врезке — чертёж редуктора, на котором стоят эти насосы, на жаргоне — 128-я группа, так как по чертёжному номеру это узел 128спч.
Взглянем на дизеле, готовом к установке на тепловоз — он почище:
Тут ясно видны и улитки двух насосов, входы которых закрыты фанерками, и два масляных насоса под ними.
На старом дизеле 10Д100, что с завода стоял на 4ТЭ10С, маслонасос тоже шестерённый, показан в 4-й статье о Пензе:
А как всё-таки он работает? В гаражной среде бытует мнение, что шестерни закусывают масло между собой и выстреливают в выходной патрубок. Ничего подобного, между шестернями практически нет места, чтобы там переносить масло. Шестерни захватывают масло (топливо, расплавленный пластик — неважно) внешней стороной и переносят его вдоль стенок корпуса:
Это насос внешнего зацепления, насосы внутреннего работают так же, только вывернуты наизнанку. Такие насосы относятся к машинам объёмного типа — работающим за счёт переноса вещества в закрытых объёмах, поэтому даже при небольших оборотах они способны создавать большое давление.
Динамическим машинам, которые работают за счёт отброса массы вещества и входе её в зону высокого давления за счёт инерции, такое не под силу. Поэтому компрессоры газотурбинных двигателей — отличный пример динамической лопаточной машины — работают на огромных оборотах.
На сегодня всё! Помимо ленты Дзена обновления как моего канала, так и каналов Паши Машиниста, ЖД фотографа, Записок о самолётах и других можно увидеть в нашей Телеграм-группе: