НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 2008 года по МПК F04C11/00 F04D1/06 

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в системах топливопитания авиационных двигателей.

Известно насосное устройство, содержащее сборный корпус, в котором на опорах смонтированы шестерни шестеренного насоса. Через отверстие одной из шестерен пропущена рессора, скрепленная с данной шестерней (ведущая шестерня). Соосно ведущей шестерне в корпусе смонтировано рабочее колесо шнекоцентробежного насоса, кинематически связанное с рессорой, которая соединяет в единую кинематическую цепь ведущую шестерню шестеренного насоса и рабочее колесо шнекоцентробежного насоса. Для приведение во вращение шестерен шестеренного насоса и рабочего колеса шнекоцентробежного насоса предназначена входная рессора, скрепленная с ведущей шестерней. Для исключения утечек перекачиваемой среды в конструкции насосного устройства предусмотрены уплотнительные элементы, а на хвостовике ведущей шестерни помещено торцовое уплотнение с уплотнительной манжетой.

Для осуществления работы насосного устройства прикладывают вращательный момент к входной рессоре, вращение с которой передается на ведущую шестерню шестеренного насоса и через рессору на рабочее колесо шнекоцентробежного насоса, то есть оба насоса практически одновременно вступают в работу. Перекачиваемая среда, например, топливо, каждым из насосов подается под высоким давлением для питания двигателя (см. а.с. СССР №800424, кл.F04С 11/00, 1981 г.) - наиболее близкий аналог.

В результате анализа выполнения данного насосного устройства необходимо отметить, что данное устройство представляет два скомпонованных в одном корпусе насоса (шестеренный и шнекоцентробежный), каждый из которых обеспечивает подачу топлива в топливную систему. Однако конструкция данного насосного устройства не позволяет обеспечить устойчивую работу устройства на разных режимах, а также обеспечить заданное постоянное давление перекачиваемой среды на выходе насосного устройства при больших перепадах по высоте расходной емкости и входного патрубка насосного устройства при сохранении минимальных габаритов последнего.

Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции насосного агрегата, небольшого по габаритам и массе, обеспечивающего поддержание постоянного высокого давления перекачиваемой среды на выходе, в том числе на всех режимах работы и при значительных перепадах высот емкости с перекачиваемой жидкостью, и входного патрубка насосного агрегата, а также обеспечивающего удаление из перекачиваемой жидкости воздуха и паров топлива.

Поставленная задача обеспечивается тем, что в насосном агрегате, содержащем сборный корпус с входным и выходным каналами, в котором на опорах смонтированы шестерни шестеренного насоса, ведущая из них соединена с приводным торсионом, рабочее колесо шнекоцентробежного насоса, на выходе которого имеется выполненный в корпусе сборник перекачиваемой среды, причем выход шестеренного насоса связан с выходным каналом насосного агрегата, новым является то, что насосный агрегат снабжен установленным в корпусе с возможностью вращения валом, один конец которого соединен с ведомой шестерней шестеренного насоса, а на другом его конце закреплено рабочее колесо шнекоцентробежного насоса, установленное на входе насосного агрегата, который дополнительно снабжен вихревым насосом открытого типа, размещенным между рабочим колесом шнекоцентробежного насоса и шестеренным насосом и выполненным в виде размещенного в расточке корпуса и закрепленного на валу вихревого колеса и вихревого канала, выполненного в корпусе, вход вихревого насоса соединен, как минимум, одним радиальным каналом со сборником перекачиваемой среды, а вихревой канал связан со входом шестеренного насоса, при этом на периферии вихревого канала выполнен карман, к которому подведен дренажный канал.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом, на котором представлен насосный агрегат, осевой разрез.

Насосный агрегат выполнен в виде сборного корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 каналами. В корпусе смонтирован шестеренный насос, выполненный в виде двух шестерен 4 и 5. Шестерня 4 установлена с возможностью вращения в опорах 6 и 7, а шестерня 5 - в опорах 8 и 9. Шестерня 4 соединена с приводной рессорой 10 и является ведущей для шестеренного насоса. В осевое отверстие шестерни 5 (ведомая шестерня) концом пропущен вал 11 и скреплен с шестерней 5.

