Испытания шестеренного насоса

Московский государственный технический университет  
имени Н. Э. Баумана 

В. С. Кузнецов,  
А. С. Шабловский, В. В. Яроц 
 
 
Испытания  
шестеренного насоса 
 

Методические указания  
к выполнению лабораторной работы по дисциплине  
«Механика жидкости и газа» 
 
 
Под редакцией Б. П. Борисова 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва 

Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана 

2014 

УДК 532.5 
ББК 31.56 
 К89 
Рецензент С.Н. Прудников 

 
Кузнецов В. С. 
  
 
Испытания шестеренного насоса : метод. указания к выполнению 
лабораторной работы по дисциплине «Механика жидкости 
и газа» / В. С. Кузнецов, А. С. Шабловский, В. В. Яроц ; под 
ред. Б. П. Борисова. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 
2014. — 18, [2] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-3865-5 
 

Рассмотрены принцип действия, устройство и параметры работы 
шестеренного насоса. Приведены описание экспериментального 
стенда для получения рабочей характеристики шестеренного насоса, 
порядок проведения испытаний и обработки результатов измерений. 
Для студентов, обучающихся по программам бакалавриата и 
специалитета и изучающих дисциплину «Механика жидкости и газа». 
Рекомендовано Учебно-методической комиссией Научно-учебного 
комплекса «Энергомашиностроение» МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
 
УДК 532.5 
ББК 31.56 
 
 

Учебное издание 

Кузнецов Валерий Сергеевич 
Шабловский Александр Сергеевич 
Яроц Валерий Владимирович 

Испытания шестеренного насоса 
 
Редактор С.А. Серебрякова 
Корректор О.В. Калашникова  
Компьютерная верстка С.А. Серебряковой 

Подписано в печать 20.01.2014. Формат 60×84/16. 
Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз. Изд. № 88. Заказ . 
 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1. 
 

ISBN 978-5-7038-3865-5 
 
 
      © МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014 

 К89 

Цель работы — ознакомление с принципом работы гидрома-
шин, изучение конструктивных особенностей насосов объемного 
типа и параметров их работы, проведение испытаний шестеренно-
го насоса и получение его рабочих характеристик. 

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 

1.1. Основные понятия и определения 

Гидравлическими машинами называют машины, которые со-
общают протекающей через них жидкости механическую энергию 
(насос) либо получают от жидкости часть энергии и передают ее 
рабочему органу для полезного использования (гидравлический 
двигатель) [1]. 
В современной технике применяется много разновидностей 
гидромашин. Наибольшее распространение получили объемные и 
лопастные насосы и гидродвигатели. 
Рабочим органом лопастной машины является вращающееся 
рабочее колесо, снабженное лопастями. Передача энергии от рабо-
чего колеса жидкости (лопастной насос) или от жидкости рабоче-
му колесу (лопастной двигатель) происходит путем динамического 
взаимодействия лопастей колеса с обтекающей их жидкостью. К 
лопастным насосам относятся центробежные и осевые. 
Объемной называют гидромашину, рабочий процесс которой 
основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью 
и ее вытеснении из рабочей камеры. Под рабочей камерой объем-
ной гидромашины понимают ограниченное пространство внутри 
машины, периодически изменяющее свой объем и попеременно 
сообщающееся с местами входа и выхода жидкости. 

Объемная гидромашина может иметь одну или несколько ра-
бочих камер. В соответствии с тем, создают гидромашины поток 
жидкости или используют его, их разделяют на объемные насосы 
и гидродвигатели. 
В объемном насосе перемещение жидкости осуществляется 
путем ее вытеснения из рабочих камер вытеснителями, т. е. рабочими 
органами насоса, непосредственно совершающими работу 
вытеснения. Вытеснителями могут быть поршни, плунжеры, шестерни, 
винты, пластины и т. д. 
По принципу действия (точнее, по характеру процесса вытеснения 
жидкости) объемные насосы подразделяют на поршневые 
(плунжерные) и роторные. 
В поршневом (плунжерном) насосе жидкость вытесняется из 
неподвижных камер в результате возвратно-поступательного движения 
вытеснителей (поршней, плунжеров, диафрагм). 
В роторном насосе жидкость вытесняется из перемещаемых 
рабочих камер в результате вращательного или вращательно-
поступательного движения вытеснителей (шестерен, винтов, пластин, 
поршней). 
Работа насоса характеризуется его подачей, напором, потребляемой 
мощностью, КПД и частотой вращения. Подачей 
н
Q  насоса 
называют расход жидкости через напорный (выходной) патрубок. 
Напор 
н
H  представляет собой разность механических энергий единицы 
веса жидкости в сечении потока после насоса и перед ним.  
В поле сил тяжести напор насоса равен разности полного напора 

