Кулачковый насос: устройство, уплотнения вала и где применяют

Внутри кулачкового насоса нет клапанов и нет контакта металла с металлом. Два вала выходят из редуктора в рабочую камеру, на каждом закреплён ротор с двумя или тремя кулачками. Шестерни синхронизации в редукторе держат роторы в нужном положении, так что кулачки проходят мимо друг друга с зазором в десятые доли миллиметра. Продукт заполняет карман между кулачком и корпусом на всасывании, переносится по периметру и выдавливается в нагнетание.

Два ротора переносят продукт без касания

По форме роторов насосы различают на двухкулачковые, трёхкулачковые и многолопастные, есть роторы-«бабочки» с широкими закруглёнными кулачками. Чем меньше кулачков, тем крупнее карман и тем крупнее частицы, которые насос перекачает без повреждения, но тем сильнее пульсация подачи. Трёхкулачковые роторы дают более ровный поток.

Конструктивно насос состоит из корпуса рабочей камеры с патрубками, передней крышки, роторов, валов, редуктора с шестернями синхронизации и подшипниками. Крышку и роторы снимают спереди, не трогая трубопровод, и это удобно для мойки и осмотра. Перед этим привод отключают от сети, вешают запрещающий плакат, перекрывают линии и сбрасывают давление: кулачки травмируют руки, а насос с частотным преобразователем может запуститься дистанционно. Привод идёт от мотор-редуктора или двигателя через частотный преобразователь, потому что подачу объёмного насоса регулируют скоростью.

Насос реверсивный: при смене направления вращения меняются местами всасывание и нагнетание. Это используют для опорожнения линии и для возврата продукта в ёмкость.

Подача равна объёму на оборот минус перетечки

Подача кулачкового насоса Q = q · n · ηо, где q рабочий объём за оборот из каталога, n частота вращения, ηо объёмный КПД. Пример: насос с объёмом 0,5 л/об при 300 об/мин теоретически даёт 150 л/мин, то есть 9 м³/ч.

Объёмный КПД зависит от вязкости и давления. На густом продукте зазоры почти не пропускают обратно, и КПД близок к единице. На воде при давлении 0,6 МПа перетечки могут отнимать заметную долю подачи, и тот же насос условно выдаст 7–8 м³/ч. Поэтому характеристики в каталоге приводят для нескольких вязкостей, а при смене продукта подачу пересчитывают.

Закрытая задвижка разрушает уплотнения первыми

Вторая особенность объёмного насоса: на закрытую задвижку он развивает давление, ограниченное только прочностью узлов. На нагнетании ставят перепускной клапан или датчик давления с отключением двигателя. Если этого не сделать, первым обычно сдаётся уплотнение вала или кольцо крышки.

Встроенный перепускной клапан на крышке, который есть у части моделей, защищает насос только кратковременно. При длительной работе по малому кругу продукт в камере греется, и кольца крышки и вторичные кольца уплотнения работают при температуре выше той, на которую подбирали резину. Если такой режим возможен по технологии, его температуру указывают при заказе колец.

Кулачковые насосы работают там, где продукт вязкий и нежный

Кулачковые насосы применяют в пищевой промышленности: творог, сметана, йогурт с фруктовыми кусочками, фарш, джемы, шоколад, сиропы, тесто. В косметике и фармацевтике ими перекачивают кремы, гели и пасты. В химии насос работает на клеях, смолах, полимерных дисперсиях, а на очистных сооружениях на осадках и илах.

Общее у этих сред одно: вязкость или включения, которые центробежный насос разрушит или не прокачает. Кулачковый насос держит вязкость в сотни тысяч сантипуаз при сниженной скорости и передаёт кусочки, не разрезая их. Для перекачки маловязких моющих растворов в той же линии иногда хватает его же, но чаще рядом ставят центробежный или импеллерный насос.

Уплотнение вала выбирают по поведению продукта

Каждый вал выходит из редуктора в рабочую камеру через уплотнение. Чаще всего это торцевое уплотнение: неподвижное и вращающееся кольца пары трения, прижатые пружиной, и вторичные резиновые кольца, которые уплотняют пару по валу и корпусу. Как устроено такое уплотнение и какие кольца в нём повторяют по образцу, описывают торцевые уплотнения, а для кулачкового насоса важнее выбор схемы.

