ЦЕНТРОБЕЖНО-ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС Российский патент 2001 года по МПК F04D13/12 F04C11/00 

Изобретение относится к области машиностроения и касается устройства центробежно-шестеренных насосов, применяемых в гидросистемах машин и, в частности, в маслосистемах авиационных газотурбинных двигателей для подачи и откачки масла.

Известен центробежно-шестеренный насос наружного зацепления, содержащий снабженные с торцов предвключенными радиальными крыльчатками шестерни [1].

Наличие во входных полостях насоса предвключенных радиальных крыльчаток обеспечивает наиболее полное заполнение междузубовых впадин в определенном диапазоне соотношений между шириной и диаметром шестерен (а следовательно, крыльчаток).

При больших величинах отношений ширины шестерни к ее наружному диаметру снижаются антикавитационные свойства насоса и падает его объемный коэффициент полезного действия. Известно, что для повышения антикавитационных свойств центробежных насосов перед радиальной крыльчаткой устанавливают предвключенное осевое колесо (шнек) [2]. К недостатку известного решения следует отнести отсутствие конструктивных мер, направленных на упорядочение потока жидкости на выходе из осевого колеса, а точнее в пространстве между решетками лопаток осевого предвключенного колеса и центробежной крыльчатки. Течение жидкости в указанном пространстве связано с сопротивлениями, возникающими при местном изменении сечений, а также нестационарностью потока, вытекающего из одной лопаточной решетки (осевого колеса) и втекающего в другую лопаточную решетку (центробежной крыльчатки).

Гидравлические потери, вызванные указанными выше сопротивлениями, ухудшают кавитационные качества насоса, что может привести к кавитационной эрозии не только в осевом колесе и центробежной крыльчатке, но и в шестеренной ступени насоса. Следует заметить, что для выравнивания поля скоростей и давлений иногда ставят направляющие аппараты, вызывающие значительное усложнение насосного агрегата, а выполнение каналов или пазов в лопастях осевого насоса для повышения антикавитационных свойств приводит не только к нежелательному ослаблению лопастей, но и к снижению напора осевого колеса. К недостатку известного решения следует отнести и сложную фиксацию осевого предвключенного колеса и радиальной крыльчатки, которая осуществляется посредством шлицевого и резьбового соединений и требует введения специальных контровочных элементов, выступающих в проточную часть насоса, что приводит не только к дополнительным возмущениям потока жидкости на входе в осевое колесо, по и к усложнению агрегата.

Задача изобретения - повышение надежности работы насоса за счет увеличения кавитационного запаса путем направленной взаимной ориентации в процессе сборки лопаточных профилей осевой и радиальных крыльчаток, способствующей выравниванию поля скоростей и давлений в потоке жидкости, вытекающей из лопаточной решетки осевой крыльчатки и входящей в лопаточную решетку радиальной крыльчатки, и за счет упрощения конструкции путем быстроразъемного соединения всех элементов качающего узла насоса (шестерня, радиальная крыльчатка, осевая крыльчатка) посредством осевой крыльчатки, выполняющей функции не только преднасоса, но и крепежные и стопорящие функции.

Указанная цель достигается тем, что в центробежно-шестеренном насосе наружного зацепления, содержащем шестерни, снабженные с торцов предвключенными радиальными крыльчатками, перед каждой радиальной крыльчаткой установлено предвключенное осевое колесо так, что входные кромки по меньшей мере двух из лопаток радиальной крыльчатки, кратных числу лопаток осевого колеса, совмещены с выходными кромками осевого колеса, хвостовик которого пропущен через радиальную крыльчатку внутрь шестерни и зафиксирован относительно последней как в осевом, так и в радиальном направлении, причем примыкающие друг к другу торцы шестерни и крыльчатки снабжены фиксаторами от взаимного поворота; фиксатор от взаимного поворота шестерни и радиальной крыльчатки выполнен в виде цилиндрического выступа на торце крыльчатки, входящего в сопряженное углубление на торце шестерни.

При кратном совмещении входных кромок лопаток радиальной крыльчатки с выходными кромками лопаток осевого колеса (шнека) достигается перемещение жидкости по межлопаточным каналам крыльчатки и шнека с минимальными гидравлическими потерями, так как несовмещенные входные кромки лопаток радиальной крыльчатки располагаются симметрично относительно выходных кромок лопаток шнека (посередине межлопаточных каналов шнека). Наибольший эффект будет получен, когда входные кромки всех лопаток радиальной крыльчатки совмещены с выходными кромками всех лопаток шнека (например, на приведенном ниже чертеже изображен насос, содержащий трехлопаточную радиальную крыльчатку, на входе которой установлен трехзаходный шнек).

Крепление радиальной крыльчатки к шестерне через хвостовик шнека и взаимная фиксация от поворота крыльчатки и шестерни позволили полностью отказаться от использования специальных крепежных деталей (например, стяжной болт, гайка, контровочная отгибная шайба и т.п.), что значительно упростило конструкцию насоса.

Направленная взаимная ориентация лопаточных профилей радиальной крыльчатки и шнека обеспечивает стабильность кавитационных характеристик у разных комплектов насоса и их взаимозаменяемость к процессе эксплуатации.

Из уровня техники неизвестны центробежно-шестеренные насосы, у которых перед каждой радиальной крыльчаткой установлено предвключенное осевое колесо так, что входные кромки по меньшей мере двух из лопаток радиальной крыльчатки, кратных числу лопаток осевого колеса, совмещены с выходными кромками осевого колеса, хвостовик которого пропущен через радиальную крыльчатку внутрь шестерни и зафиксирован относительно последней как в осевом, так и в радиальном направлениях, причем примыкающие друг к другу торцы шестерни и крыльчатки снабжены фиксаторами от взаимного поворота; фиксатор от взаимного поворота шестерни и радиальной крыльчатки выполнен в виде цилиндрического выступа па торце крыльчатки, входящего в сопряженное углубление на торце шестерни.

