Шестеренный насос Российский патент 2024 года по МПК F04C2/08 F04C15/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к шестеренным насосам, и может быть использовано для экструзии полимеров, а также для перекачки различных высоковязких жидкостей при малых скоростях вращения шестерен.

Из существующего уровня техники известен шестеренный насос (патент РФ на изобретение №2451836, МГЖ F04C 2/08, опубл. 27.05.2012), который содержит две шестерни, каждая из которых выполнена со шлифованными внутренней и наружной поверхностями и торцевыми плоскостями. Шестерни и пластины выполнены из аустенитной стали. Торцевые поверхности каждой шестерни и поверхности пластин, обращенные в сторону шестерен отполированы и пластически деформированы с помощью суспензии на основе ультрадисперсных алмазов с размерами зерен менее 100 нм на доводочном диске однодискового плоскодоводочного станка, при вращении трафаретов, в которые вставлены шестерни или пластины, вокруг своей оси, при одновременном вращении доводочного диска, и таким образом на деталях сформирован поверхностный более прочный деформированный слой толщиной от 12 до 20 нм и твердостью в 3-3,5 раза выше твердости остального материала.

Недостатками данного насоса является отсутствие дополнительной возможности избавления от прилипания вязкой жидкости к стенкам шестерен и насоса, а также отсутствие возможности перекачки большого количества рабочего тела при малой скорости вращения вал-шестерней, отсутствие лабиринтного уплотнения, которое позволит избежать утечек из рабочей камеры.

Также известен насос для перекачки нефтепродуктов (патент РФ на полезную модель №60645, МПК F04C 2/00, опубл. 27.01.2007), содержащий переднюю и заднюю крышки, корпус с колодцами, в которых установлены ведущая и ведомая шестерни, вращающиеся в подшипниках, установленных в этих же колодцах.

Недостатками данного насоса является отсутствие дополнительной возможности избавления от прилипания вязкой жидкости к стенкам шестерен и насоса.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является шестеренный насос (авторское свидетельство №1714065, МПК Е04С 2/04, опубл. 23.02.1992), который состоит из корпуса с торцевыми крышками, в цилиндрических расточках которого размещены установленные на валах ведущая и ведомая шестерни с возможностью осевого перемещения.

При этом данная конструкция обладает недостатком в виде недостаточного уплотнения на вал-шестернях, а также отсутствие возможности избавления от прилипания вязкой жидкости к стенкам шестерен и насоса.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является перекачка расплава полимера, а также различных высоковязких жидкостей при малой скорости вращения шестерен, минимизация утечек и возможность поддержания температуры рабочего тела при помощи нагревательных штырей.

Техническим результатом является повышение эффективности и надежности работы шестеренного насоса при малой скорости вращения шестерен.

Технический результат достигается за счет того, что в шестеренном насосе, содержащем корпус с торцевыми крышками, в цилиндрических расточках которого размещены, установленные на подшипниках скольжения, валы с шестернями, установлено, по меньшей мере, шесть съемных штырей с возможностью их нагрева, они имеют разную длину и установлены таким образом, чтобы охватить тепловым воздействием все области вокруг основного канала, где протекает рабочее тело, при этом максимально возможно удалены от подшипников скольжения, а на валах установлены лабиринтные уплотнения, причем технические характеристики зубчатых шестерен определены с помощью значения коэффициента модуля зубчатых колес, полученного по следующей зависимости:

у=-0,2191n(x)+0,933,

где x - окружная скорость зубчатого колеса (м/с).

Нагревательные штыри обеспечивают отсутствие прилипания рабочего тела в виде полимера к деталям устройства, что повышает эффективность и надежность его работы.

Для минимизации утечек расплава полимера применяется лабиринтное уплотнение, установленное на вал-шестернях, которое позволяет высоковязкому рабочему телу не выходить за рабочую камеру насосного агрегата.

Математическая формула расчета коэффициент модуля зубчатых колес позволяет спроектировать зубчатое зацепление под условия работы с расплавом полимера и высоковязкими жидкостями при малой скорости вращения шестерен, а именно позволяет рассчитать шестерни с большей шириной и меньшим количеством зубьев при сохранении подачи. Это в свою очередь позволяет увеличить подачу за счет большей ширины и снизить количество пульсаций за счет меньшего числа зубьев.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен шестеренный насосный агрегат;

на фиг. 2 изображен разрез шестеренного насосного агрегата;

на фиг. 3 указан вид А шестеренного насоса.

