ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС Советский патент 1995 года по МПК F04C2/04 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, например в агрегатостроении.

Известен шестеренный насос, содержащий корпус с каналами низкого и высокого давления, шестерни внешнего зацепления, установленные цапфами в корпусе на подшипниковых блоках. Каждый зуб шестерен имеет рабочую и нерабочую поверхности. На нерабочей поверхности зуба выполнены выемки, а на торцах подшипниковых блоков, обращенных к шестерням, имеются поверхности, не лежащие в одной плоскости.

Недостатком известного шестеренного насоса является то, что при вращении шестерен существуют периоды, когда две рабочие поверхности одной из шестерен находятся в контакте с двумя рабочими поверхностями другой шестерни, в результате чего образуется межзубовый объем, который сначала уменьшается, а потом увеличивается. Пропорции межзубового объема, разделенные зазором, образованным нерабочими поверхностями зубьев, изменяются так, что рабочая жидкость перетекает через зазор из одной полости в другую внутри межзубового объема. Эти изменения объема проявляются в изменениях давления внутри межзубовых объемов. При увеличении вышеуказанного объема происходит уменьшение давления топлива, в результате чего из топлива выделяются пузырьки воздуха или пара. При последующем увеличении давления топлива будет происходить разрушение пузырьков.

Быстрое разрушение пузырьков пара происходит в непосредственной близости с металлической поверхностью и вызывает кавитационную эрозию этой поверхности.

Попытка снижения вышеупомянутого изменения давления и, таким образом, эффекта кавитации за счет введения выемок на нерабочих поверхностях зубьев шестерен не оправдалась, т.к. кавитационная эрозия зубьев не предотвращается, поскольку топливо, поступающее в межзубовые объемы из входного канала насоса, вызывает образование кавитационных полостей на зубьях шестерни и, следовательно, разрушение рядом с зубьями шестерни.

Известен также шестеренный насос, включающий корпус, пару шестерен с внешним зацеплением, нерабочие поверхности каждого зуба имеют выемки рядом с торцовыми поверхностями шестерен, а торцы подшипниковых блоков, соприкасающиеся с шестернями, имеют поверхности, не лежащие в одной плоскости.

Данный шестеренный насос не обладает достаточной надежностью и долговечностью за счет наличия кавитационного износа шестерен. Это особенно касается насосов, предназначенных для работы при больших оборотах и высоких рабочих давлениях топлива.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является шестеренный насос, содержащий корпус с размещенными в нем шестернями внешнего зацепления, компенсаторы объема с ограничителем, установленные в расточках шестерен, причем расточки выполнены со стороны вершины зуба.

Недостатком известного шестеренного насоса является то, что он не обеспечивает предотвращения компрессии рабочей жидкости в межзубовом запертом объеме, что приводит к кавитационной эрозии зубьев и прилегающих поверхностей насоса, а это снижает надежность и долговечность насоса, кроме того данная конструкция имеет ограниченную область применения, так как не может быть использована в шестеренных насосах с эвольвентным профилем зуба.

Целью изобретения является повышение надежности и долговечности насоса за счет устранения кавитационного износа шестерен и расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что в шестеренном насосе, содержащем корпус с размещенными в нем шестернями внешнего зацепления, компенсаторы объема с ограничителем, установленные в расточках шестерен, необходимо расточку выполнить на нерабочей поверхности зуба, в компенсатор объема - в виде тонкостенной герметично замкнутой емкости, заполненной газом под давлением.

На фиг. 1 представлен шестеренный насос, разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - замкнутый межзубовый объем (заштрихованная зона В); на фиг. 4 - пример установки тонкостенной герметично замкнутой емкости в выемке зуба шестерни; на фиг. 5 - сечение Б-Б на фиг. 4.

Шестеренный насос содержит корпус 1 с торцовой крышкой 2 и каналами входа 3 и выхода 4 рабочей жидкости. В цилиндрических расточках корпуса размещены ведущая 5 и ведомая 6 шестерни внешнего зацепления, образующие шестеренный качающий узел и опирающиеся цапфами на подшипники 7 скольжения. На одной из шестерен или на обеих шестернях каждый зуб 8 на своей нерабочей поверхности 9 имеет расточку 10, в которой установлен компенсатор объема, выполненный в виде тонкостенной герметично замкнутой емкости 11, заполненной газом, например воздухом под давлением. Компенсатор снабжен ограничителем перемещения, закрепленным на шестерне.

Шестеренный насос работает следующим образом.

По каналу 3 рабочая жидкость поступает к шестерням 5 и 6 и в межзубовых впадинах переносится на канал 4 выхода из насоса. Поскольку насос приводится во вращение всегда в одну сторону, то только один профиль, называемый "рабочей поверхностью" каждого зуба шестерни, взаимодействует с соответствующей рабочей поверхностью зуба другой шестерни.

Во время работы насоса существуют периоды, когда две рабочих поверхности одной из шестерен находятся в контакте с двумя рабочими поверхностями на другой шестерне. В результате между нерабочими поверхностями образуется межзубовый запираемый объем В (см. фиг. 3).

При вращении шестерен каждый межзубовый объем сначала уменьшается, а затем увеличивается. Эти изменения объема проявляются в изменении давления внутри межзубовых объемов. При уменьшении вышеуказанного объема происходит увеличение давления рабочей жидкости, под действием которого герметичная емкость 11 будет сжиматься, давление внутри компенсатора (11) будет расти, обеспечивая при этом нулевой перепад давлений на стенках, в то же время за счет его сжатия происходит компенсация величины уменьшения межзубового объема, благодаря чему не происходит чрезмерного повышения давления в запираемом объеме.

При увеличении межзубового объема происходит падение давления рабочей жидкости в межзубовом объеме, а следовательно, расширение герметичной емкости 11 и компенсации величины увеличения межзубового объема, благодаря чему резкого падения давления в межзубовом объеме не происходит.

Таким образом установка в выемке зуба шестерни тонкостенной герметично замкнутой емкости, заполненной газом под давлением, обеспечивает бескавитационную работу шестеренного насоса за счет гашения резкого роста, а затем падения давления рабочей жидкости и тем самым предотвращения явления образования, а затем разрушения пузырьков воздуха или пара в замкнутом межзубовом объеме, приводящего к кавитационной эрозии металлических поверхностей насоса.

Использование: в агрегатостроении. Сущность изобретения: в корпусе размещены шестерни внешнего зацепления. Компенсаторы объема с ограничителем установлены в расточках шестерен. Расточка выполнена на нерабочей поверхности зуба, компенсаторы объема - в виде тонкостенной герметично замкнутой емкости, заполненной газом под давлением. 5 ил.

ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС, содержащий корпус с размещенными в нем шестернями внешнего зацепления, компенсаторы объема с ограничителем, установленные в расточках шестерен, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности насоса за счет устранения кавитационного износа шестерен и расширения области применения, расточка выполнена на нерабочей поверхности зуба, а компенсаторы объема - в виде тонкостенной герметично замкнутой емкости, заполненной газом под давлением.