ПОРШНЕВОЙ НАСОС Российский патент 2002 года по МПК F04B1/06 

Изобретение относится к поршневым насосам, предназначенным преимущественно для использования в качестве пусковых насосов топливных систем летательных аппаратов.

Как известно, пусковой насос топливной системы летательного аппарата функционирует только в начальный (пусковой) период работы топливной системы до тех пор, пока не выходит на рабочий режим работы насос высокого давления. Затем пусковой насос отключают и в системе работает насос высокого давления (как правило центробежный насос), обеспечивающий необходимые режимы работы топливной системы.

Известны поршневые насосы, предназначенные для использования в топливных системах летательных аппаратов (см. патенты США 3807283, МПК F 01 b 13/04, 1970; 5135362, МПК F 04 B 1/20, 1992; 5728475, МПК В 23 b 15/04, 1998 и др. ). Все эти насосы содержат корпус, приводной вал, установленный в корпусе, эксцентрик, закрепленный на приводном валу, рабочие цилиндры, установленные в корпусе, поршни, установленные в цилиндрах с возможностью возвратно-поступательного перемещения в них и снабженные подпятниками, взаимодействующими с эксцентриком приводного вала, штуцер всасывания рабочей жидкости (топлива) и штуцер нагнетания.

Во всех известных насосах этого типа не предусмотрено наличие приспособления, позволяющего автоматически останавливать работу пускового поршневого насоса при выходе на рабочий режим основного насоса высокого давления. Используется отдельный приводной вал для работы пускового насоса и не обеспечивается возможность установки пускового насоса на приводном валу основного насоса высокого давления. Это в свою очередь увеличивает габариты и массу насосной системы, способствует дополнительному подогреву топлива в подшипниках насосного агрегата и повышает затраты энергии на его работу.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому насосу является поршневой насос, содержащий корпус, приводной вал, установленный в корпусе, эксцентрик, закрепленный на приводном валу, рабочие цилиндры, установленные в корпусе радиально приводному валу, подпружиненные поршни, размещенные в рабочих цилиндрах с возможностью возвратно-поступательного перемещения в них и снабженные подпятниками, взаимодействующими с эксцентриком приводного вала, штуцер всасывания рабочей жидкости, соединенный с рабочими цилиндрами, штуцер нагнетания, соединенный с общим коллектором для вывода жидкости из цилиндров (см. стр. 51-54 в книге Башта Т.М. др. Силовые гидравлические системы самолетов ГВФ. Издательство "Аэрофлот", 1962 г.).

Этот насос, принятый за прототип, имеет также недостатки с точки зрения использования его в качестве пускового насоса в топливных системах летательных аппаратов, что и описанные выше насосы по патентам США.

Задача изобретения состояла в разработке такого пускового поршневого насоса, в котором обеспечивается прекращение его работы при достижении заданных режимов работы основного насоса высокого давления без прекращения вращения приводного вала.

Другими словами, задача состояла в разработке такого пускового поршневого насоса, который может быть установлен на одном приводном валу в месте с основным насосом высокого давления в топливной системе летательного аппарата.

Указанная задача решается тем, что предложен поршневой насос, содержащий корпус, приводной вал, установленный в корпусе, эксцентрик, закрепленный на приводном валу, рабочие цилиндры, установленные в корпусе радиально приводному валу, подпружиненные поршни, размещенные в рабочих цилиндрах с возможностью возвратно-поступательного перемещения в них и снабженные подпятниками, взаимодействующими с эксцентриком приводного вала, штуцер всасывания рабочей жидкости, соединенный с рабочими цилиндрами, штуцер нагнетания, соединенный с общим коллектором для вывода жидкости из цилиндров, в котором согласно изобретению на концах поршней, обращенных к приводному валу, выполнены кольцевые выступы, а в корпусах цилиндров со стороны приводного вала выполнены кольцевые камеры, в которых установлены кольцевые выступы поршней с возможностью их возвратно-поступательного перемещения, причем насос снабжен системой переключения потоков жидкости, установленной на выходе насоса и обеспечивающей подачу жидкости высокого давления в кольцевые камеры цилиндров при достижении заданной частоты вращения вала, которая воздействует на кольцевые выступы поршней, переводя их в крайнее положение, при котором насос прекращает свою работу без прекращения вращения вала. Это обеспечивает возможность установки такого насоса на одном приводном валу с основным насосом высокого давления, что в свою очередь обеспечивает снижение массо-габаритных характеристик насосного агрегата топливной системы и повышает его энергетические характеристики.

