КОМБИНИРОВАННЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНО-ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС
COMBINED CENTRIFUGAL GEAR PUMP

Изобретение относится к области машиностроения и касается насосов, применяемых в маслосистемах авиационных газотурбинных двигателей для подачи и откачки масла.
Известен центробежно-шестеренный насос (патент RU 2143592), содержащий размещенные снаружи центробежных предвключенных крыльчаток и установленные в расточках корпуса шестерни, у которых у ножек зубьев выполнены кольцевые расточки с установленными в них попарно разделителями полостей всасывания и нагнетания.
При работе насоса под действием напора, создаваемого лопастями центробежной крыльчатки, жидкость через кольцевые проточки у ножек зубьев шестерен попадает в межзубовые впадины и переносится ими в полость нагнетания, где отсекается от полости всасывания разделителями полостей всасывания и нагнетания.
В том секторе кольцевой проточки в шестерне, где установлен разделитель полостей всасывания и нагнетания, происходит перекрытие проходного сечения в межзубовых впадинах почти на половину окружности, движение жидкости притормаживается, а приводимая во вращение лопатками центробежной крыльчатки жидкость натыкается на тыльную сторону разделителя, что приводит к росту гидравлического сопротивления в проточной части насоса за счет появления обратных токов и вихреобразования. На частотах вращения центробежно-шестеренного насоса порядка 10000 об/мин описанные недостатки приводят к появлению в нем кавитационной эрозии, приводящей к постепенному разрушению разделителей полостей всасывания и нагнетания, что препятствует использованию насоса в маслосистеме авиационного газотурбинного двигателя с приводом непосредственно от ротора, имеющего частоту вращения значительно превышающую 10000 об/мин.
Задача изобретения заключается в снижении гидравлического сопротивления во всасывающей полости насоса и повышении надежности его работы.
Указанная задача решается тем, что в комбинированном центробежно-шестеренном насосе, содержащем расположенные в расточках корпуса шестерни, у которых у ножек зубьев выполнены кольцевые проточки с установленными в них разделителями полостей всасывания и нагнетания, а с торца, обращенного на вход, размещены предвключенные центробежные крыльчатки, согласно изобретению в нем на разделителях полостей всасывания и нагнетания выполнены серповидные сквозные канавки так, что открытая сторона канавки обращена к выходу из центробежной крыльчатки. Кроме того, тыльная часть разделителей, обращенная навстречу вращения лопаток центробежной крыльчатки, выполнена под острым углом к спинке канавки; разделители полостей всасывания и нагнетания выполнены за одно целое со втулками, защемленными в корпусе насоса.
Выполнение на разделителях полостей всасывания и нагнетания сквозных серповидных канавок для протока жидкости из межлопаточных каналов центробежной крыльчатки позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление проточной части насоса в полости всасывания за счет устранения обратных токов в течении жидкости и сокращения вихреобразования, что в свою очередь позволит исключить появление кавитационной эрозии в работе насоса и повысит надежность его работы на частотах вращения превышающих 10000 об/мин.
Придание тыльной стороне разделителей, обращенной навстречу течения жидкости, вытекающей из межлопаточных каналов, обтекаемой формы (за счет выполнения скоса под острым углом к спинке разделителя) дополнительно уменьшает вихреобразование в проточной части насоса, что также способствует снижению гидравлического сопротивления и повышению его надежности.
Выполнение разделителей за одно целое со втулками, защемленными в корпусе насоса, позволит отказаться от использования специальной арматуры и материалов для крепления разделителей в корпусе (например, резьбовых заглушек, фиксаторов, клея и тому подобное), снижающих надежность работы насоса.
На фиг.1 показан продольный разрез насоса;
На фиг.2 - разрез А-А фиг.1.
Комбинированный центробежно-шестеренный насос содержит корпус, состоящий из трех частей - передней 1, средней 2 и задней 3. В переднюю часть корпуса 1 в расточки заподлицо со стыком (допускается небольшое выступание, компенсируемое упругостью уплотнительных колец, расположенных в стыках 1, 2 и 2, 3 корпуса) установлены втулки 4, выполненные за одно целое с разделителями 5 полостей всасывания 6 и нагнетания 7. Втулки 4 защемлены средней частью 2 корпуса насоса. В расточках средней части 2 корпуса размещены шестерни 8, в которых у ножек зубьев выполнены кольцевые проточки 9, так что разделители 5 попадают внутрь кольцевых проточек 9, перегораживая проходные сечения во впадинах зубьев, образованные проточками 9 в шестернях 8. В разделителях 5 выполнены сквозные серповидные канавки 10 так, что открытая сторона канавки обращена к выходу из центробежной крыльчатки 11, закрепленной на торце, обращенном ко входу, каждой шестерни 8. В тыльных частях разделителей 5 навстречу вращения предвключенных центробежных крыльчаток 11 выполнены под острым углом (≈30°) к спинке канавки 10 скосы 12.
Комбинированный центробежно-шестеренный насос работает следующим образом.
При работе насоса крутящий момент через приводной валик передается одной из шестерен 8. Закрепленные на торцах шестерен 8 предвключенные центробежные крыльчатки 11 приходят во вращение. При вращении центробежных крыльчаток 11 под действием развиваемого ими напора масло из полости всасывания 6 будет поступать через межлопаточные каналы и кольцевые проточки 9 в шестернях 8 в межзубовые впадины не перекрытые разделителями 5.
Некоторая часть масла из межлопаточных каналов центробежных крыльчаток 11 под действием центробежных сил будет перетекать в серповидные сквозные канавки 10, вырезанные в разделителях 5, обтекая при этом скосы 12 на тыльных сторонах разделителей.
Описанная особенность течения масла в проточной части полости всасывания 6 позволяет устранить в потоке масла обратные токи и уменьшить вихреобразование, что приведет к исчезновению кавитационной эрозии при работе комбинированного центробежно-шестеренного насоса на высоких частотах вращения (свыше 10000 об/мин) и позволит приводить насос во вращение напрямую от ротора двигателя (минуя понижающий редуктор).
Предложенное изобретение позволяет проводить доводку насосов с минимальными материальными затратами за счет того, что доработке подвергаются простые съемные детали-разделители 5.