НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 2008 года по МПК F04D13/12 F04D9/04 F04D29/41 

Изобретение относится к насосным агрегатам для подачи топлива в силовую установку летательного аппарата.

Известен насосный агрегат для подачи топлива в силовую установку летательного аппарата, содержащий корпус с патрубками для подвода и отвода перекачиваемого топлива, приводной вал, установленный в корпусе на радиальных подшипниках, центробежный насос высокого давления, включающий рабочую камеру и рабочее колесо с лопатками, установленное в рабочей камере и закрепленное на приводном валу, пусковой вихревой насос, включающий рабочее колесо, закрепленное на приводном валу, общем с центробежным насосом высокого давления (патент США №3576375, МПК F01D 13/00, НКИ 415-018, 415-143, 1971 г.) - аналог.

Недостатком известного решения является то, что при работе центробежного насоса высокого давления и пускового вихревого насоса, закрепленных на общем приводном валу, возникают большие осевые и радиальные нагрузки, воздействующие на приводной вал и через него на радиальные подшипники приводного вала. Так как подшипники приводного вала смазываются и охлаждаются частью потока перекачиваемого топлива, которая возвращается в общий поток перекачиваемого топлива, подаваемый в силовую систему летательного аппарата, то наличие некомпенсированных радиальных и осевых нагрузок, действующих на приводной вал, приводит к дополнительному нагреву топлива в насосном агрегате и снижению ресурса работы насосного агрегата.

Известен насосный агрегат, содержащий корпус со статором и элементами для подвода и вывода рабочей среды и ротор, включающий приводной вал и размещенный на нем насос постоянной производительности, содержащий рабочее колесо и насос переменной производительности, содержащий ведущий диск с лопатками и покрывной диск, закрепленные на приводном валу, а также расположенный между ними ведомый диск с пазами, выполненный с возможностью перемещения по отношению к ведущему диску (патент РФ №2187707, МПК6 F04D 13/12, 2001 г.) - прототип.

Известный насосный агрегат снабжен средствами для разгрузки осевых и радиальных сил, действующих на приводной вал, что существенно снижает подогрев топлива в насосном агрегате. Однако, так как все основные элементы системы подачи топлива, включая пусковой насос, смонтированы на общем приводном валу, в известном насосном агрегате сложно оптимизировать режимы работы всех типов насосов, установленных на общем приводном валу, что приводит к дополнительному подогреву топлива и низкой надежности и долговечности работы насосного агрегата.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности и долговечности насосного агрегата путем оптимизации режимов работы его отдельных элементов, разгрузки опор ротора от действия неуравновешенных осевых сил и снижение за счет этого температуры топлива в системе.

Указанный технический результат достигается тем, что в насосном агрегате, содержащем корпус со статором и элементами подвода и вывода рабочей среды и ротор, включающий приводной вал и размещенный на нем насос постоянной производительности, содержащий рабочее колесо и насос переменной производительности, содержащий ведущий диск с лопатками и покрывной диск, закрепленные на приводном валу, а также расположенный между ними ведомый диск с пазами, выполненный с возможностью перемещения по отношению к ведущему диску, статор дополнительно содержит упоры, покрывной диск выполнен с кольцевым выступом, контактирующим с частью поверхности ведомого диска, в котором размещено уплотнительное кольцо, установленное с возможностью перемещения относительно кольцевого выступа покрывного диска при перемещении ведомого диска по отношению к ведущему диску, причем ведущий диск и один из упоров, а также покрывной диск и другой из упоров установлены с образованием полости между ведущим диском и одним из упоров и другой полости - между покрывным диском и другим из упоров, а между ведущим и покрывным дисками также образована полость, полости организованы с возможностью гидравлического соединения с элементами подвода и вывода рабочей среды.

В насосном агрегате центробежный насос постоянной производительности может дополнительно содержать, по меньшей мере, одно рабочее колесо, установленное на приводном валу.

В насосном агрегате лопатки ведущего диска и пазы ведомого диска выполнены с возможностью их контакта при перемещении ведущего и ведомого дисков, причем глубина пазов ведомого диска может быть выбрана из условия обеспечения полного перекрытия их лопатками ведущего диска и не превышает толщину ведомого диска.

В насосном агрегате полость между ведущим диском и одним из упоров и полость между покрывным диском и другим из упоров могут быть соединены с выходом насоса постоянной производительности, а вход насоса переменной производительности может быть соединен с патрубком для подвода рабочей жидкости в насосный агрегат.