жидкости после насоса 

2
н
н
н
2
p
z
g
g

⎛
⎞
+
+
⎜
⎟
⎜
⎟
ρ
⎝
⎠

υ
 и перед ним 

2
в
в
в
2
p
z
g
g

⎛
⎞
+
+
⎜
⎟
⎜
⎟
ρ
⎝
⎠

υ
; 

полный напор выражается в метрах столба перемещаемой жидкости: 

 

2
2
н
в
н
в
н
н
в
.
2
p
p
H
z
z
g
g
−
−
=
−
+
+
ρ
υ
υ
 
 (1) 

Мощностью электродвигателя 
д
N  называют энергию, подводимую 
к насосу от двигателя за единицу времени. Потребляемую 
насосом мощность можно определить следующим образом. Каждая 
единица веса жидкости, прошедшая через насос, приобретает 

энергию в количестве 
н
H , м; за единицу времени через насос проходит 
жидкость весом 
н
.
Q
g
ρ
 Следовательно, энергия, приобретенная 
за единицу времени жидкостью, прошедшей через насос, или 
полезная мощность насоса, Вт: 

 
н
н
н.
N
Q
gH
=
ρ
 

Мощность электродвигателя 
д
N  больше полезной мощности насоса

н
N  на значение потерь мощности в насосе. Эти потери оцениваются 
с помощью КПД насоса η , который равен отношению полезной мощности 
насоса 
н
N  к потребляемой им мощности двигателя 
д
N : 

 
н

д
.
N
N
η =
 

Потери мощности в насосе разделяют на объемные и гидромеханические. 
Объемные потери, обусловленные внутренними утечками 
жидкости в насосе, оцениваются с помощью объемного КПД 
0
η . 
Гидромеханическими потерями являются потери энергии на трение 
при движении рабочих элементов в насосе и в приводном механизме. 
Кроме того, имеют место потери энергии жидкости, расходуемые 
на преодоление потоком гидравлических сопротивлений внутри 
насоса. Эти потери оцениваются с помощью гидромеханического 
КПД 
гм
η
. Тогда полный КПД насоса равен 

 
0
гм.
η = η η
 

1.2. Величины, характеризующие рабочий процесс  
объемных насосов 

Основным параметром, определяющим размер объемного насоса (
объемного гидродвигателя), является его рабочий объем V0. Это 
объем жидкости, который насос способен переместить из полости 
всасывания в полость нагнетания за один оборот приводного вала. 
Рабочий объем насоса и частота его рабочих циклов определяют 
идеальную подачу. Идеальной подачей 
и
Q  объемного насоса 
называют подачу в единицу времени несжимаемой жидкости при 

отсутствии утечек через зазоры. Осредненная по времени идеальная 
подача 

 
и
0
к
,
Q
V n
V zkn
=
=
 

где n — частота вращения вала; Vк — объем каждой рабочей камеры 
за один цикл; z — число рабочих камер в насосе; k — кратность 
действия насоса, т. е. число подач из каждой камеры за один оборот 
вала. 
Таким образом, рабочий объем насоса 

 
0
к
.
V
V zk
=
 

Чаще всего 
1
k = , но в некоторых конструкциях 
2
k =
 и более [2]. 
Действительная подача 
н
Q  насоса меньше идеальной 
и
Q  
вследствие утечек через зазоры из рабочих камер в полости нагнетания, 
а при больших давлениях насоса — еще и за счет сжимаемости 
жидкости. 
Отношение действительной подачи 
н
Q  к идеальной называется 
коэффициентом подачи: 

 
и
у
сж
н
п
и
и
,
Q
q
q
Q
Q
Q

−
−
α =
=
 

где 
у
q  — расход утечек; 
сж
q
 — расход сжатия. 

Когда сжатие жидкости пренебрежимо мало, коэффициент подачи 
равен объемному КПД насоса (
п
0
α = η ): 

 
и
у
н
н
0
и
и
н
у
.
Q
q
Q
Q
Q
Q
Q
q

−
η =
=
=
+
 

Полное приращение энергии жидкости в объемном насосе 
обычно относят к единице объема и, следовательно, выражают в 
единицах давления. Так как объемные насосы предназначены в основном 
для создания значительных приращений давления, то приращением 
кинетической энергии в насосе обычно пренебрегают. 
Поэтому, как следует из уравнения (1), давление насоса 
н
p , Па, 

численно равно разности между давлением 
2p  на выходе из насоса 
и давлением 
1p  на входе в него: 

 
н
2
1,
p
p
p
=
−
 

а напор насоса, м: 