В одном из возможных вариантов выполнения система переключения потоков жидкости включает ограничитель перепада давления жидкости на насосе с золотниковым байпассным клапаном.

Еще одним отличием предлагаемого насоса является то, что эксцентрик выполнен в виде кольцевого выступа на приводном валу, ось которого смещена относительно оси вала, причем на наружной поверхности кольцевого выступа, обращенной к подпятникам поршней цилиндров, закреплен радиальный шариковый подшипник. Это способствует снижению ударных нагрузок, возникающих при взаимодействии эксцентрика с подшипниками поршней цилиндров.

Другим отличием предлагаемого насоса является то, что в него введены второй эксцентрик, ось которого смещена относительно оси приводного вала в противоположном направлении к оси первого эксцентрика, и второй ряд цилиндров с подпружиненными поршнями, размещенный параллельно первому ряду цилиндров с поршнями, причем второй эксцентрик взаимодействует с подшипниками поршней цилиндров второго ряда. Это обеспечивает компенсацию радиальных нагрузок на подшипники приводного вала, что повышает ресурс работы насоса и снижает подогрев рабочей жидкости в подшипниках приводного вала.

В числе отличий предлагаемого насоса следует отметить то, что в каждом ряду цилиндров с поршнями имеется по три цилиндра и оси цилиндров одного ряда смещены относительно осей расположенных рядом цилиндров второго ряда на 60^o, причем ось цилиндра первого ряда размещена параллельно оси цилиндра второго ряда, расположенного в противоположной по отношению к приводному валу части корпуса, а ходы всасывания и нагнетания поршней в расположенных противоположно друг другу цилиндров различных рядов совпадают по времени.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен предлагаемый насос в разрезе по оси приводного вала.

На фиг.2 представлен вид фрагмента насоса в сечении А-А по фиг.1.

На фиг.3 изображена гидравлическая схема насоса с системой переключения потоков.

Насос (см. фиг. 1) содержит корпус 1, в котором на подшипниках (не показан) установлен приводной вал 2. На приводном валу 2 закреплена посадочная втулка 3, на которой установлены параллельно друг другу два эксцентрика 4 и 5, выполненные как составные части посадочной втулки 3. Эксцентрики 4 и 5 выполнены в виде кольцевых выступов на посадочной втулке 3, причем оси эксцентриков 4 и 5 смещены относительно оси приводного вала 2 в диаметрально противоположных направлениях. На наружных поверхностях эксцентриков 4 и 5 установлены радиальные подшипники 6 и 7 соответственно. В корпусе 1 установлены два ряда рабочих цилиндров 8 и 9, размещенных радиально по отношению к оси приводного вала 1 и параллельно друг другу.

В изображенном на фиг.1 и 2 предпочтительном варианте выполнения насоса в каждом ряду параллельно размещенных рабочих цилиндров 8 и 9 содержится по три цилиндра, причем оси цилиндров 8 одного ряда смещены относительно осей расположенных рядом цилиндров 9 второго ряда на 60^o, причем ось каждого из цилиндров 8 одного ряда расположена параллельно оси цилиндра 9 второго ряда, размещенного в противоположной по отношению к оси приводного вала 2 части корпуса 1. В цилиндрах 8 и 9 обоих рядов установлены полые поршни 10. Внутри каждого поршня 10 установлена возвратная пружина 11, упирающаяся одним концом в кольцевой выступ 12 головки 13 цилиндра. Поршни 10 установлены в рабочих цилиндрах 8 и 9 с возможностью возвратно-поступательного перемещения в них и снабжены со стороны, обращенной к приводному валу 2, подпятниками 14, взаимодействующими при вращении приводного вала с соответствующими эксцентриками 4 или 5 через радиальные подшипники 6 или 7, установленные на их внешней поверхности. В корпусе 1 выполнены каналы 15 для подвода рабочей жидкости к цилиндрам 8 и 9. В каналах 15 установлены обратные клапаны 16, выполненные в виде подпружиненных пластин, перекрывающих проходное сечение каналов 15 при ходе нагнетания поршня 10 и открывающих проходное сечение каналов 15 при ходе всасывания поршня 10. Каналы 15 соединены со штуцером всасывания (на фиг. не показан). Головки 13 цилиндров 8 и 9 снабжены патрубками 17 для отвода нагнетаемой жидкости, в которых установлены подпружиненные обратные клапаны 18, перекрывающие проходное сечение патрубков 17 при ходе всасывания поршня 10 и открывающие проходное сечение патрубков 17 при ходе нагнетания поршня 10. Патрубки 17 соединены с общим коллектором 19 нагнетаемой жидкости, который снабжен штуцером 20 нагнетания.

