ШЕСТЕРЕННЫЙ ДОЗИРУЮЩИЙ НАСОС
METERING GEAR PUMP

Изобретение относится к машиностроению, в частности к шестеренным дозирующим насосам с внешним зацеплением шестерен, и может быть использовано для дозированной подачи агрессивных растворов полимеров, в том числе в прядильных машинах, формирующих химические волокна мокрым и сухо-мокрым способом, и других коррозионно-активных жидких сред.
Известен шестеренный дозирующий насос, содержащий корпус, приводной вал и закрепленный на корпусе шестеренный механизм, все детали которого выполнены из стали мартенситного класса ЭП890-Ш, термообработанной до твердости HRC≥56 (см. авторское свидетельство SU №922316, кл. F04C 2/04, 23.04.1982).
Однако вышеуказанная сталь имеет в своем составе 11% хрома в отсутствие никеля и не является коррозионно-стойкой, поэтому при дозировании химически активных сред происходит быстрое изнашивание пар трения насоса. Наиболее подвержено коррозии и износу сопряжение вал-корпус, поскольку электродные потенциалы металлов этих деталей сильно отличаются. Это приводит к образованию гальванической пары и ускорению электрохимической коррозии и механического изнашивания трибосопряжений, вследствие чего приводной вал быстро изнашивается, что приводит к изменению геометрии других трибосопряжений. В результате дозирующие характеристики насоса перестают соответствовать заданным.
Известен шестеренный насос, состоящий из корпуса, с размещенными в его цилиндрических расточках шестернями внешнего зацепления с цапфами, установленными в подшипниках скольжения, торцовых компенсаторов с манжетами, сопряженными с торцовыми поверхностями шестерен, образующими с расточками корпуса камеры всасывания и нагнетания, каналы подвода и отвода перекачиваемой жидкости и полости для смазки подшипников, участки которых, расположенные со стороны торцовых поверхностей шестерен, соединены с камерой всасывания каналами, выполненными на торцовой поверхности компенсаторов, при этом канал подвода выполнен сужающимся, а участки полости, расположенные с противоположных от торцовых поверхностей шестерен сторон, соединены дополнительными каналами с каналом подвода (авторское свидетельство SU №1125407, кл. F04C 2/00, 23.11.1984).
Указанная конструкция имеет ограниченные эксплуатационные возможности из-за быстрого износа подшипниковых узлов, повышенного коэффициента трения в зоне контакта цапф шестерен с подшипниками скольжения, недостаточной смазки поверхностей контакта цапф шестерен и отверстий подшипников и неравномерного прижима торцов шестерен к поверхностям торцовых компенсаторов.
Из патента на полезную модель RU №39653, кл. F04В 17/00, 10.08.2004, известен шестеренный насос, состоящий из корпуса насоса из самосмазывающегося материала с выполненными в нем каналом для подвода перекачиваемого продукта, каналом для отвода перекачиваемого продукта и опорным отверстием для приводного вала, верхней крышки шестеренного механизма, корпуса шестеренного механизма с ведущей и ведомой шестернями с внешним зацеплением, нижней опорной пластины и приводного вала насоса с уплотнительной шайбой.
Недостатком данного насоса является низкая устойчивость к агрессивности перекачиваемого продукта. Так, в процессе изготовления синтетических волокон, при перекачивании раствора полимера, содержащего хлористый водород, насос подвергается интенсивному изнашиванию из-за его электрохимической коррозии, интенсифицированной трением, что приводит к изменению геометрии сопряжений шестеренного механизма насоса, следствием чего является выход насоса из строя.
Известен шестеренный насос-дозатор типа 11НШ, содержащий чугунный корпус с каналами для входа и выхода раствора, приводной вал, шестеренный механизм со статором, верхней и нижней крышками, ведущей шестерней, установленной на приводном валу, ведомой шестерней, установленной на оси, отверстием в зоне всасывания, сообщенным с каналом для входа раствора и отверстием в зоне нагнетания, сообщенным с каналом для выхода раствора (см. Технические условия ТУ 92-02.22.075-91. Насосы шестеренные для производства химических нитей). Смазывание сопряжения металлический вал - металлический корпус осуществляется за счет поступления в зону трения дозируемого продукта, не являющегося жидким, пластичным или твердым смазочным материалом. Такое смазывание не является эффективным для пары трения вал-корпус и не имеет эффекта, так как в сопряжении находятся металлы. Кроме этого при наличии в составе раствора щелочи (при производстве вискозного волокна) или соляной кислоты (при производстве параарамидного волокна) наблюдается выход насоса из строя по причинам:
- изнашивания вала и отверстия корпуса из-за их электрохимической коррозии, интенсифицированной трением;
- изнашивание вала и отверстия корпуса приводит к перекосу вала в корпусе и соответственно изменению геометрии сопряжений шестеренного механизма насоса, что, в свою очередь, приводит к ускорению изнашивания деталей механизма. При этом насос теряет свои дозирующие характеристики и снимается с эксплуатации.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является патент RU №2423620, кл. F04C 2/08, 29.09.2009, из которого известен дозирующий шестеренный насос, состоящий из корпуса с входным и выходным отверстиями, приводного вала с уплотнением из антифрикционного материала, верхней и нижней пластин шестеренного механизма, статора шестеренного механизма, ведущей и ведомой шестерен, оси ведомой шестерни, стяжных болтов и накидной гайки.