 
н
н
.
p
H
g
= ρ
 

С учетом изложенного полезную мощность объемного насоса 

н
N , Вт, принято определять как 

 
н
н
н.
N
Q p
=
 

1.3. Описание работы шестеренного насоса 

Шестеренные насосы отличаются простотой конструкции, низкой 
стоимостью, высокой надежностью, малыми габаритами и весом, 
относительно малой чувствительностью к чистоте рабочей 
жидкости. К недостаткам относятся: нерегулируемость рабочего 
объема; большая неравномерность подачи и обусловленный ею 
довольно высокий уровень шума в сравнении с другими объемными 
гидромашинами [1]. 
Рабочими элементами в этом насосе являются две цилиндрические 
шестерни, находящиеся в зацеплении. В зависимости от вида 
зацепления шестерен различают насосы с внешним и внутренним 
зацеплениями. 
Распространенный тип шестеренного насоса с внешним зацеплением (
рис. 1) представляет собой пару чаще всего одинаковых 
прямозубых цилиндрических шестерен 1 с эвольвентным профилем, 
находящихся в цилиндрических расточках корпуса 2 насоса с 
малыми зазорами. Одна из шестерен, находящаяся на приводном 
валу, является ведущей, а другая — ведомой. Рабочую камеру 3 
образуют поверхности зубьев, корпуса 2 и боковых дисков 4, 5. По 
обе стороны области зацепления в корпусе имеются полости В и 
Н, соединенные со всасывающим и напорным трубопроводами, 
давления в которых соответственно равны 
1p  и 
2p  [3]. 

 
 
Рис. 1. Шестеренный насос с внешним зацеплением 

 

Перекачиваемая из полости В жидкость заполняет впадины 
между зубьями и переносится в полость Н. Вследствие разности 
давлений 
1
(p  < 
2)
p
 шестерни подвержены воздействию радиальных 
сил, которые существенно нагружают опоры валов шестерен. 
Это сказывается на износе подшипников. 
С целью уменьшения утечек во многих конструкциях шестеренных 
насосов высокого давления предусматривается гидравлическая 
компенсация торцевых зазоров, которая осуществляется 
поджимом дисков 4. 

1.4. Основные параметры шестеренного насоса 

Зубчатое зацепление характеризуется следующими параметрами: 
z — число зубьев; 
m — модуль зацепления 
b — ширина зуба; 
Rw — радиус начальной окружности; 
Ra — радиус окружности выступов зубьев; 
tb — шаг по основной окружности. 
Рабочий объем V0 — идеальный (без учета утечек и сжимаемости 
жидкости). Его определяют из геометрических соотношений: 

 

2
2
2
0
2
12

b
a
w
t
V
b R
R
⎛
⎞
= π
−
−
⎜
⎟
⎜
⎟
⎝
⎠
. 

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 

ВНИМАНИЕ! Работа выполняется только после ознакомления 
с инструкцией по технике безопасности и получения допуска пре-
подавателя. 
Цель лабораторной работы — получить рабочую характери-
стику насоса, т. е. графики зависимостей подачи насоса 
н
Q , коэф-
фициента подачи 
п
α , полного КПД насоса η  и мощности элек-
тродвигателя 
д
N  от давления насоса 
н
p  [4]. 
Испытания проводят в соответствии с ГОСТ 14658–86 на ис-
пытания насоса [5]. 

2.1. Описание экспериментального стенда  
для испытания шестеренного насоса 

Внешний вид установки для испытания шестеренного насоса 
показан на рис. 2, а схема соединений элементов в гидравлической 
системе представлена на рис. 3. 
Всасывающий и напорный трубопроводы от насоса 1 присо-
единены к баку 2, заполненному авиационным маслом АМГ-10  
с плотностью 
850
ρ =
 кг/м3 и кинематической вязкостью 

6
22 10−
ν =
⋅
 м2/с (0,22 Ст) при температуре t = 20 °C. 
Давление над свободной поверхностью жидкости в баке в дан-
ной установке равно атмосферному. Насос, благодаря создаваемо-
му им вакууму во всасывающем трубопроводе, забирает перекачи-
ваемую жидкость из бака и подает ее в напорную магистраль. 
Испытуемый насос приводится во вращение нерегулируе-
мым асинхронным балансирным электродвигателем 3 перемен-
ного тока. Крутящий момент 
д
M  для нахождения мощности 

электродвигателя 
д
N  определяют по делениям шкалы, нанесен-
ным на корпусе статора электродвигателя по результатам тари-
ровки балансирного электродвигателя. К статору двигателя 
прикреплен рычаг известной длины r, к концу которого присо-
единяется силоизмерительное устройство (весы, m, кг). Момент, 
передаваемый на вал насоса, равен произведению показаний 
силоизмерительного устройства P на плечо r рычага [3]. Часто-
ту вращения вала электродвигателя и связанного с ним через 
муфту приводного вала насоса определяют с помощью электри-
ческого дистанционного тахометра. В комплект тахометра вхо-
дят датчик 4, присоединенный к валу двигателя, и измеритель 
частоты вращения 5. Число оборотов ротора датчика, соответ-
ствующее 120 % по шкале измерителя, равно 3 000 об/мин. Дей-
ствительные числа оборотов вала насоса, об/мин, на каждом 
расчетном режиме работы можно определить из решения простой 
пропорции: 

 
3 000 ( %) .
120
n
n
⋅
=