На концах поршней 10, обращенных к приводному валу 2, выполнены кольцевые выступы 21, а в корпусах рабочих цилиндров 8 и 9 со стороны приводного вала 2 выполнены кольцевые камеры 22, в которых установлены кольцевые выступы 21 поршней 10 с возможностью их возвратно-поступательного перемещения.

Поршневой пусковой насос 23 снабжен (см. фиг.3) системой переключения потоков жидкости, установленной на выходе насоса 23 и включающей золотниковый байпассный клапан 25 и ограничитель 26 перепада давления.

В корпусе байпассного клапана 25 установлен подпружиненный золотник 27, а вход 28 клапана 25 соединен с выходом насоса 29 высокого давления. Золотник 27 имеет два рабочих положения. В первом рабочем положении, соответствующем пусковому режиму насосного агрегата (на фиг.3 представлен именно этот режим), золотник 27 перекрывает поток жидкости с выхода насоса 29 высокого давления, подаваемый в канал 30 для подвода рабочей жидкости (керосина) в топливную систему двигателя летательного аппарата (не показана). При этом поток рабочей жидкости с выхода насоса 29 высокого давления поступает в штуцер всасывания 35 поршневого насоса 23. Штуцер 20 нагнетания поршневого насоса 23 через обратный клапан 31 и канал 32 соединен с каналом 30 для подвода рабочей жидкости в топливную систему двигателя летательного аппарата (не показана). Один из входов 33 ограничителя 26 давления на поршневом насосе 23 соединен с каналом 28 для сброса избытка рабочей жидкости из поршневого насоса 23 на вход насоса 29. Другой вход 34 ограничителя 26 давления соединен с байпассным клапаном 25.

Насос работает следующим образом.

При вращении приводного вала 2 эксцентрики 4 и 5 через установленные на них радиальные подшипники 6 и 7 взаимодействуют с подпятниками 14 подпружиненных поршней 10 насоса, заставляя их совершать возвратно-поступательное перемещение внутри цилиндров 8 и 9. При ходе всасывания поршня 10 во внутреннем объеме головки 13 цилиндра создается разряжение, под действием которого обратный клапан 16, установленный в канале 15 для подвода жидкости к цилиндру, открывается, и рабочая жидкость поступает во внутренний объем головки 13 рабочего цилиндра. При ходе нагнетания поршня 10 во внутреннем объеме головки 13 цилиндра создается повышенное давление, под действием которого запирается обратный клапан 16 в канале 15 для подвода жидкости и отпирается обратный клапан 18, установленный в патрубке 17 для отвода нагнетаемой жидкости. Жидкость под давлением через патрубок 17 выводится в общий коллектор 19 нагнетаемой жидкости и из него через штуцер 20, обратный клапан 31 (см. фиг.3) по каналу 32 поступает в канал 30 для подвода рабочей жидкости к топливной системе двигателя летательного аппарата (не показан).

Рабочие цилиндры 8 и 9, установленные в двух параллельных рядах, размещены относительно друг друга так, что ходы всасывания и нагнетания поршня 10 в цилиндре 8 одного ряда совпадают по времени с ходами всасывания и нагнетания поршня 10 в цилиндре 9 другого ряда, установленном диаметрально противоположно по отношению к оси приводного вала. Это обеспечивает уравновешивание радиальных нагрузок на приводной вал 2 при работе насоса.

