ЦЕНТРОБЕЖНО-ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС Российский патент 2007 года по МПК F04D13/12 F04C11/00 

Заявленное изобретение относится к машиностроению, в частности к центробежно-шестеренным насосам, и используется в системе топливопитания газотурбинных двигателей (ГТД).

Известен шестеренный насос [см. Т.М.Башта «Гидравлические приводы летательных аппаратов», М.: Машиностроение, 1967, стр.171, фиг.99] с дифференциальным поджимом втулок. В этом насосе плавающие втулки поджимаются к шестерням рабочим давлением жидкости. Часть площади торцевой поверхности втулок, на которую действует жидкость, изолирована от рабочего давления с помощью резинового уплотнительного кольца. Образованная этим кольцом фигурная камера соединена с помощью канала с камерой всасывания, обеспечивая максимальную равномерность распределения нагрузки. Недостатком этих насосов является то, что заполнению рабочих впадин шестерен будут препятствовать развивающиеся при их вращении центробежные силы, действующие на жидкость во впадинах. Под действием центробежной силы давление во впадинах значительно понижается, что приводит к выделению воздуха и к ухудшению режима заполнения впадин жидкостью.

К недостаткам данного насоса следует отнести также сложность обеспечения равномерного поджатия плавающих втулок к торцам шестерен из-за необходимости подбора величины, расположения и конфигурации фигурной камеры, соединенной с полостью всасывания.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является шестеренный насос [см. а.с. СССР №1717865, кл. F04C 2/04, 1990 г.], содержащий корпус с днищем и торцевой крышкой, в цилиндрических расточках которого размещены ведущая и ведомая шестерни с закрепленными на них крыльчатками и с радиальными расточками, выполненными у ножек зубьев и сопрягаемыми с разделителями, расположенными на подпятниках. В этом насосе за счет подвода рабочей жидкости со стороны впадины зубьев при вращении шестерен центробежные силы, действующие на жидкость, не препятствуют заполнению впадин рабочей жидкостью, а наоборот повышают давление во впадинах зубьев, и это давление увеличивается с ростом числа оборотов. Однако этот насос не предназначен для работы при высоких давлениях рабочей жидкости, т.к. в нем отсутствует гидравлическая компенсация торцевых зазоров, в связи с чем при работе насоса при высоких давлениях увеличиваются утечки по торцевым зазорам, что снижает КПД насоса.

Техническим результатом, на решение которого направлено заявленное изобретение, является повышение объемного КПД насоса и обеспечение длительной работы насоса при высоких давлениях нагнетания.

Для достижения указанного технического результата в центробежно-шестеренном насосе, содержащем корпус с патрубками входа и выхода, установленные в расточках корпуса подпятники, радиальные центробежные крыльчатки с индивидуальными каналами подвода рабочей жидкости, закрепленные в ведущей и ведомой шестернях, выполненных с кольцевыми расточками у ножек зубьев, сопрягаемыми с разделителями полостей всасывания и нагнетания, установленными в подпятниках, подпятники выполнены в виде двух общих для ведущей и ведомой шестерен подшипников скольжения, на одном из которых выполнена боковая прорезь, соединяющая индивидуальные каналы подвода рабочей жидкости к радиальным центробежным крыльчаткам с патрубком входа, при этом глубина прорези ограничена плоскостью, проходящей через центры подшипников.

В одном из подшипников может быть выполнена компенсационная зона, соединенная с давлением нагнетания, контур которой совпадает с контуром разделителей полостей всасывания и нагнетания, и ограниченная с одной стороны размерами разделителей, а с другой стороны - наружной поверхностью подшипника скольжения со стороны давления нагнетания. Отличительные признаки, а именно, выполнение подпятников в виде двух общих для ведущей и ведомой шестерен подшипников скольжения, на одном из которых выполнена боковая прорезь, соединяющая индивидуальные каналы подвода рабочей жидкости к радиальным центробежным крыльчаткам с патрубком входа, при этом глубина прорези ограничена плоскостью, проходящей через центры подшипников, позволяют значительно повысить величину рабочего давления, создаваемого насосом, и создать условия безкавитационной работы.

Выполнение компенсационной зоны, соединенной с давлением нагнетания, контур которой совпадает с контуром разделителей, и ограниченной с одной стороны размерами разделителей, а с другой стороны - наружной поверхностью подшипника скольжения со стороны давления нагнетания, позволяет полностью компенсировать давление нагнетания, действующее на подвижный подпятник со стороны шестерен. В результате повышается объемный КПД насоса и обеспечивается длительная работа насоса при высоких давлениях нагнетания. Предложенное устройство представлено на чертежах фиг.1-4, где на фиг.1 показан продольный разрез предложенного насоса, на фиг.2 - сечение по А-А фиг.1, на фиг.3 - сечение по Б-Б фиг.1 и на фиг.4 - сечение по В-В фиг.1, и описано ниже.

