ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к шестеренным насосам, и может быть использована в насосных установках для перекачивания различных жидкостей.
Из существующего уровня техники известен шестеренный насос (заявка РФ на изобретение №96117606, МПК F04C 2/00, F04C 2/08, опубл. 27.12.1998), который состоит из корпуса, в цилиндрических расточках которого размещены шестерни внешнего зацепления, жестко закрепленные на валах, установленных в подшипниках скольжения, каналы для подвода и отвода рабочей жидкости, сообщенные с полостями всасывания и нагнетания, и разгрузочные полости, выполненные на наружной поверхности подшипников и соединенные с полостью нагнетания. При этом на внутренней поверхности подшипников выполнены дополнительные разгрузочные полости, расположенные диаметрально противоположно полости нагнетания, причем упомянутые разгрузочные полости выполнены замкнутыми.
Также известен шестеренный насос (заявка РФ на изобретение №94004729, МПК F04C 2/04, опубл. 20.10.1995), содержащий шестерни, на цапфах которых закреплены втулки, расположенные в подшипниках. Втулки могут быть напрессованы или закреплены с помощью шпонки. Шестерни и подшипники с торцовыми уплотнителями фиксируются в корпусе крышкой. Увеличение диаметра цапф за счет втулки, закрепленной на цапфе, снижает удельные давления в подшипниках, увеличивает окружную скорость на поверхности трения, что способствует образованию гидродинамической подъемной силы в смазочном слое.
Недостатками данных технических решений являются наличие подшипниковых узлов и, как следствие, повышенная трудоемкость изготовления и сборки насосного агрегата.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является шестеренный насос (патент РФ на изобретение №2155881, МПК F04C 2/04 опубл. 10.09.2000), содержащий корпус, в расточках которого размещены шестерни с цапфами, установленными в подшипниковых узлах, торцевые компенсаторы с материалами, взаимодействующие с поверхностями шестерен и образующие с расточками корпуса камеры всасывания и нагнетания. Подшипниковые узлы выполнены в виде металлофторопластовых втулок, установленных отдельно на каждой цапфе шестерен. Полость для смазки подшипникового узла, образованная канавкой на внутренней поверхности втулки, параллельна оси втулки и расположена под углом в 45° от оси камер всасывания и нагнетания, а на боковых поверхностях торцевых компенсаторов, обращенных к поверхностям шестерен, выполнены канавки, по одной на компенсаторе, размещенные под углом ±45° от оси, перпендикулярной оси камер всасывания и нагнетания.
Недостатками данного технического решения являются наличие металлофторопластовых втулок, заменяющих подшипниковые узлы, связанные с этим трудоемкость изготовления и сборки насосного агрегата.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является упрощение конструкции и снижение массы насосного агрегата, при сохранении его производительности.
Данная задача решается за счет того, что насос шестеренный, содержащий корпус, в расточках которого размещены шестерни внешнего зацепления с цапфами, образующие с расточками корпуса камеры всасывания и нагнетания, каналы подвода и отвода рабочей жидкости, имеет составной корпус, который содержит заднюю, переднюю и среднюю части, причем в средней части корпуса размещены торцевые компенсаторы, образующие с расточками корпуса и шестернями камеры всасывания и нагнетания, а расточки под цапфы задней и передней части корпуса выполняют роль подшипниковых узлов, при этом в ведомой шестерне и передней части корпуса выполнен канал, состоящий из осевого отверстия в валу ведомой шестерни и отверстия в передней части корпуса, с возможностью прохождения по нему рабочей жидкости, при этом комбинация материалов корпуса и цапф шестерен имеют значение коэффициента трения скольжения 0,1-0,15.