Внешняя оболочка насоса состоит из трех элементов, двух крышек корпуса (2) и корпуса (1), соединенных при помощи шестнадцати винтов (11), в сам корпус запрессовываются четыре подшипника (3), они обеспечивают вращение и отсутствие перетечек между корпусом и валами с шестернями (4) и (5), также в корпус ввинчиваются четыре длинных штыря (9) и два штыря коротких (10), длиной 310-350 мм и 110-140 мм соответственно, данная длина выбрана для обеспечения прочности корпуса при давлении нагнетания до 30 МПа, данные штыри служат для подогрева корпуса во время протекания через него расплава полимера во избежание прилипания расплава к частям насоса, месторасположение штырей обосновано тем, что они установлены вокруг основного канала где протекает рабочее тело, но при этом максимально возможно удалены от подшипников скольжения во избежание ускорения износа из-за нагрева подшипника, для герметизации насосного агрегата используются лабиринтные уплотнения (8), которые обеспечивают отсутствие утечек между корпусом (1) и крышкой (2), а также позволяют исключить протекание через вал-шестерню за границу насоса. Крышка глухая (6) и крышка сквозная (7) служат для закрывания отверстий под уплотнительные кольца, данные крышки крепятся на винты (12).

Принцип работы шестеренного насоса заключается в том, что ведущий вал с шестерней (4) аппарата вращается при постоянном контакте с ведомым валом с шестерней (5). При этом валы с шестернями вращаются в противоположные стороны от полости всасывания, в момент выхода зубьев из зацепления со стороны входа образуется разряжение. За счет образования этого разряжения рабочее тело попадает в полость всасывания, которая образуется парой зубьев, где перемещается в полость нагнетания, а там в свою очередь выталкивается зубьями в нагнетающую полость. При это зубья попеременно выталкивают рабочее тело из соответствующих межзубовых камер противоположного вала с шестерней. Во время работы насоса штыри (9, 10) нагревают рабочую область насосного агрегата до требуемой температуры, для поддержания температуры поступившего рабочего тела.

Пример.

При использовании данного насосного агрегата для экструзии полимерной пленки, требуется поддерживать температуру расплава 210-230 градусов по цельсию, благодаря нагревательным штырям (9) и (10) можно поддерживать данную температуру в рабочей области насоса, штыри нагревают и поддерживают их температуру при помощи специального нагревательного элемента, который включен в установку нагрева, что позволяет обеспечить отсутствие прилипания расплава к элементам насоса и поддержания требуемой температуры расплава для получения качественной продукции. Также из-за большой вязкости расплава (30000 Пас) за счет ранее упомянутого лабиринтного уплотнения становятся невозможны утечки из насосного агрегата.

Для проектирования зубчатых венцов валов с шестернями, требующихся для обеспечения необходимой окружной скорости, была использована зависимость для получения коэффициента модуля зубчатых колес:

у=-0,2191n(x)+0,933,

где x - окружная скорость зубчатого колеса (м/с);

-0,219 и 0,933 - числа, полученные эмпирическим путем.

Чтобы проиллюстрировать важность данной формулы, сравним параметры вала с шестерней и расхода, которые получаются при использовании коэффициента модуля зубчатого венца вала с шестерней, рассчитанного при помощи выведенной формулы, и максимально близким по значению коэффициентом, который известен из стандартного способа его нахождения. Данные расчета представлены в таблице 1.

Из приведенной таблицы можно сделать вывод, что вал с шестерней, рассчитанный при помощи стандартного коэффициента, получился с большим количеством зубьев и меньшей шириной, из-за таких параметров, для получения требуемого расхода необходимо гораздо большая скорость вращения, что приводит к большему количеству пульсаций расхода, что пагубно влияет на качество пленочной продукции при использовании расплава полимера или других высоковязких жидкостей в качестве рабочего тела.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к шестеренным насосам, и может быть использовано для перекачивания расплавов полимеров и высоковязких жидкостей при малых скоростях вращения шестерен. Насос шестеренный содержит корпус 1 с торцевыми крышками 2, в цилиндрических расточках которого размещены установленные на подшипниках скольжения 3 валы с шестернями 4, 5. В корпусе установлено, по меньшей мере, шесть съемных штырей 9, 10 с возможностью их нагрева. Штыри 9, 10 имеют разную длину и установлены таким образом, чтобы охватить тепловым воздействием все области вокруг основного канала, где протекает рабочее тело. Штыри 9, 10 максимально возможно удалены от подшипников скольжения 3. На валах установлены лабиринтные уплотнения 8. Технические характеристики шестерен 4, 5 определены с помощью значения коэффициента модуля зубчатых колес, полученного по определенной зависимости. Изобретение направлено на повышение эффективности и надежности работы шестеренного насоса при малой скорости вращения шестерен. 3 ил., 1 табл.

Насос шестеренный, содержащий корпус с торцевыми крышками, в цилиндрических расточках которого размещены установленные на подшипниках скольжения валы с шестернями, при этом в корпусе установлены съемные штыри с возможностью их нагрева, отличающийся тем, что в корпусе установлено, по меньшей мере, шесть съемных штырей, они имеют разную длину и установлены таким образом, чтобы охватить тепловым воздействием все области вокруг основного канала, где протекает рабочее тело, при этом максимально возможно удалены от подшипников скольжения, а на валах установлены лабиринтные уплотнения, причем технические характеристики шестерен определены с помощью значения коэффициента модуля зубчатых колес, полученного по следующей зависимости:

у=-0,2191n(х)+0,933,

где х - окружная скорость зубчатого колеса (м/с).