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 (см. RU  2313005 C2, F04C 2/08, 20.12.2007), с повышенными механическим и объемным КПД, которые достигаются как за счет усовершенствования конструкции камер компенсации торцевых зазоров и оптимизации сил прижатия уплотнительных втулок, так и за счет локализации зон воздействия высокого давления на корпус путем улучшения уплотнений полостей высокого и низкого давления. Такая конструкция шестеренной гидромашины устраняет заклинивание уплотнительных втулок, обеспечивает их оптимальное поджатие к торцам шестерен и герметизацию полостей высокого и низкого давления в корпусе машины.
Также известен шестеренный насос (см. RU 2343315 C1, F04C 2/08, 10.01.2009), в цилиндрических расточках корпуса которого размещены с образованием полостей высокого и низкого давления шестерни внешнего зацепления. По одну сторону шестерен цапфы установлены в подшипниках скольжения, выполненных в виде подшипниковых уплотнительных втулок, сопряженных между собой по плоскостям и установленных с возможностью осевого перемещения. По другую сторону шестерен подшипники выполнены в виде зафиксированных в корпусе тонкостенных антифрикционных втулок. На цилиндрических проточках подвижно в осевом направлении установлены снабженные уплотнениями кольцевые втулки-упоры. Проточки выполнены эксцентричными относительно плоскости симметрии гидромашины, которая проходит через продольные оси симметрии цапф шестерен. При этом проточки смещены в сторону полости низкого давления. Технической задачей изобретения является создание компактной конструкции шестеренной гидромашины с уменьшенными объемными и механическими потерями за счет рационального торцевого уплотнения шестерен и повышение степени локализации зоны воздействия высокого давления на внутренние полости.
Также известен шестеренный насос (см. RU 2477388 C2, F04C 2/08, 10.03.2013), содержащий корпус, ведущую и ведомую шестерни с цапфами, установленными в подвижных опорах скольжения, и устройство гидравлической компенсации с поджимными камерами, расположенными на тыльной стороне опор скольжения и соединенными с зоной высокого давления каналами подвода рабочей жидкости, выполненными в опорах скольжения. Эластичные поджимные камеры выполнены замкнутыми с переменным поперечным сечением с возможностью разжима и изменения своего поперечного сечения при изменении давления в зоне высокого давления для предотвращения перекоса и обеспечения постоянного торцевого зазора с обеих сторон шестерен. Изобретение направлено на удержание постоянного зазора между торцами втулок и шестерен, обеспечение самоподжатия за счет изменения поперечного сечения эластичной поджимной камеры при изменении давления в напорной полости насоса.
Основным недостатком данных технических решений являются, повышенная трудоемкость изготовления большей части деталей и сборки насосного агрегата.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является шестеренный насос (см. RU 162576 U1, F04C 2/08, 20.06.15), который состоит из корпуса, в расточках которого размещены шестерни внешнего зацепления с цапфами, образующие с расточками корпуса камеры всасывания и нагнетания, каналы подвода и отвода рабочей жидкости, отличающийся тем, что корпус выполнен составным и 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.
Недостатком данного технического решения является невозможность регулирования торцевого зазора насосного агрегата, что сказывается на снижении его производительности.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является упрощение конструкции, снижение массы насосного агрегата за счет отсутствия подшипников на ведомом валу и изготовления ведомого вал-шестерни и втулок из композитного материала, и как следствие улучшение антифрикционных качеств насоса, а также повышение производительности насосного агрегата за счет регулирования торцевого зазора.
Данная задача решается за счет того, что в насосе, содержащем составной корпус, в расточках которого размещены шестерни внешнего зацепления, изготовленные из композитного материала, с цапфами, образующие с расточками корпуса камеры всасывания и нагнетания, каналы подвода и отвода рабочей жидкости, причем в средней части корпуса размещены торцевые компенсаторы, а расточки под цапфы задней и передней части корпуса выполняют роль подшипниковых узлов, при этом комбинация материалов шестерен, корпуса и валов имеют значение коэффициента трения скольжения 0.1, ведущий вал установлен с помощью подшипников, а в ведомом валу роль подшипниковых узлов выполняют расточки под цапфы задней и передней части корпуса, при этом торцевые компенсаторы установлены с возможностью регулирования торцевого зазора при помощи установленных в корпусе регулировочных винтов.