Недостатками данного насоса является то, что изнашивание вала и отверстия корпуса приводит к перекосу вала в корпусе и соответственно изменению геометрии сопряжений шестеренного механизма насоса, что, в свою очередь, приводит к ускорению изнашивания деталей механизма. При этом насос теряет свои дозирующие характеристики и снимается с эксплуатации.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является снижение скорости изнашивания приводного вала, корпуса и статора насоса, пластин шестеренного механизма, ведущей и ведомой шестерен, увеличение ремонтопригодности насоса за счет возможности замены уплотнительной втулки приводного вала.
Техническим результатом заявленного изобретения является значительное повышение срока эксплуатации шестеренного насоса-дозатора.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что дозирующий шестеренный насос состоит из корпуса с входным и выходным отверстиями, приводного вала с уплотнением из антифрикционного материала, верхней и нижней пластин шестеренного механизма, статора шестеренного механизма, ведущей и ведомой шестерен, оси ведомой шестерни, стяжных болтов и накидной гайки, при этом конструкция насоса дополнительно содержит уплотнительную втулку приводного вала, изготовленную из антифрикционного материала и направляющую втулку с резьбой и накидной гайкой, где уплотнительная втулка закреплена в направляющей втулке, а шестеренный механизм со статором, верхней и нижней пластинами, ведущей шестерней, установленной на приводном валу, ведомой шестерней, установленной на оси, изготавливается из сталей марок 10Х17Н13М2, 10Х17Н13М3Т, 08Х21Н6М2Т, AISI316T.
Антифрикционный материал, из которого изготавливается антифрикционная втулка: фторопласт, полиамид, графит, при этом перечень возможных для изготовления втулки материалов не ограничивается данными материалами.
Шестеренный дозирующий насос показан на фигурах 1-4 чертежей.
Фиг. 1 - вид сверху,
Фиг. 2 - вид сбоку, разрез, где:
1 - корпус насоса,
2 - приводной вал,
3 - верхняя пластина шестеренного механизма,
4 - статор шестеренного механизма,
5 - нижняя пластина шестеренного механизма,
6 - ведущая шестерня,
7 - ведомая шестерня,
8 - ось ведомой шестерни,
9 - уплотнительная втулка,
10 - направляющая втулка,
11 - накидная гайка,
12 - стяжные болты,
13 - канал входного отверстия,
14 - канал выходного отверстия.
Фиг. 3 - разрез Б-Б,
Фиг. 4 - вид А.
Отличительными признаками от аналога и прототипа являются его следующие особенности.
1. Конструкция насоса содержит уплотнительную втулку приводного вала, изготовленную из антифрикционного материала, и направляющую втулку с резьбой и накидной гайкой, что позволяет производить замену втулки.
2. Шестеренный механизм со статором, верхней и нижней пластинами, приводным валом, ведущей шестерней, установленной на приводном валу, ведомой шестерней, установленной на оси, изготавливается из сталей предпочтительно марок 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т, 08Х21Н6М2Т, AISI316T, при этом перечень возможных материалов не ограничивается данными марками стали.
Производственные испытания подтвердили работоспособность и повышенный срок эксплуатации дозирующих шестеренных насосов по изобретению.
Насос работает следующим образом.
Вращение приводного вала 2 передается ведущей шестерне 6 и перекачиваемая жидкость подается по каналу 13 в корпусе 1 в область всасывания шестеренного механизма. Из области всасывания жидкость попадает в область нагнетания шестеренного механизма насоса в объемах, образованных впадинами зубьев ведущей шестерни 6 и ведомой шестерни 7 и статора 4. Из области нагнетания шестеренного механизма жидкость удаляется из насоса по каналу 14. Приводной вал 2 вращается в уплотнительной втулке 9, закрепленной в направляющей 10 с помощью гайки 11 и являющейся одновременно подшипником скольжения для вала 2. Ведомая шестерня 7 вращается на оси 8.
Результаты испытаний на прядильных машинах ОАО "Каменскволокно" шестеренного дозирующего насоса по изобретению показывают высокую эффективность описанной конструкции. Срок эксплуатации шестеренного дозирующего насоса увеличился в 2-2,5 раза в сравнении со сроком эксплуатации известной конструкции. Увеличена ремонтопригодность насоса за счет возможности замены уплотнительной втулки приводного вала.