В насосном агрегате элементами для подвода рабочей жидкости в насосный агрегат может являться входной патрубок, кольцевая камера, окно и выполненные в корпусе каналы, а элементами вывода могут быть каналы, образующие выходную полость и выходной патрубок.

В насосном агрегате ведущий диск с лопатками может быть выполнен либо в виде одной детали, либо может представлять собой неразъемное соединение.

В насосном агрегате уплотнительное кольцо может быть установлено с возможностью перемещения по образующей относительно кольцевого выступа покрывного диска при перемещении ведомого диска по отношению к ведущему диску.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1-6, где

- на фиг.1 изображен продольный разрез насосного агрегата высокого давления в положении, когда ведомый диск максимально приближен к ведомому диску;

- На фиг.2 изображен в увеличенном масштабе разрез верхней части насоса переменной производительности;

- На фиг.3 изображен в разрезе фрагмент ведущего диска с лопаткой и ведомого диска с пазом;

- На фиг.4 изображен в плане на ведущий диск центробежного насоса переменной производительности;

- На фиг.5 изображен вид в плане на ведомый диск насоса переменной производительности;

- На фиг.6 изображен продольный разрез насосного агрегата высокого давления в положении, когда ведомый диск максимально удален от ведущего диска.

Насосный агрегат имеет корпус, состоящий из двух частей 1 и 2, герметично соединенных друг с другом. Ротор насосного агрегата состоит из приводного вала 3, на котором установлены рабочие колеса 4 и 5 центробежного насоса постоянной производительности и насос 6 переменной производительности. Насос 6 переменной производительности содержит ведущий диск 7, лопатки 8 (фиг.3 и 6), выполненные, например, в виде неразъемного соединения с ведущим диском, покрывной диск 9, закрепленный на приводном валу 3 и установленный симметрично ведущему диску 7 по отношению к лопаткам 8, и ведомый диск 10, установленный между ведущим диском 7 и покрывным диском 9 с возможностью перемещения вдоль приводного вала 3 по отношению к ведущему диску 7 и снабженный пазами 11 (фиг.3), в которые входят лопатки 8 ведущего диска 7 при сближении ведущего диска 7 и ведомого диска 10. На ведомом диске 10 установлено уплотнительное кольцо 12, выполненное с возможностью перемещения по кольцевому выступу покрывного диска 9 при перемещении ведомого диска 10 по отношению к ведущему диску 7. Между частью поверхности ведомого диска 10 и частью поверхности покрывного диска 9 образована полость переменного давления 48.

На ведущем диске 7 и покрывном диске 9 размещены подшипниковые втулки 13 и 14. Вход насоса 6 переменной производительности соединен с входным патрубком 15 насосного агрегата посредством кольцевой камеры 16 и окна 17.

Для герметизации внутренних полостей корпуса насосного агрегата на приводном валу 3 установлены уплотнительные кольца 18 и 19, между которыми размещена распорная втулка, а в части 2 корпуса установлен узел торцевых уплотнений 20.

В частях корпуса 1 и 2 смонтирован статор, состоящий из корпуса 21 подшипникового левого, корпуса 22 подшипникового правового и кольцевой проставки 23, в которой выполнены диффузорные каналы 50, связанные с отводом 25 для вывода рабочей жидкости. В корпусах 21 и 22 запрессованы подшипниковые втулки 26 и 27. К корпусу 21 подшипниковому левому крепится упор 28, а к корпусу подшипниковому 22 правому крепится упор 29. В корпусе 21 подшипниковом левом установлены лопаточные аппараты 30 и 31, обеспечивающие последовательное прохождение рабочей жидкости через рабочие колеса 4 и 5 центробежного насоса постоянной производительности. Приводной вал 3 соединен с рессорой 32, через которую осуществляется привод насосного агрегата. Осевое перемещение ротора насосного агрегата ограничивается подшипниковыми втулками 13 и 14 и упорами 28 и 29, установленными с образованием между ними зазоров 35 и 36, причем их суммарная ширина (35+36) может быть равна, например, 0,3-0,35 мм. Ведущий диск 7 и упор 28, покрывной диск 9 и упор 29, а также сами покрывной диск и ведущий диск установлены с образованием между ними полостей 37, 38, 51 и 41, организованных с возможностью их гидравлического соединения с элементами подвода и вывода рабочей среды. Элементами подвода рабочей среды являются входной патрубок 15, кольцевая камера 16, окно 17 и каналы 40 и 24 в корпусе насосного агрегата. Возможность гидравлического соединения обуславливается в том числе и тем, что часть поверхности ведущего диска 7 и часть поверхности покрывного диска 9 образуют с внутренней поверхностью кольцевой проставки 23 полость 41, величина которой может быть, например, 0,1-0,145 мм. Между частью корпуса насосного агрегата и корпусом подшипниковым правым 22 образована полость 42, которая через каналы системы управления (на чертежах не показана) соединена с выходной полостью 25. Полость 42 посредством каналов 43, выполненных в подшипниковых втулках 14 и 27 и покрывном диске 9, выполнена с возможностью сообщения с полостью 48. Между корпусом насосного агрегата, частью поверхности корпуса 22 подшипника правого и подшипниковых втулок 14 и 27 образована полость 44, связанная с входным патрубком агрегата 15.