Расточка под цапфу в случае ведомого вала используются в качестве подшипникового узла, что позволяет исключить наличие самих подшипников и тем самым упростить конструкцию агрегата.. Комбинация материалов с невысоким коэффициентом трения скольжения в парах трения цапфа ведомой шестерни - корпус, шестерни-корпус также позволяет обеспечить низкое трение и возможность исключения подшипников на валу ведомой шестерни, а, следовательно, упростить его конструкцию и снизить массу. Увеличивающийся, вследствие естественного износа торцевой зазор способствует увеличению утечек с течением времени, и, как следствие, падению объемного коэффициента полезного действия. Поэтому наличие двух колец, поджимающих торцевые компенсаторы к торцам шестерен с помощью четырех регулирующих винтов, позволяет образовать с расточками корпуса и шестернями герметичные камеры всасывания и нагнетания, и, тем самым, сохранить производительность насосного агрегата.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен вид насоса спереди и сзади;
На фиг. 2 изображен разрез А-А насосного агрегата;
На фиг. 3 изображен разрез Б-Б насосного агрегата;
Насос содержит заднюю часть корпуса 3, среднюю часть корпуса 2, переднюю часть корпуса 1, торцевые компенсаторы 4 и 5, ведущий вал 6 с ведущей шестернею 8, ведомый вал 7 с ведомой шестернею 9, втулки 10, 11, гайку 18, металлическое кольцо 13, фторопластовое кольцо 14, винты с внутренним шестигранником 16 и 17, кольцо уплотнительное 19, манжету 20, подшипники 21, шайбу 22, шпонку 15 и штифты 23.
Шестеренный насос работает следующим образом.
При включении насоса и вращении шестерен 8 и 9 в направлении, указанном на фиг. 3, в камере всасывания 24 зубья шестерен 8 и 9 выходят из зацепления, и происходит увеличение объема межзубовой камеры 25.
Поэтому жидкость заполняет эту камеру и переносится при вращении шестерен в камеру нагнетания 26. Во время работы насоса часть рабочей жидкости смазывает соприкасающиеся поверхности корпуса в расточках 27 и ведомого вала 7, обеспечивая дополнительное снижение коэффициента трения скольжения для выбранной комбинации материалов.
Сборка насоса шестеренного может быть выполнена следующим образом. В заднюю часть корпуса 3 устанавливается уплотнительное кольцо 19, металлическое кольцо 13 и фторопластовое кольцо 14. В среднюю часть корпуса 2 устанавливаются ведущая шестерня со шпонкой 15 и ведомая шестерня. Далее с обеих сторон монтируются торцевые компенсаторы 4 и 5. Затем собранная средняя часть центрируется с помощью штифтов 23 с задней частью корпуса 3. При этом цапфы ведущего 6 и ведомого валов 7 ведущей 8 и ведомой 9 шестерен должны попасть в расточки корпуса. Затем устанавливается второе уплотнительное кольцо 19 в передний корпус 1, который центрируется посредством штифтов 23 с уже собранными корпусами 3 и 2. Полученная конструкция (три корпуса 1, 2 и 3) скрепляется крепежными элементами, например винтами 17. Далее на вал ведущей шестерни 8 устанавливается один из подшипников 21 до упора в корпус 1, затем две втулки 10 и 11, еще один подшипник 21, и далее все это фиксируется гайкой с наружной резьбой 12. После чего в корпус 1 спереди монтируется манжета 20. Затем на резьбовую часть ведущего вала 6 устанавливается гайка 18 с шайбой 22. В самый последний момент устанавливают четыре регулирующих винта 16 в заднюю часть корпуса 3 Насос готов к монтажу на объект.
В настоящее время разработана техническая документация и изготовлен опытный образец шестеренного насоса с регулируемым торцевым зазором, подтверждающий наличие вышеприведенного технического результата.