ЦЕНТРОБЕЖНО-ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС Российский патент 2014 года по МПК F04D13/12 F04C11/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к насосам, применяемым в маслосистемах авиационных газотурбинных двигателей для подачи и откачки масла.

Известен комбинированный центробежно-шестеренный насос, содержащий размещенные в расточках корпуса и находящиеся в зацеплении шестерни, установленные на валах, расположенных в опорных подшипниках, каналы подвода жидкости в межзубовые впадины шестерен и закрепленные в корпусе разделители полостей всасывания и нагнетания (см. патент на полезную модель RU 33606, МПК F01C 13/04, опубл. 27.10.2003.)

В известном насосе в качестве каналов подвода жидкости в межзубовые впадины шестерен используются межлопаточные каналы лопастных центробежных колес, закрепленных на торцах шестерен, обращенных к полости всасывания, что усложняет конструкцию насоса и увеличивает трудоемкость его изготовления.

Для размещения в насосе разделителей полостей всасывания и нагнетания у ножек зубьев шестерен вырезаны кольцевые проточки, подрезающие снизу зубья шестерен, что их ослабляет, так как часть зубчатого венца повисает в воздухе.

Настройка торцовых зазоров в шестернях насоса значительно усложнена тем, что приходится выдерживать одновременно два минимально возможных зазора: между корпусом и шестернями и между торцами разделителей и примыкающими к ним торцами шестерен. Через указанные зазоры масло будет перетекать из полости нагнетания в полость всасывания, что приведет к падению коэффициента полезного действия (КПД) насоса.

Ширина шестерен (длина зуба) в известном насосе увеличена как из необходимости размещения и крепления в них лопастных центробежных колес (крыльчаток), так и для обеспечения в зубчатом венце проходного сечения для каналов подвода жидкости, что увеличивает трудоемкость изготовления центробежно-шестеренного насоса.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является упрощение конструкции, снижение трудоемкости изготовления и повышение КПД центробежно-шестеренного насоса.

Технический результат достигается тем, что в центробежно-шестеренном насосе, содержащем размещенные в расточках корпуса и установленные на валах, расположенных в опорных подшипниках, находящиеся в зацеплении шестерни с выполненными с торца, обращенного на вход, центральными расточками, каналы подвода жидкости в межзубовые впадины шестерен и закрепленные в корпусе разделители полостей всасывания и нагнетания, согласно изобретению каналы подвода жидкости в межзубовые впадины шестерен выполнены внутри ступицы шестерни с наклоном к оси ее вращения и заборными отверстиями, направленными к входу в центральную расточку шестерни, образующую по наружному диаметру сплошную стенку, причем разделители размещены с перекрытием заборных отверстий каналов подвода, контактирующих с внешними стенками разделителей. Кроме того, перед заборными отверстиями каналов подвода жидкости в межзубовые впадины шестерен может быть установлен снабженный хвостовиком направляющий конус так, что основание направляющего конуса упирается в торец центральной расточки шестерни, при этом хвостовик пропущен через шестерню внутрь вала и зафиксирован относительно последнего штифтом, установленном в совместно обработанных радиальных отверстиях в хвостовике и валу и расположенных под одним из опорных подшипников вала.

Выполнение каналов подвода жидкости в межзубовые впадины шестерен непосредственно в ступице шестерни позволит отказаться от необходимости использовать для этой цели межлопаточные каналы лопастного центробежного колеса, поскольку сеть вращающихся вместе с шестерней каналов подвода представляет собой своеобразную лопаточную решетку подкачивающего центробежного насоса, напоминающего по типу радиальный импеллер.

Расположение каналов подвода, выполненных внутри ступицы шестерни с наклоном к оси ее вращения, и заборных отверстий, направленных к входу в центральную расточку шестерни, образующую по наружному диаметру сплошную стенку, позволит упростить обработку каналов подвода, которую станет возможным проводить со стороны торца шестерни, что в свою очередь позволит исключить повреждение бокового профиля зубьев шестерен.

При установке разделителей с перекрытием заборных отверстий каналов подвода, контактирующих с внешними стенками разделителей, отпадает необходимость выдерживать два торцовых зазора, что упрощает сборку насоса и снижает трудоемкость его изготовления.

Установка перед заборными отверстиями каналов подвода направляющего конуса позволит снизить гидравлическое сопротивление на входе высокооборотного насоса, что приведет не только к повышению его КПД, но и к улучшению высотных характеристик.

На прилагаемых чертежах изображен заявляемый центробежно-шестеренный насос:

На фиг.1 - продольный разрез центробежно-шестеренного насоса;

На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Центробежно-шестеренный насос содержит корпус 1, в расточках которого установлены находящиеся в зацеплении шестерни 2, выполненные за одно целое с соответствующими валами 3, размещенными в опорных подшипниках 4. Кроме того, с торца шестерен 2, обращенного на вход, выполнены центральные расточки 5, образующие по наружному диаметру сплошную стенку, а один из валов 3 соединен с приводной рессорой 6. В корпусе 1 также образованы полость 7 всасывания и полость 8 нагнетания, отделенные друг от друга разделителями 9, выполненными за одно целое с закрепленными в корпусе 1 подпятниками 10. Внутри ступицы каждой шестерни 2 с наклоном к оси ее вращения и с заборными отверстиями 11, направленными к входу в центральную расточку 5, выполнены каналы 12, сообщающие полость 7 всасывания с межзубовыми впадинами 13. Перед заборными отверстиями 11 каналов 12 в центральных расточках 5 шестерен 2 установлен направляющий конус 14, основание которого упирается в торец центральной расточки 5. Хвостовик 15 направляющего конуса 14 пропущен через шестерню 2 внутрь вала 3 и зафиксирован относительно него штифтом 16, установленном в совместно обработанных радиальных отверстиях в валу 3 и хвостовике 15, причем штифт расположен под любым из опорных подшипников 4.