В корпусе 1 имеется расточка (позицией не обозначена), в которой размещено рабочее (вихревое) колесо 12 вихревого насоса открытого типа, закрепленное на средней части вала 11, на другом конце которого закреплено размещенное в корпусе шнекоцентробежное колесо 13, обращенное к входному каналу 2. Выход шестеренного насоса сообщен с выходным каналом 3.

В корпусе 1 за шнекоцентробежным колесом 13 образована полость (сборник перекачиваемой среды) 14, которая как минимум одним радиальным каналом 15 связана с входом 16 вихревого насоса. В корпусе 1, напротив рабочего колеса 12 выполнен вихревой канал 17 с карманом 18 на его периферии. Периферийная часть вихревого канала каналом 19 связана со входом шестеренного насоса, а карман 18 - каналом 20 - с дренажом.

Для предотвращения утечек перекачиваемой среды в процессе эксплуатации насосного агрегата предусмотрено уплотнение 21 и дренажная система 22.

Нетрудно заметить, что насосный агрегат состоит из трех модулей: модуля высокого давления - шестеренного насоса, выход которого соединен с каналом 3, подкачивающего модуля, представляющего собой центробежное колесо; модуля вихревого насоса открытого типа, состоящего из рабочего колеса и вихревого канала (каналов). В зависимости от требований, предъявляемых к системе; например, топливопитания двигателя, тип колеса вихревого насоса, а также количество и вид вихревых каналов могут быть различными.

Таким образом, насосный агрегат представляет скомпонованные в одном корпусе шестеренный насос высокого давления, вихревой насос и центробежный насос. Шестеренный насос обеспечивает высокое давление в системе топливопитания двигателя, причем в режиме запуска при всасывании топлива через заполняемый воздухом трубопровод данный насос выполняет функцию напорного сепарирующего колпака.

Вихревой насос совместно с шестеренным насосом обеспечивает самовсасывание топлива и смеси топлива с его парами и воздухом из расходного бака, обеспечивает отделение паров и воздуха и их удаление через дренажный канал, а также создает давление топлива, необходимое для безкавитационной работы шестеренного колеса во всем диапазоне работы двигателя.

Шнекоцентробежный насос предназначен для расширения диапазона самовсасывания и бескавитационной работы насосного агрегата по высотам.

Предложенная конструкция насосного агрегата позволяет быстро компоновать устройство в зависимости от требований к системе топливопитания двигателя.

Учитывая, что все модули насосного агрегата размещены в одном корпусе и функционируют от одного привода, то это позволяет значительно (примерно на 50%) уменьшить массу насосного агрегата.

Предложенная компоновка насосного агрегата обеспечивает его эффективную работу на оборотах от 1000 об/мин до 10000 об/мин и выше, а также самовсасывание топлива с его парами и воздухом из расходного бака, расположенного ниже входного канала насосного агрегата до 2,5 м.

Конструкция узлов и элементов, входящих в насосный агрегат (насосов, опор, уплотнений и пр.) является известной, она не составляет предмета патентной охраны и в материалах данной заявки подробно не раскрыта.

Согласование характеристик шестеренного, вихревого и шнекоцентробежного насосов обеспечивается с помощью известных средств и рассчитывается по известным методикам.

Насосный агрегат работает следующим образом.

При включении привода насосного агрегата вращательный момент передается на приводную рессору 10, которая приводит во вращение скрепленное с ней ведущее колесо 4 шестеренного насоса. Ведущее колесо 4 приводит во вращение ведомое колесо 5, а последнее - скрепленный с ней вал 11, а следовательно, и закрепленные на нем колеса 12 и 13. Все механизма агрегата при его включении практически одновременно вступают в работу. Топливо из емкости (бака) всасывается вихренвым колесом 13 через входной канал 2 и по рабочим поверхностям колеса нагнетается в сборник 14, создавая в нем избыточное давление, вследствие чего топливо по радиальному каналу 15 подается на вход 16 вихревого насоса, где оно захватывается лопастями вихревого колеса 12 и получает от него энергию. Перемещаясь по вихревому каналу 17 и снова переходя в межлопаточные полости рабочего колеса 12, топливо многократно увеличивает свой напор. Воздух и пары топлива отбрасываются на периферию вихревого канала 17 в карман 18 и отводятся по каналу 20 в дренаж.

