ОСЕВОЙ ГЕРОТОРНЫЙ НАСОС
AXIAL PROGRESSIVE-CAVITY PUMP (PCP)

Изобретение относится к области авиадвигателестроения и, в частности, к маслонасосам системы смазки авиационного газотурбинного двигателя (ГТД).
Известен осевой героторный насос, содержащий приводной вал, установленную на нем по меньшей мере одну пару эксцентрично расположенных шестерен, размещенные по их торцам диски, элементы осевой фиксации вала и приводную рессору вала (Т.М.Башта. «Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем», Москва, «Машиностроение», 1974 г., стр.352, рис.135).
2
К недостатку известного насоса следует отнести низкую надежность работы элементов осевой фиксации приводного вала. Осевое смещение вала в обе стороны ограничивается благодаря упору тел качения в боковые поверхности беговых дорожек в обоймах подшипника. При длительной работе насоса с высокой частотой вращения (n>10000 об/мин) и при больших радиальных нагрузках на подшипник, например при больших перепадах давления (ΔР>8 кгс/см), происходит интенсивный износ как беговых дорожек, так и тел качения подшипников, что приводит к нарушению осевой фиксации вала (осевой люфт вала относительно корпуса резко возрастает).
Как известно, работающий авиационный ГТД подвержен вибрационным нагрузкам, действующим на многие элементы его конструкции, в том числе и на вал насоса с нарушенной осевой фиксацией, что может привести к разрушению насоса и отказу двигателя в работе.
Следует обратить внимание на то, что при нарушении осевой фиксации приводного вала происходит относительное смещение масляных каналов в дисках и корпусе относительно масляных каналов в приводном валу, внутрь которого подается масло для смазки подшипников, при этом наступает «масляное голодание» подшипников, что также приводит к поломке насоса.
Весьма существенным недостатком известного героторного насоса является консольное расположение шестерен на валу, так как оно не допускает сочетания различного количества секций (параллельно работающих насосов) и ступеней (последовательно работающих насосов) в одном блоке, что крайне важно для авиационного агрегата.
Задачей изобретения является повышение надежности осевой фиксации приводного вала героторного насоса.
Указанная задача решается тем, что в известном осевом героторном насосе, содержащем приводной вал, установленную на нем по меньшей мере одну пару эксцентрично расположенных шестерен, размещенные по их торцам диски, элементы осевой фиксации вала и приводную рессору вала, согласно изобретению, вал установлен в опорных отверстиях, выполненных в дисках, а элементы фиксации вала выполнены в виде стопорного кольца, установленного в кольцевой проточке, размещенной на наружной поверхности вала между внутренней шестерней и одним из дисков, и заведенного в кольцевой паз, выполненный в торце внутренней шестерни, контактирующей с этим диском, причем глубина паза больше толщины стопорного кольца.
Осевая фиксация вала с помощью стопорного кольца, установленного в кольцевой проточке вала и размещенного внутри кольцевого паза в торце внутренней (ведущей) шестерни, позволит отказаться от использования в качестве элементов осевой фиксации вала деталей опорного подшипника, имеющих высокий износ при работе насоса, что повысит надежность фиксации вала.
Подпружинив вал со стороны приводной рессоры, имеется возможность сократить время контакта левого торца вращающегося вместе с валом стопорного кольца с неподвижным диском, при этом правый торец стопорного кольца, заведенный в кольцевой паз в торце внутренней шестерни, будет вращаться вместе с ней, что исключит появление трущихся пар при работе насоса и износ элементов осевой фиксации приводного вала.
Выполнив стопорное кольцо отдельно от вала, получим возможность при контакте кольца с неподвижным диском уменьшить скорость скольжения стопорного кольца относительно диска, так как оно имеет возможность проворачиваться в кольцевой проточке вала, что сокращает потери мощности насоса на трение.
Наличие центральных отверстий в обоих дисках дает возможность выполнить приводной вал двухопорным, что позволит установить на нем несколько пар шестерен нескольких параллельно работающих насосов в едином корпусе.
На фиг.1 показан продольный разрез двухсекционного осевого героторного насоса;
на фиг.2 - поперечный разрез А-А фиг.1;
на фиг.3 изображены стопорные кольцо;
на фиг.4 изображено пружинное стопороное кольцо.
Героторный насос содержит корпус 1, в котором размещены две пары находящихся в зацеплении шестерен. Внутренняя (ведущая) шестерня 2 соединена с приводным валом 3 через цилиндрическую шпонку 4. Внешняя (ведомая) шестерня 5 установлена внутри эксцентрикового кольца 6. По торцам шестерен размещены деки 7, через центральные отверстия в которых пропущен вал 3. Крайние диски 7 являются опорными для вала 3. Между передним диском 7 и внутренней шестерней 2 в кольцевой проточке 8 вала 3 установлено разрезное стопорное кольцо 9, заведенное в кольцевой паз 10 в торце внутренней шестерни 2, причем глубина паза 10 больше толщины стопорного кольца 9. Вал 3 посредством шлицевого соединения связан с приводной рессорой 11, а между торцами вала 3 и рессоры установлена пружина сжатия 12.
При вращении приводной рессоры 11 начинает вращаться связанный с ним вал 3. Крутящий момент от вала 3 через шпонки 4 передается внутренним шестерням 2. Внутренние шестерни 2 приводят во вращение внешние шестерни 5, которые начинают вращаться внутри эксцентриковых колец 6, ось которых смещена по отношению к оси внутренних шестерен 2 на величину эксцентриситета, равного 2,75 мм, при этом происходит перемещение объемов масла из полости всасывания в полость нагнетания корпуса 1 (направление движения масла показано стрелками а фиг.1).
При работе насоса пружина 12 будет стремиться переместить вал 3 вправо (усилие пружины сжатия составляет ≈0,5 кгс), при этом левая кромка кольцевой проточки 8 упрется в левый торец стопорного кольца 9, который отойдет от торца переднего неподвижного диска 7 и прижмется другим торцом (правым) в торец кольцевого паза 10 внутренней шестерни 2. Осевое усилие, действующее на вал 3 вправо, будет восприниматься торцом диска 7, расположенного со стороны задней стенки передней пары шестерен 2 и 5.
При перемещении вала 3 влево контакт левого торца стопорного кольца 9 с передним неподвижным диском 7 будет кратковременным, так как под действием усилия пружины 12 вал 3 опять переместится вправо и потянет за собой стопорное кольцо 9. Таким образом обеспечивается минимальный износ элементов осевой фиксации приводного вала 3 при работе героторного насоса, а амплитуда перемещений вала может быть получена не более 0,1 мм, так как, в основном, разница двух размеров (глубина кольцевого паза 10 и толщины стопорного кольца 9) определяет величину смещения вала 3, а торцовый зазор в шестернях 2 и 5 и торцовый зазор стопорного кольца в кольцевой проточке 8 выполняются минимальными. Через раскрытый торцовый зазор с левой стороны передней пары шестерен 2 и 5 будет просачиваться масло из полости нагнетания в полость всасывания; оно обеспечит как смазку торца стопорного кольца 9, так и его охлаждение, а боковая стенка кольцевого паза 10 внутренней шестерни 2 предотвратит выпадение двух половинок стопорного кольца 9 при действии на них центробежных сил от вращения вала 3.
Изобретение повышает надежность работы героторного насоса, а также позволяет уменьшить его габариты и массу.