Комбинированный центробежно-шестеренный насос Российский патент 2023 года по МПК F04D13/12 

Изобретение относится к гидравлическим насосам объемного вытеснения с вращающимися внешними рабочими органами и может быть использовано в маслосистемах авиационных газотурбинных двигателей для подачи и откачки масла.

Известен комбинированный центробежно-шестеренный насос, содержащий установленные на валах шестерни, снабженные с торцов обращенных на вход центробежными колесами, а с тыльных сторон подпятниками, элементы взаимной фиксации и крепления центробежного колеса с шестерней и элементы передачи крутящего момента от вала к шестерне (патент РФ №2449177, кл. F04D 13/12, опубл. 27.04.2012).

В известном насосе для фиксации от проворота центробежного колеса относительно шестерни используются сопрягаемые между собой выступы и пазы, выполненные на торцовых прилегающих друг к другу сторонах, соответственно, центробежного колеса и шестерни, а для их крепления между собой используются другие элементы конструкции (стяжной болт с радиальным фиксатором на конце).

Радиальный фиксатор устанавливается в совместно просверленные отверстия в ступице шестерни и в болте. Такая конструкция увеличивает трудоемкость изготовления насоса и его массу, усложняет сборку и его переборку. К другим недостаткам следует отнести низкую надежность работы элементов передачи крутящего момента от вала к шестерне (тонкий радиальный штифт, установленный в совместно обработанные отверстия в валу и ступице шестерни), что ослабляет самый напряженный элемент конструкции - приводной вал.

Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, состоит в упрощении конструкции центробежно-шестеренного насоса за счет совмещения функций фиксации от проворота и крепежа центробежного колеса и шестерни в едином элементе конструкции, а также в повышении надежности работы насоса за счет размещения элементов передачи крутящего момента на валу и ступице шестерни.

Указанный технический результат достигается тем, что комбинированный центробежно-шестеренный насос, содержащий установленные на валах шестерни, состоящие из зубчатого венца и ступицы, а также снабженные с торцов, обращенных на вход, центробежными колесами с дисками, а с тыльных сторон подпятниками, элементы фиксации и крепления центробежного колеса к шестерне и элементы передачи крутящего момента от вала к шестерне, согласно предложению содержит сквозные отверстия, выполненные с наклоном относительно оси вращения вала в диапазоне углов (38÷45)° и проходящие в шестерне между зубчатым венцом и ступицей, а в центробежном колесе через диск, при этом каждое центробежное колесо зафиксировано и закреплено относительно шестерни цилиндрическими штифтами с длиной, превышающей диаметр не менее чем в три раза, установленными с натягом в сквозные отверстия, причем вал расположен внутри диска так, что боковой поверхностью перекрывает выход из сквозных отверстий в диске внутрь насоса, а подпятник торцом, прилегающим к тыльной стороне шестерни, перекрывает выход из сквозных отверстий в ступице шестерни наружу насоса, причем элементы передачи крутящего момента расположены на валу и шестерне.

Целесообразно цилиндрические штифты выполнить полыми и снабдить их на концах, обращенных в сторону подпятника, сферическими наконечниками, а подпятник установить подвижно в осевом направлении и подпружинить к тыльной стороне шестерни.

Целесообразно центробежное колесо зафиксировать и закрепить относительно шестерни не менее чем трем цилиндрическими штифтами.

Установка с натягом цилиндрических штифтов в сквозные отверстия, выполненные под углом к оси вращения вала и проходящие одновременно через ступицу шестерни и дисковую часть центробежного колеса, позволила отказаться от использования стяжного болта с радиальным фиксатором, что упростило конструкцию насоса и сократило его массу. Выполнение элементов передачи крутящего момента на валу и ступице шестерни позволило отказаться от использования тонкого цилиндрического штифта при передаче крутящего момента от вала к шестерне, что повысило надежность работы насоса.

На фиг.1 изображен общий вид комбинированного центробежно-шестеренного насоса. На фиг.2 изображен элемент А фиг.1 в масштабе 2:1.

Насос содержит корпус 1, в колодцах (расточках) которого размещены установленные на валы 2 и находящиеся в зацеплении шестерни 3, у ножек зубчатого венца которых вырезаны кольцевые проточки 4 для прохода масла из полости всасывания 5 в полость нагнетания 6. Шестерни 3 со стороны торцов, обращенных на вход насоса (полость всасывания 5), оборудованы центробежными колесами 7, зафиксированными и закрепленными относительно шестерен с помощью трех цилиндрических штифтов 8, зафиксированных в сквозные отверстия 9, просверленные совместно в шестерне 3 между зубчатым венцом и ступицей, а в центробежном колесе 7 в диске колеса и расположенные под углом (38÷45)° к оси вращения вала 2. Шестерни 3 с тыльной стороны снабжены подпятниками 10 поджатыми к ним пружинами 11, установленными в корпусе 1 с внешней стороны каждого подпятника в количестве четырех штук.