Схема выше задаёт три вопроса. Если продукт чистый и не застывает, достаточно одинарного торцевого уплотнения. Если он кристаллизуется или засыхает на воздухе, как сахарный сироп, шоколад или клей, за парой трения нужна промывка, или квенч: вода или пар смывают продукт с атмосферной стороны, и кольца не обрастают коркой. Давление и температуру пара для квенча берут из документации изготовителя уплотнения, а слив выводят так, чтобы пар и горячий конденсат не попадали на людей. Если продукт абразивный, токсичный или его нельзя выпускать наружу, ставят двойное уплотнение с барьерной жидкостью под давлением.

У простых насосов встречаются и манжетные уплотнения вала или наборы колец, но на санитарных линиях их вытесняют торцевые: манжета задерживает продукт в зоне кромки и хуже моется.

Какое уплотнение ставят на кулачковый насос?

Кулачковый насос обычно уплотняют одинарным торцевым уплотнением на каждом валу. Для продуктов, которые кристаллизуются или засыхают, например сиропа, шоколада или клея, добавляют промывку атмосферной стороны водой, то есть квенч. Для абразивных, токсичных и опасных продуктов ставят двойное торцевое уплотнение с барьерной жидкостью. Материал колец пары трения и вторичных колец подбирают по продукту, температуре и мойке.

Кольца роторов и крышки меняют при каждой разборке

Кроме торцевых уплотнений, в рабочей камере стоят ещё несколько резиновых деталей:

• кольцо передней крышки, которое уплотняет крышку по корпусу;
• кольца под гайками или винтами роторов, не пускающие продукт на резьбу и в шлицы;
• кольца между ротором и валом или втулкой вала;
• вторичные кольца торцевых уплотнений;
• манжеты подшипникового узла редуктора, которые держат масло и защищают его от моющего раствора;
• у части насосов обрезиненные роторы, где резина работает как рабочая поверхность.

Кольцо крышки и кольца роторов снимают при каждой ручной мойке, а при безразборной мойке на каждом плановом сервисе. Кольцо, которое один раз сжали в канавке, обычно получает остаточную деформацию, и после второй сборки возможна течь. Материал колец выбирают по продукту, температуре и моющим растворам, сверяя стойкость с документом изготовителя материала; влияние жирности и моющих растворов на резину одинаково для всех уплотнений пищевых насосов, и кулачковый насос здесь не исключение.

Какие кольца меняют в кулачковом насосе?

В кулачковом насосе меняют кольцо передней крышки, кольца под гайками роторов, кольца посадки роторов на валы и вторичные кольца торцевых уплотнений. Их ставят новыми при каждом сервисе, потому что после сжатия в канавке резина получает остаточную деформацию. Манжеты редуктора меняют реже, при замене подшипников или появлении масла в рабочей камере.

Обрезиненные роторы требуют расчёта натяга

На абразивных средах и продуктах с твёрдыми включениями применяют роторы, покрытые резиной. Мягкая поверхность допускает касание с корпусом без задира и уплотняет зазор, но резина набухает в продукте и нагревается, а зазоры при этом уменьшаются. Поэтому при заказе обрезиненного ротора указывают продукт, температуру и требуемый зазор или натяг, а материал покрытия выбирают с запасом по набуханию.

Кольца и детали насоса делают по образцу

Наша компания производит стандартные и нестандартные кольца, манжеты и уплотнения для ремонта кулачковых насосов по чертежу, эскизу, фото или образцу: кольца нестандартных размеров, вторичные кольца торцевых уплотнений, кольца крышек и роторов, пищевые уплотнения из EPDM, силикона и FKM тех марок, на которые изготовитель материала выдал документ о допуске к контакту с пищевыми продуктами, манжеты редукторов. Пару трения торцевого уплотнения покупают у изготовителя уплотнения, а резиновые кольца к ней повторяют.

Для расчёта присылают марку и модель насоса, фото колец в канавках и снятых, сечение и внутренний диаметр или размеры канавки, продукт, температуру, состав и температуру мойки, количество насосов и колец на каждый. Кольцо, которое уже раздавлено в канавке, плохо подходит как образец: размер снимают с канавки или берут из каталога, а в КП отмечают, какой размер дал заказчик и какой предложен изготовителем. Заказ принимаем от 1 шт., минимальная сумма заказа 9 000 ₽ с НДС.

Нормы приведены по состоянию на октябрь 2026 года. Данные о материалах — ориентир для марок общего назначения; материал, размеры и допуски для вашего узла фиксируются в КП после технической оценки.