Элементами вывода рабочей среды являются каналы, например полости 38, 41, 37 и 51, а также выходной патрубок 45.

Между упором 28 и корпусом 21 подшипника левого образована полость 46, сообщающаяся с каналом 40 для подвода рабочей среды от насоса постоянной производительности.

Заявляемый насосный агрегат позволяет обеспечить при своей работе достижение заявляемого технического результата при его работе в диапазоне давления 20-80 атм.

Конструкция насосного агрегата предусматривает возможность работы в двух вариантах.

При малых потребных расходах (до 3950 л/час) подача рабочей среды осуществляется рабочими колесами 4 и 5 центробежного насоса постоянной производительности. При этом лопатки 8 ведущего диска 7 центробежного насоса 6 переменной производительности полностью перекрывают пазы 11 в ведомом диске 10.

При больших расходах (до 44000 л/час) подача рабочей среды осуществляется одновременно центробежным насосом постоянной производительности и центробежным насосом переменной производительности. При этом лопатки 8 ведущего диска 7 выведены из пазов 11 ведомого диска 10, т.е. открыты каналы для прохода рабочей среды.

Рассмотрим работу насосного агрегата в случае малых потребных расходов.

Рабочая среда подается во входной патрубок 15 насосного агрегата, из которого рабочие колеса 4 и 5 насоса постоянной производительности нагнетают ее к насосу 6 переменной производительности через каналы 40 в полость 46, которая сообщается с полостью 49 через каналы 24 в кольцевой проставке 23. Из полости 46 рабочая среда через полость 35 поступает в полость 37, из которой через полость 51 и каналы 50 поступает в выходную полость 25. Из полости 49 рабочая среда поступает в полость 36, а оттуда через полость 41 и диффузорные каналы 50 в кольцевой проставке 23 - в выходную полость 25.

Рабочая среда из входного патрубка 15 подается в кольцевую камеру 16 и через окна 17 поступает на вход центробежного насоса 6 переменной производительности, проточная часть которого перекрыта ведомым диском 10, сдвинутым в крайнее левое положение (фиг.1). Таким образом, в данном варианте работы подача рабочей жидкости в выходную полость 25 насосного агрегата осуществляется в основном насосом постоянной производительности, что обеспечивает минимальный потребный расход рабочей жидкости через насосный агрегат.

Работа насосного агрегата при больших потребных расходах обеспечивается следующим образом (фиг.6).

В этом случае полость 42 через каналы системы управления соединяется с входным патрубком 15. При этом давление в полости 42 снижается, соответственно, снижается давление в сообщающейся с ней полости 48, образованной между ведомым диском 10 и покрывным диском 9. Ведомый диск перемещается в крайнее правое положение, открывая лопатки 8 ведущего диска 7.

Таким образом, при работе по этому варианту подача рабочей среды в выходную полость 25 насосного агрегата осуществляется путем параллельной работы центробежного насоса постоянной производительности и центробежного насоса 5 переменной производительности. Это обеспечивает возможность при использовании насосного агрегата для целей подачи топлива в двигатель летательного аппарата создавать различные режимы подачи топлива в зависимости от режима работы двигателя.

Конструкция предлагаемого насосного агрегата высокого давления обеспечивает автоматическую разгрузку опор ротора от действия неуравновешенных осевых сил, что обеспечивается следующим образом.