Сепарированное от воздуха и паров топливо от вихревого насоса по каналу 19 под давлением, достаточным для безкавитационной работы шестеренного насоса, подается на вход шестеренного насоса, проходя через который под заданным высоким давлением подается в выходной канал 3, а оттуда - в систему топливопитания двигателя.

Таким образом, согласованная работа модулей насосного агрегата обеспечивает: самовсасывание топлива из топливной емкости со значительным перепадом уровня топлива и оси входного канала агрегата; очистку топлива путем удаления из него паров и воздуха, обеспечение подачи очищенного топлива под постоянным высоким давлением вне зависимости от пульсаций давления на входе агрегата; создание высокого давления постоянного значения в системе топливопитания двигателя.

Топливо, просочившееся в процессе функционирования насосного агрегата через уплотнение 21, отводится через дренаж 22.

Несомненным достоинством конструкции насосного агрегата, кроме указанного выше, является и то, что она легко собирается и разбирается, что весьма важно при обслуживании и ремонте агрегата, а также то, что компонуя агрегат модулями с различными характеристиками, можно в значительной степени регулировать параметры насосного агрегата.

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в системах топливопитания авиационных двигателей. Насосный агрегат содержит сборный корпус с входным и выходным каналами, в котором на опорах смонтированы шестерни шестеренного насоса, ведущая из них соединена с приводным торсионом, рабочее колесо шнекоцентробежного насоса, на выходе которого имеется выполненный в корпусе сборник перекачиваемой среды. Выход шестеренного насоса связан с выходным каналом агрегата. Агрегат снабжен установленным в корпусе с возможностью вращения валом, один конец которого скреплен с ведомой шестерней шестеренного насоса, а на другом его конце закреплено рабочее колесо центробежного насоса, установленное на входе агрегата, который дополнительно снабжен вихревым насосом открытого типа, размещенным между рабочим колесом шнекоцентробежного насоса и шестеренным насосом и выполненным в виде размещенного в расточке корпуса и закрепленного на валу вихревого колеса и вихревого канала, выполненного в корпусе. Вход вихревого насоса соединен, как минимум, одним радиальным каналом со сборником перекачиваемой среды. Вихревой канал связан со входом шестеренного насоса. На периферии канала выполнен карман, к которому подведен дренажный канал. Обеспечивается поддержание постоянного высокого давления перекачиваемой среды на выходе, удаление из перекачиваемой жидкости воздуха и паров топлива. 1 ил.

Насосный агрегат, содержащий сборный корпус с входным и выходным каналами, в котором на опорах смонтированы шестерни шестеренного насоса, ведущая из них соединена с приводным торсионом, рабочее колесо шнекоцентробежного насоса, на выходе которого имеется выполненный в корпусе сборник перекачиваемой среды, причем выход шестеренного насоса связан с выходным каналом насосного агрегата, отличающийся тем, что насосный агрегат снабжен установленным в корпусе с возможностью вращения валом, один конец которого скреплен с ведомой шестерней шестеренного насоса, а на другом его конце закреплено рабочее колесо шнекоцентробежного насоса, установленное на входе насосного агрегата, который дополнительно снабжен вихревым насосом открытого типа, размещенным между рабочим колесом шнекоцентробежного насоса и шестеренным насосом и выполненным в виде размещенного в расточке корпуса и закрепленного на валу вихревого колеса и вихревого канала, выполненного в корпусе, вход вихревого насоса соединен как минимум одним радиальным каналом со сборником перекачиваемой среды, а вихревой канал связан со входом шестеренного насоса, при этом на периферии вихревого канала выполнен карман, к которому подведен дренажный канал.