Подпятники 10 установлены так, что своим торцом перекрывают выход из сквозных отверстий 9 наружу насоса, причем валы 2 своей боковой поверхностью перекрывают выход из сквозных отверстий 9 в диске центробежного колеса 7 внутрь насоса, что обеспечивает надежность контровки штифтов 8 от выпадания.

Концы цилиндрических штифтов 8, обращенных в сторону подпятников 10, снабжены сферическими наконечниками 12.

Шестерни 3 центрируются по валам 2 и соединены с ними с помощью шлиц 13.

При работе насоса крутящий момент через нижний приводной вал 2 с помощью шлиц 13 передается одной из шестерен 3. Зафиксированные и закрепленные на торцах шестерен 3 с помощью трех цилиндрических штифтов 8 центробежные колеса 7 приходят во вращение. При вращении центробежных колес 7 под действием развиваемого ими напора масло из полостей всасывания 5 будет поступать через межлопаточные каналы в кольцевые проточки 4 в шестернях 3 в межзубовые впадины, а затем выдавливаться через полость нагнетания 6 на выход насоса. При работе насос испытывает большие вибрации от двигателя, которые могут привести к ослаблению натяга цилиндрических штифтов 8 в сквозных отверстиях 9 (вплоть до его полного исчезновения). Выпаданию штифтов 8 будет препятствовать боковая поверхность валов 2, которая перекрывает выход из сквозных отверстий 9 в диске центробежного колеса 7 внутрь насоса, а выпаданию цилиндрических штифтов 8 из сквозных отверстий 9 в ступице шестерен 3 наружу насоса будет препятствовать подпружиненный в сторону шестерни подпятник 10, кроме того сферические наконечники 12, выполненные на концах штифтов 8, обращенных в сторону подпятника, позволяют резко сократить потери трения.

Изобретение относится к гидравлическим насосам объемного вытеснения с вращающимися внешними рабочими органами и могут быть использованы в маслосистемах авиационных газотурбинных двигателей для подачи и откачки масла. Комбинированный центробежно-шестеренный насос содержит установленные на валах шестерни, состоящие из зубчатого венца и ступицы, а также снабженные с торцов, обращенных на вход, центробежными колесами с дисками, а с тыльных сторон подпятниками, элементы фиксации и крепления центробежного колеса к шестерне и элементы передачи крутящего момента от вала к шестерне. Центробежно-шестеренный насос содержит сквозные отверстия, выполненные с наклоном относительно оси вращения вала в диапазоне углов (38÷45)° и проходящие в шестерне между зубчатым венцом и ступицей, а в центробежном колесе через диск. Каждое центробежное колесо зафиксировано и закреплено относительно шестерни цилиндрическими штифтами с длиной, превышающей диаметр не менее чем в три раза, установленными с натягом в сквозные отверстия. Вал расположен внутри диска так, что боковой поверхностью перекрывает выход из сквозных отверстий в диске внутрь насоса, а подпятник торцом, прилегающим к тыльной стороне шестерни, перекрывает выход из сквозных отверстий в ступице шестерни наружу насоса, причем элементы передачи крутящего момента расположены на валу и шестерне. Технический результат - упрощение конструкции центробежно-шестеренного насоса за счет совмещения функций фиксации от проворота и крепежа центробежного колеса и шестерни в едином элементе конструкции, а также повышение надежности работы насоса за счет размещения элементов передачи крутящего момента на валу и ступице шестерни. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Комбинированный центробежно-шестеренный насос, содержащий установленные на валах шестерни, состоящие из зубчатого венца и ступицы, а также снабженные с торцов, обращенных на вход, центробежными колесами с дисками, а с тыльных сторон подпятниками, элементы фиксации и крепления центробежного колеса к шестерне и элементы передачи крутящего момента от вала к шестерне, отличающийся тем, что содержит сквозные отверстия, выполненные с наклоном относительно оси вращения вала в диапазоне углов (38÷45)° и проходящие в шестерне между зубчатым венцом и ступицей, а в центробежном колесе через диск, при этом каждое центробежное колесо зафиксировано и закреплено относительно шестерни цилиндрическими штифтами с длиной, превышающей диаметр не менее чем в три раза, установленными с натягом в сквозные отверстия, причем вал расположен внутри диска так, что боковой поверхностью перекрывает выход из сквозных отверстий в диске внутрь насоса, а подпятник торцом, прилегающим к тыльной стороне шестерни, перекрывает выход из сквозных отверстий в ступице шестерни наружу насоса, причем элементы передачи крутящего момента расположены на валу и шестерне.

2. Комбинированный центробежно-шестеренный насос по п. 1, отличающийся тем, что цилиндрические штифты выполнены полыми и снабжены на концах, обращенных в сторону подпятника, сферическими наконечниками, а подпятник установлен подвижно в осевом направлении и подпружинен к тыльной стороне шестерни.

3. Комбинированный центробежно-шестеренный насос по п. 1, отличающийся тем, что каждое центробежное колесо зафиксировано и закреплено относительно шестерни не менее чем тремя цилиндрическими штифтами.