При достижении частоты вращения приводного вала 2 равной 7000-14000 об/мин напор, создаваемый насосом 29 высокого давления, установленным на одном валу с поршневым насосом 23 (см. фиг.3), достигает заданной величины (>19 кгс/см²), превышающей напор, необходимый для топливной системы двигателя. Под действием этого напора золотник 27 байпассного клапана 25 переместится в положение (показано на фиг.3 штриховыми линиями), при котором рабочая жидкость (топливо) поступает в линию 30 для подвода топлива в топливную систему (камеру сгорания двигателя) непосредственно от насоса 29 высокого давления. При этом часть потока жидкости высокого давления с выхода насоса 29 поступает в кольцевые камеры 22 рабочих цилиндров. Под действием этого давления кольцевые выступы 21 поршней 10 перемещаются в крайнее положение, при котором поршни отжимают пружины и устанавливаются в таком положении, когда их подпятники 14 не соприкасаются с поверхностями радиальных подшипников 6 и 7, установленных на внешней поверхности эксцентриков 4 и 5. При этом положении поршней 10 поршневой насос прекращает свою работу и подача рабочей жидкости (топлива) в топливную систему двигателя летательного аппарата осуществляется от насоса 29 высокого давления.

Изобретение предназначено для использования в области насосостроения, преимущественно в качестве пусковых насосов топливных систем летательных аппаратов. Содержит корпус, приводной вал, установленный в корпусе, эксцентрик, закрепленный на приводном валу, рабочие цилиндры, установленные в корпусе радиально приводному валу, подпружиненные поршни, размещенные в рабочих цилиндрах с возможностью возвратно-поступательного перемещения в них и снабженные подпятниками, взаимодействующими с эксцентриком приводного вала, каналы для подвода рабочей жидкости в цилиндры и штуцер нагнетания, соединенный с общим коллектором для отвода жидкости из цилиндров. На концах поршней, обращенных к приводному валу, выполнены кольцевые выступы. В корпусах цилиндров со стороны приводного вала выполнены кольцевые камеры, в которых установлены кольцевые выступы поршней с возможностью их возвратно-поступательного перемещения. Насос снабжен системой переключения потоков жидкости, установленной на выходе насоса и обеспечивающей подачу жидкости высокого давления в кольцевые камеры цилиндров. При достижении заданной частоты вращения приводного вала жидкость воздействует на кольцевые выступы поршней, перемещая поршни в крайнее положение, при котором насос прекращает свою работу без прекращения вращения приводного вала. Обеспечивается прекращение работы насоса при достижении заданного числа оборотов приводного вала. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Поршневой насос, содержащий корпус, приводной вал, установленный в корпусе, эксцентрик, закрепленный на приводном валу, рабочие цилиндры, установленные в корпусе радиально приводному валу, подпружиненные поршни, размещенные в рабочих цилиндрах с возможностью возвратно-поступательного перемещения в них и снабженные подпятниками, взаимодействующими с эксцентриком приводного вала, каналы для подвода рабочей жидкости в цилиндры и штуцер нагнетания, соединенный с общим коллектором для отвода жидкости из цилиндров, отличающийся тем, что на концах поршней, обращенных к приводному валу, выполнены кольцевые выступы, а в корпусах цилиндров со стороны приводного вала выполнены кольцевые камеры, в которых установлены кольцевые выступы поршней с возможностью их возвратно-поступательного перемещения, причем насос снабжен системой переключения потоков жидкости, установленной на выходе насоса и обеспечивающей подачу жидкости высокого давления в кольцевые камеры цилиндров при достижении заданной частоты вращения приводного вала, которая воздействует на кольцевые выступы поршней, перемещая поршни в крайнее положение, при котором насос прекращает свою работу без прекращения вращения приводного вала. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что система переключения потоков жидкости включает золотниковый байпасный клапан и ограничитель перепада давления на насосе. 3. Насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что эксцентрик выполнен в виде кольцевого выступа на приводном валу, ось которого смещена относительно оси вала, причем на наружной поверхности кольцевого выступа установлен радиальный подшипник. 4. Насос по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что в него введены второй эксцентрик, ось которого смещена относительно оси приводного вала в противоположном направлении к оси первого эксцентрика, второй ряд рабочих цилиндров с подпружиненными поршнями, размещенный параллельно первому ряду цилиндров, причем второй эксцентрик взаимодействует с подпятниками поршней цилиндров второго ряда. 5. Насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что в каждом ряду цилиндров с поршнями имеется по три цилиндра и оси цилиндров одного ряда смещены относительно осей расположенных рядом цилиндров второго ряда на 60^o, причем ось цилиндра первого ряда размещена параллельно оси цилиндра второго ряда, расположенного в противоположной по отношению к приводного валу части корпуса, а ходы всасывания и нагнетания поршней, расположенных противоположно друг другу цилиндров различных рядов, совпадают по времени.