Изготовление корпуса составным позволяет упростить конструкцию насосного агрегата. Расточки под цапфы, используются в качестве подшипниковых узлов, что позволяет исключить наличие самих подшипников и тем самым упростить конструкцию агрегата. Канал, образованный отверстиями в ведомой шестерни и передней части корпуса, выполняется с целью снижения трения в месте контакта цапф и корпуса. Это также позволяет исключить наличие подшипников в насосном агрегате и тем самым упростить его конструкцию. Комбинация материалов с невысоким коэффициентом трения скольжения 0,1-0,15 в паре трения цапфа - корпус также позволяет обеспечить низкое трение и возможность исключения подшипников из конструкции насосного агрегата, а, следовательно, упростить его конструкцию и снизить массу. При этом подобрать комбинацию материалов используемых в насосостроении с коэффициентом трения менее 0,1 крайне сложно. При коэффициенте трения пары материалов более 0,15 требуется наличие подшипниковых узлов в конструкции агрегата, иначе это приведет к значительным потерям энергии и перегреву материалов. Поскольку одним из материалов в паре трения обычно является более легкий, чем сталь композит или полимер, то это приводит к дополнительному снижению массы насосного агрегата. Отсутствие торцевых компенсаторов ведет к увеличению утечек из рабочих камер насоса. Поэтому наличие в средней части корпуса торцевых компенсаторов позволяет образовать с расточками корпуса и шестернями герметичные камеры всасывания и нагнетания, и, тем самым, сохранить производительность насосного агрегата.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является упрощение конструкции, снижение массы и сохранение производительности насосного агрегата.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена конструктивная схема насосного агрегата;
на фиг. 2 изображен вид А насосного агрегата.
Насос содержит заднюю часть корпуса 1, среднюю часть корпуса 2, переднюю часть корпуса 3, торцевые уплотнители 4, ведущую шестерню 5, ведомую шестерню 6 с цапфами 7, штифты 8, уплотнительные кольца 9 и 10, болты 11 с гайками 12, манжету 13.
Шестеренный насос работает следующим образом.
При включении насоса и вращении шестерен 5 и 6 в направлении, указанном на фиг. 2, в камере всасывания 14 зубья шестерен 5 и 6 выходят из зацепления, и происходит увеличение объема межзубовой камеры 15. Поэтому жидкость заполняет эту камеру и переносится при вращении шестерен в камеру нагнетания 16. Во время работы насоса часть рабочей жидкости смазывает соприкасающиеся поверхности корпуса в расточках 17 и цапф 7, обеспечивая дополнительное снижение коэффициента трения скольжения для выбранной комбинации материалов.
Для достижения технического результата могут быть использованы комбинации материалов, указанные в таблице 1.
Сборка насоса шестеренного может быть выполнена следующим образом. В заднюю часть корпуса 1 устанавливается уплотнительное кольцо 9. В среднюю часть корпуса 2 устанавливаются ведущая и ведомая шестерни. Далее с обеих сторон монтируются торцевые уплотнители 4. Затем собранная средняя часть центрируется с помощью штифтов 8 с задней частью корпуса 1. При этом цапфы 7 ведущей 5 и ведомой 6 шестерен должны попасть в расточки 17 корпуса. Затем устанавливается второе уплотнительное кольцо 10 в передний корпус 3, который центрируется посредством штифтов 8 с уже собранными корпусами 1 и 2. Полученная конструкция (три корпуса 1, 2 и 3) скрепляется крепежными элементами, например болтами 11 с гайками 12. Далее на вал ведущей шестерни 5 устанавливается манжета 13. Насос готов к монтажу на объект.
При работе шестеренного насоса часть рабочей жидкости из области зацепления зубьев через торцевые зазоры распространяется к валам. Для улучшения условий смазки в ведомом валу выполнено осевое отверстие 18 и отверстие 19 в передней части корпуса 3 для образования канала между ведомой 6 и ведущей 5 шестерней. Сохранение производительности насоса обеспечивается за счет увеличения герметичности рабочих камер посредством использования торцевых уплотнителей.
В настоящее время разработана техническая документация и изготовлен опытный образец шестеренного насоса без подшипников, подтверждающий наличие вышеприведенного технического результата.