Центробежно-шестеренный насос содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, фланец 4 и торцевую крышку 5. В расточках корпуса установлены неподвижный 6 и подвижный 7 подпятники. Подпятник 7 поджат пружиной 8. В расточках корпуса также установлены ведущая 9 и ведомая 10 шестерни с закрепленными на них радиальными центробежными крыльчатками 11, имеющими индивидуальные каналы подвода рабочей жидкости. Шестерни 9 и 10 снабжены кольцевыми расточками у ножек зубьев, сопрягаемыми с разделителями 12, 13 полостей всасывания и нагнетания. Разделители 12, 13 установлены в подпятнике 7 или могут быть выполнены с ним за одно целое.

Подпятники 6 и 7 выполнены в виде двух общих для шестерен 9 и 10 подшипников скольжения, один из которых (подпятник 7) имеет боковую прорезь Е, соединяющую индивидуальные каналы подвода рабочей жидкости к радиальным центробежным крыльчаткам от патрубка 2 входа. Глубина прорези Е ограничена плоскостью Г-Г (фиг.4), проходящей через центры подпятников. Подпятник 7 на торце, прилегающем к крышке 5, имеет замкнутую фигурную канавку прямоугольного профиля сечения с установленным уплотнительным кольцом 14 (фиг.2), внутренняя полость (компенсационная зона) Ж которого связана с давлением нагнетания.

Контур компенсационной зоны Ж совпадает с контуром разделителей 12 и 13 и ограничен с одной стороны размерами профильной канавки D; D₁; L; L₁ (фиг.2), равными соответствующим размерам D′; D′₁; L′; L′₁ разделителей (фиг.3), а с другой стороны - наружной поверхностью подпятника (подшипника скольжения) 7 со стороны давления нагнетания. При равенстве указанных размеров подпятник 7 полностью разгружен от осевых гидравлических сил и поджатие его к шестерням 9 и 10 обеспечивается пружинами 8.

При работе насоса рабочая жидкость из патрубка 2 входа через боковую прорезь Е поступает к центробежным крыльчаткам 11 и далее по каналам в межзубовое пространство ведущей 9 и ведомой 10 шестерен, откуда через выходной патрубок 3 отводится потребителю.

Подпятники 6 и 7, выполненные в виде двух общих для обеих шестерен подшипников скольжения, позволяют значительно повысить величину рабочего давления, создаваемого насосом, т.к. нагрузка от высокого давления, действующая на валы шестерен, воспринимается подпятниками 6 и 7. Глубина прорези Е для подвода жидкости к радиально-центробежным крыльчаткам, ограниченная плоскостью, проходящей через центры отверстий подвижного подпятника 7, позволяет создать условия безкавитационной работы центробежно-шестеренного насоса за счет обеспечения расчетной площади входного сечения с сохранением прочности подпятника, а выполненная на подвижном подпятнике и соединенная с давлением нагнетания компенсационная зона Ж (фиг.2), контур которой совпадает с контурами разделителей 12, 13 полостей всасывания и нагнетания, позволяет полностью компенсировать давление нагнетания, действующее на подвижный подпятник со стороны шестерен, а пружинами 8 обеспечить поджатие подвижного подпятника к торцам шестерен с расчетным усилием, для компенсации торцевых зазоров, сократив тем самым утечки, повысив объемный КПД центробежно-шестеренного насоса, а также сохранить КПД неизменным в течение длительной эксплуатации насоса.

Центробежно-шестеренный насос относится к насосам для систем топливопитания газотурбинных двигателей. Центробежно-шестеренный насос содержит корпус с патрубками входа и выхода, установленные в расточках корпуса подпятники, радиальные центробежные крыльчатки с индивидуальными каналами подвода рабочей жидкости, закрепленные в ведущей и ведомой шестернях, выполненных с кольцевыми расточками у ножек зубьев, сопрягаемыми с разделителями полостей всасывания и нагнетания, установленными в подпятниках. Подпятники выполнены в виде двух общих для ведущей и ведомой шестерен подшипников скольжения, на одном из которых выполнена боковая прорезь, соединяющая индивидуальные каналы подвода рабочей жидкости к радиальным центробежным крыльчаткам с патрубком входа. Глубина прорези ограничена плоскостью, проходящей через центры подшипников. Такое выполнение конструкции насоса позволяет сократить утечки, повышая объемный КПД насоса. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Центробежно-шестеренный насос, содержащий корпус с патрубками входа и выхода, установленные в расточках корпуса подпятники, радиальные центробежные крыльчатки с индивидуальными каналами подвода рабочей жидкости, закрепленные в ведущей и ведомой шестернях, выполненных с кольцевыми расточками у ножек зубьев, сопрягаемыми с разделителями полостей всасывания и нагнетания, установленными в подпятниках, отличающийся тем, что подпятники выполнены в виде двух общих для ведущей и ведомой шестерен подшипников скольжения, на одном из которых выполнена боковая прорезь, соединяющая индивидуальные каналы подвода рабочей жидкости к радиальным центробежным крыльчаткам с патрубком входа, при этом глубина прорези ограничена плоскостью, проходящей через центры подшипников.2. Насос по п.1, отличающийся тем, что на одном из подшипников выполнена компенсационная зона, соединенная с давлением нагнетания, контур которой совпадает с контуром разделителей, и ограниченная с одной стороны размерами разделителей, а с другой стороны наружной поверхностью подшипника скольжения со стороны давления нагнетания.