Устройство работает следующим образом.

При работе центробежно-шестеренного насоса крутящий момент от рессоры 6 через один из валов 3, например верхний, передается находящимся в зацеплении шестерням 2. Масло с входа в насос первоначально самотеком попадает в полость всасывания 7 и заполняет центральные расточки 5 в шестернях 2, откуда через открытые заборные отверстия 11 каналов 12 поступает в межзубовые впадины 13. Так как каналы 12 вращаются вместе с шестернями 2, то на масло, находящееся в них, будет действовать центробежная сила, способствующая его движению в направлении к межзубовым впадинам 13, а в освобождающемся от масла пространстве каналов 12 образуется разрежение, под действием которого в них начнет поступать новая порция масла, и далее процесс повторяется. Также при вращении шестерен 2 часть заборных отверстий 11 перекрываются внешними стенками разделителей 9, и масло, вытесняемое из межзубовых впадин одной шестерни зубьями другой, не перетекает обратно в полость всасывания 7, а поставляется из полости 8 нагнетания на выход насоса. Чем выше частота вращения шестерен 2 и чем больше длина и количество каналов 12, тем больше действующая на масло центробежная сила и тем лучше характеристики насоса (напорная, высотная, дроссельная, и др.). Однако при этом увеличивается скорость масляного потока, поступающего в заборные отверстия 11 каналов 12, и растет гидравлическое сопротивление на входе насоса, что снижает эффективность его работы. Чтобы повысить эффективность работы насоса, перед заборными отверстиями 11 каналов 12 установлен направляющий конус 14, боковая поверхность которого спрофилирована по направлению линий тока, обеспечивающих течение масла на входе в заборные отверстия 11 с минимальным вихреобразованием.

Реализация изобретения позволит отказаться от необходимости использования для организации подвода жидкости в межзубовые впадины шестерен специального лопаточного колеса (крыльчатки), что упростит конструкцию центробежно-шестеренного насоса и снизит трудоемкость его изготовления, а также увеличит объемный КПД благодаря сокращению утечек, как через торцевые зазоры, так и через радиальные.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к насосам, применяемым в маслосистемах авиационных газотурбинных двигателей. Насос содержит размещенные в расточках корпуса 1 и установленные на валах 3, расположенных в подшипниках 4, находящиеся в зацеплении шестерни 2. С торца каждой шестерни 2, обращенного на вход, выполнены центральные расточки 5. Насос имеет каналы 12 подвода жидкости в межзубовые впадины 13 шестерен 2 и закрепленные в корпусе 1 разделители 9 полостей 7, 8 всасывания и нагнетания и заборные отверстия 11. Каналы 12 выполнены внутри ступицы шестерни 2 с наклоном к оси ее вращения. Отверстия 11 направлены к входу в центральную расточку 5 шестерни 2, образующую по наружному диаметру сплошную стенку. Разделители 9 размещены с перекрытием заборных отверстий 11 каналов подвода, контактирующих с внешними стенками разделителей 9. Сеть каналов 12, вращающаяся вместе с шестернями 2, представляет собой лопастную решетку подкачивающего центробежного насоса. Это позволяет отказаться от использования специального лопаточного колеса, что упростит конструкцию насоса, снизит трудоемкость его изготовления и повысит КПД. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Центробежно-шестеренный насос, содержащий размещенные в расточках корпуса и установленные на валах, расположенных в опорных подшипниках, находящиеся в зацеплении шестерни с выполненными с торца, обращенного на вход, центральными расточками, каналы подвода жидкости в межзубовые впадины шестерен и закрепленные в корпусе разделители полостей всасывания и нагнетания, отличающийся тем, что каналы подвода жидкости в межзубовые впадины шестерен выполнены внутри ступицы шестерни с наклоном к оси ее вращения и заборными отверстиями, направленными к входу в центральную расточку шестерни, образующую по наружному диаметру сплошную стенку, причем разделители размещены с перекрытием заборных отверстий каналов подвода, контактирующих с внешними стенками разделителей.

2. Центробежно-шестеренный насос по п.1, отличающийся тем, что перед заборными отверстиями каналов подвода жидкости в межзубовые впадины шестерен установлен снабженный хвостовиком направляющий конус так, что основание направляющего конуса упирается в торец центральной расточки шестерни, при этом хвостовик пропущен через шестерню внутрь вала и зафиксирован относительно последнего штифтом, установленным в совместно обработанных радиальных отверстиях в хвостовике и валу и расположенных под одним из опорных подшипников вала.