На чертеже изображен общий вид быстроходного центробежно-шестеренного насоса.

В корпусе 1 насоса размещены шестерни 2, выполненные за одно целое с валиками 3, установленными на опорных подшипниках 4. На торцовых сторонах шестерен выполнены углубления 5, входящие в зацепление с цилиндрическими выступами 6, выполненными на прилегающих к шестерням 2 сторонах крыльчаток 7, установленных под зубчатым венцом шестерен 2 в кольцевых расточках 8. Кроме расточек 8 в шестернях 2 у окружности ножек зубьев выполнены еще и кольцевые расточки 9, сообщающие междузубовые впадины шестерен 2 через проточную часть крыльчаток 7 с полостями всасывания 10. В корпусе 1 насоса установлены втулки 11 с разделителями 12, размещенными на части окружности внутри кольцевых расточек 9 шестерен 2. Между разделителями 12 в корпусе 1 выполнена полость, сообщающаяся с полостью нагнетания 13. Перед радиальными крыльчатками 7 установлены многозаходные шнеки 14. Число лопастей крыльчатки 7 кратно числу лопастей шнека 14, поэтому как минимум две выходные кромки лопаток шнека 14 могут быть совмещены с двумя входными кромками лопаток крыльчатки 7. В этом положении крыльчатка 7 и шнек 14 зафиксированы относительно шестерни 2 посредством фиксатора 15, установленного в совместно обработанные отверстия в валике 3 и хвостовике 16 шнека 14. Так как шестерня 2 и крыльчатка 7 от взаимного проворота уже зафиксированы посредством зацепления выступа 6 в углубление 5, все три элемента качающего узла насоса (шестерня 2, радиальная крыльчатка 7 и шнек 14) будут составлять единое целое.

Фиксатор 15 контрится от выпадания внутренней обоймой ближайшего к шестерне опорного подшипника 4.

Качающий узел насоса - быстроразъемный. При смещении узла вправо фиксатор 15 открывается, выскакивает из отверстий в хвостовике 16 и шестерне 2 и все элементы качающего узла насоса разнимаются.

При работе насоса приводится во вращение ведущий валик 3. Шестерни 2, крыльчатки 7 и шнеки 14 также начнут вращаться как единое целое. В результате воздействия лопаток шнека 14 поступившая в его межлопаточные каналы жидкость из полости 10 будет выходить из шнека 14 с более высоким давлением и скоростью, чем на входе.

Благодаря совмещению выходных кромок лопаток трехзаходного шнека 14 с входными кромками лопаток трехлопаточной радиальной крыльчатки 7 осуществляется плавное перетекание жидкости из проточной части шнека 14 в проточную часть радиальной крыльчатки 7.

При этом значительно уменьшаются гидравлическое сопротивление, возникающее при местном изменении сечений, а также из-за нестационарности потока, связанной с выравниванием поля скоростей и давлений потока жидкости при переходе из одной лопаточной решетки в другую. Выйдя из шнека 14 жидкость попадает в межлопаточные каналы крыльчатки 7, создающие основной напор, под действием которого она откидывается в расточки 9 шестерен 2 и через впадины зубьев последних переносится в зону нагнетания 13, отделенную от полостей 10 разделителями 12 и стенкой корпуса 1. Следует заметить, что крутящий момент от шестерни 2 передается крыльчатке 7 через сопряженные между собой углубление 5 и выступ 6, а к шнеку 14 через фиксатор 15, надежно удерживаемый в отверстиях хвостовика 16 шнека 14 и валике 3 внутренней обоймой подшипника 4.

Источники информации
1. А.с. СССР N 336426, опубликованное в 1972 г.

2. А.с. СССР N 270505 от 1969 г.

Центробежно-шестеренный насос относится к области машиностроения и касается насосов, применяемых в маслосистемах авиационных газотурбинных двигателей для подачи и откачки масла. Центробежно-шестеренный насос наружного зацепления содержит шестерни, снабженные с торцев радиальными крыльчатками. Перед каждой крыльчаткой установлено предвключенное осевое колесо. Входные кромки по меньшей мере двух из лопаток радиальной крыльчатки, кратных числу лопаток осевого колеса, совмещены с выходными кромками осевого колеса. Хвостовик осевого колеса пропущен через крыльчатку внутрь шестерни и зафиксирован относительно последней. Примыкающие друг к другу торцы шестерни и крыльчатки снабжены фиксаторами от взаимного поворота. Использование изобретения позволяет увеличить кавитационный запас насоса путем направленной взаимной ориентации в процессе сборки лопаточных профилей осевого колеса и радиальной крыльчаток. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Центробежно-шестеренный насос наружного зацепления, содержащий шестерни, снабженные с торцов предвключенными радиальными крыльчатками, отличающийся тем, что перед каждой радиальной крыльчаткой установлено предвключенное осевое колесо так, что входные кромки, по меньшей мере, двух из лопаток радиальной крыльчатки, кратных числу лопаток осевого колеса, совмещены с выходными кромками осевого колеса, хвостовик которого пропущен через радиальную крыльчатку внутрь шестерни и зафиксирован относительно последней, причем примыкающие друг к другу торцы шестерни и крыльчатки снабжены фиксаторами от взаимного поворота. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что фиксатор от взаимного поворота шестерни и радиальной крыльчатки выполнен в виде цилиндрического выступа на торце крыльчатки, входящего в сопряженное углубление на торце шестерни.