ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС Российский патент 2000 года по МПК F04C2/04 

Изобретение относится к гидромашинам, в частности к шестеренным насосам для маслосистем газотурбинных двигателей (ГТД).

Известен центробежно-шестеренный насос, в котором разгрузочная канавка для предотвращения запирания жидкости во впадинах шестерен выполнена в виде фрезерованного канала на торцевой части колодцев корпуса и соединена с полостью нагнетания (SU 1625104 A1, F 04 C 2/04, 20.02.96). В этом насосе величина зазора между торцами шестерен и корпусом насоса выдерживается в заданных пределах только при изготовлении и сборке насосов, что приводит к повышенным утечкам через торцевой зазор между торцевыми стенками корпуса и торцами шестерен.

Известен также шестеренный насос, содержащий корпус со всасывающей и нагнетающей полостями, в цилиндрических расточках которого размещены шестерни внешнего зацепления и плавающие торцевые втулки, сопряженные между собой по контактирующим поверхностям, расположенным перпендикулярно линии центров, разгрузочные канавки, расположенные со стороны нагнетающей полости, выполненные на поверхности плавающих втулок и сопряженные с боковыми поверхностями шестерен (SU 1645625 A1, F 04 C 2/04, 30.04.91). В этих насосах утечки через торцевые зазоры шестерен значительно снижены из-за осевого поджатия втулок к торцам шестерен.

Однако при применении высокооборотных шестеренных и центробежно-шестеренных насосов с частотой вращения 5000-10000 об/мин и выше разгрузочные канавки для предотвращения запирания жидкости во впадинах шестерен не выполняют в полной мере своих функций по отводу масла. Это объясняется тем, что при увеличении частоты вращения насоса увеличивается его производительность, а следовательно, увеличивается количество отводимого из запертого между зубьями объема масла. Размеры же разгрузочной канавки в насосе, как правило, определяются параметрами шестерен (модуль, число зубьев), то есть фактически остаются неизменными. При увеличении глубины разгрузочной канавки в случае расположения ее в торцевой втулке необходимо увеличение толщины втулки, а следовательно, габаритов и веса насоса.

Кроме того, к недостаткам рассмотренных разгрузочных канавок можно отнести и то, что направление движения жидкости внутри канавки при движении ее к выходной полости происходит против движения зубьев шестерни, что увеличивает сопротивление ее движению. В качестве примера можно рассмотреть скорость потока жидкости в разгрузочной машине центробежно-шестеренного насоса с шестернями, имеющими модуль m = 3, высоту зуба 10 мм, число зубьев 17, глубину канавки h = 1,5 мм. При частоте вращения n = 8550 об/мин скорость потока жидкости внутри канавки составляет V = 16 м/сек, что значительно превышает принятые нормы (4-6 м/сек). В результате работы такого насоса из-за значительной компрессии во впадинах шестерен возникают повышенные нагрузки на шестерни, подшипники и существенно усиливается кавитационная эрозия в торцевых втулках.

Задачей изобретения является уменьшение компрессии во впадинах шестерен при их зацеплении, что в конечном счете позволяет повысить надежность работы насоса.

Поставленная задача достигается тем, что в шестеренном насосе, содержащем корпус со всасывающей и нагнетающей полостями, в цилиндрических расточках которого размещены шестерни внешнего зацепления и плавающие торцевые втулки, сопряженные между собой по контактирующим поверхностям, расположенным перпендикулярно линии центров, разгрузочные канавки, расположенные со стороны нагнетающей полости, выполненные на поверхности плавающих втулок и сопряженные с боковыми поверхностями шестерен, на торцевой поверхности разгрузочных канавок торцевых втулок выполнено отверстие, а на торцевой поверхности цилиндрических расточек корпуса под торцевыми втулками выполнены каналы, сообщенные с нагнетающей полостью насоса и отверстием в разгрузочных канавках торцевых втулок.

Новым здесь является то, что в предложенном насосе на торцевой поверхности разгрузочных канавок торцевых втулок выполнено отверстие, а на торцевой поверхности цилиндрических расточек корпуса под торцевыми втулками выполнены каналы, сообщенные с нагнетающей полостью насоса и отверстием в разгрузочных канавках торцевых втулок.

Такое выполнение насоса позволяет уменьшить компрессию во впадинах шестерен при их зацеплении за счет создания дополнительного канала для отвода жидкости из разгрузочной канавки, а это, в свою очередь, позволит устранить кавитационную эрозию втулок и уменьшить нагрузки на подшипники насоса. Кроме того, указанный канал не контактирует с торцами зубьев и жидкость при прохождении через него имеет меньшее сопротивление движению, чем при прохождении ее через сечение разгрузочной канавки, где жидкость движется против движения зубьев шестерен.