При смещении ротора и связанного с ним ведущего диска 7 влево (фиг.2) увеличивается размер и площадь полости 35 и давление в полости 37, так как размер полости 40 остается неизменным. Одновременно уменьшается сечение полости 36 и давление в полости 38 уменьшается, так как размер полости 40 остается неизменным. Из-за возникновения разницы давлений в полостях 37 и 38 возникает осевая сила, равная неуравновешенной осевой силе, воздействующей на ротор, и перемещение ротора прекращается.

Благодаря описанным выше особенностям выполнения насосного агрегата высокого давления и системы подачи топлива обеспечивается минимальный подогрев топлива в системе, который составляет не более 23°С, что обеспечивает повышение надежности и долговечности как насосного агрегата, так и всего летательного аппарата в целом.

Изобретение относится к насосным агрегатам для подачи топлива в силовую установку летательного аппарата. Насосный агрегат содержит корпус со статором и ротор, включающий приводной вал (ПВ) и размещенные на нем насос постоянной производительности и насос переменной производительности. Насос переменной производительности содержит ведущий диск (Д) с лопатками и покрывной Д, закрепленные на ПВ. Между Д с возможностью перемещения по отношению к ведущему Д расположен ведомый Д с пазами. Статор дополнительно содержит упоры. Покрывной Д выполнен с кольцевым выступом, контактирующим с частью поверхности ведомого Д, в котором размещено уплотнительное кольцо, установленное с возможностью перемещения относительно кольцевого выступа покрывного Д при перемещении ведомого Д по отношению к ведущему Д. Ведущий Д и один из упоров, а также покрывной Д и другой из упоров установлены с образованием полости (П) между ведущим Д и одним из упоров и другой П - между покрывным Д и другим из упоров. Между ведущим и покрывным Д также образована П. П сообщены с элементами подвода и вывода рабочей среды. Изобретение направлено на повышение надежности и долговечности агрегата путем оптимизации режимов работы его отдельных элементов, разгрузки опор ротора от действия неуравновешенных осевых сил и снижение за счет этого температуры топлива в системе. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Насосный агрегат, содержащий корпус со статором и элементами для подвода и вывода рабочей среды и ротор, включающий приводной вал и размещенные на нем насос постоянной производительности, содержащий рабочее колесо, и насос переменной производительности, содержащий ведущий диск с лопатками и покрывной диск, закрепленные на приводном валу, а также расположенный между ними ведомый диск с пазами, выполненный с возможностью перемещения по отношению к ведущему диску, отличающийся тем, что статор дополнительно содержит упоры, покрывной диск выполнен с кольцевым выступом, контактирующим с частью поверхности ведомого диска, в котором размещено уплотнительное кольцо, установленное с возможностью перемещения относительно кольцевого выступа покрывного диска при перемещении ведомого диска по отношению к ведущему диску, ведущий диск и один из упоров, а также покрывной диск и другой из упоров установлены с образованием полости между ведущим диском и одним из упоров и другой полости между покрывным диском и другим из упоров, между ведущим и покрывным дисками также образована полость, полости образованы с возможностью гидравлического соединения с элементами подвода и вывода рабочей среды.2. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что центробежный насос постоянной производительности дополнительно содержит, по меньшей мере, одно рабочее колесо, установленное на приводном валу.3. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что лопатки ведущего диска и пазы ведомого диска выполнены с возможностью их контакта при перемещении ведущего и ведомого дисков, причем глубина пазов ведомого диска выбирается из условия обеспечения полного перекрытия их лопатками ведущего диска и не превышает толщину ведомого диска.4. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что полость между ведущим диском и одним из упоров и полость между покрывным диском и другим из упоров соединены с выходом насоса постоянной производительности, а вход насоса переменной производительности соединен с патрубком для подвода рабочей жидкости в насосный агрегат.5. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что элементами для подвода рабочей жидкости в насосный агрегат является входной патрубок, кольцевая камера, окно и выполненные в корпусе каналы, а элементами вывода - каналы, образующие выходную полость, и выходной патрубок.6. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что ведущий диск с лопатками выполнен в виде одной детали.7. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что ведущий диск и лопатки представляют неразъемное соединение.8. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что насосы постоянной и переменной производительности выполнены центробежными.9. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что уплотнительное кольцо установлено с возможностью перемещения по образующей относительно кольцевого выступа покрывного диска при перемещении ведомого диска по отношению к ведущему диску.10. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью его работы в качестве насосного агрегата высокого давления.