Так, при доработке насоса из приведенного выше примера согласно изобретению удалось уменьшить скорость отвода жидкости из разгрузочной канавки почти в 3 раза (с 16 м/сек до 5,6 м/сек).

На фиг. 1 показан продольный разрез шестеренного насоса,
на фиг. 2 - поперечный разрез по А-А,
на фиг. 3 - поперечный разрез по Б-Б.

Шестеренный насос содержит всасывающую 1 и нагнетающую 2 полости в корпусе 3. В цилиндрических расточках 4 корпуса 3 размещены шестерни внешнего зацепления 5 и 6 и плавающие торцевые втулки 7, 8 и 9, 10, сопряженные между собой по контактирующим поверхностям 11, расположенным перпендикулярно линии центров 12. Разгрузочные канавки 13 выполнены на поверхности плавающих втулок 7, 8 и 9, 10 и сопряжены с боковыми поверхностями шестерен 5 и 6. На поверхности разгрузочных канавок 13 выполнено отверстие 14, а на торцевой поверхности цилиндрических расточек 15 и 16 корпуса под торцевыми втулками 7, 8, 9, 10 выполнены каналы 17, сообщенные с нагнетающей полостью 2 насоса и отверстием 14 в разгрузочных канавках 13 торцевых втулок. На торцевых поверхностях шестерен со стороны всасывающих полостей 1 установлены центробежные крыльчатки 18 и 19. Шестерни 5 и 6, выполненные зацело с валом, установлены в шарикоподшипниках 20.

При вращении шестерен 5 и 6 рабочая жидкость захватывается зубьями шестерен и в межзубовых впадинах переносится из полости всасывания в полость нагнетания. При этом рабочая жидкость из запертого межзубового объема перетекает по разгрузочным канавкам 13, а также через отверстия 14 по каналам 17 в нагнетающую полость 2, причем скорость отвода жидкости из разгрузочной канавки снижается за счет дополнительных каналов 17 и отверстий 14, а значит, уменьшается сопротивление при движении жидкости и, следовательно, уменьшается компрессия во впадинах шестерен при их зацеплении.

Предложенное устройство позволяет уменьшить компрессию жидкости во впадинах шестерен, причем наибольший эффект от изобретения может быть получен в высокооборотных насосах с торцевыми втулками. Уменьшение компрессии достигается за счет выполнения дополнительного канала для отвода жидкости из разгрузочных канавок, а это, в свою очередь, позволяет уменьшить нагрузку на шестерни, торцевые втулки и подшипники, уменьшить их износ, а также уменьшить кавитационную эрозию деталей насоса, в итоге повышаются надежность и долговечность насоса.

Шестеренный насос может быть использован в маслосистемах газотурбинных двигателей. Шестеренный насос содержит корпус со всасывающей и нагнетающей полостями. В цилиндрических расточках корпуса размещены шестерни внешнего зацепления и плавающие торцевые втулки, сопряженные между собой по контактирующим поверхностям, расположенным перпендикулярно линии центров. На поверхности втулок выполнены разгрузочные канавки, расположенные со стороны нагнетающей полости и сопряженные с боковыми поверхностями шестерен. На торцевой поверхности разгрузочных канавок торцевых втулок выполнено отверстие. На торцевой поверхности цилиндрических расточек корпуса под торцевыми втулками выполнены каналы, сообщенные с нагнетающей полостью насоса и отверстием в разгрузочных канавках торцевых втулок. Уменьшается компрессия во впадинах шестерен при их зацеплении. 3 ил.

Шестеренный насос, содержащий корпус со всасывающей и нагнетающей полостями, в цилиндрических расточках которого размещены шестерни внешнего зацепления и плавающие торцевые втулки, сопряженные между собой по контактирующим поверхностям, расположенным перпендикулярно линии центров, разгрузочные канавки, расположенные со стороны нагнетающей полости, выполненные на поверхности плавающих втулок и сопряженные с боковыми поверхностями шестерен, отличающийся тем, что на торцевой поверхности разгрузочных канавок торцевых втулок выполнено отверстие, а на торцевой поверхности цилиндрических расточек корпуса под торцевыми втулками выполнены каналы, сообщенные с нагнетающей полостью насоса и отверстием в разгрузочных канавках торцевых втулок.