ЦЕНТРОБЕЖНО-ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС
ROTARY GEAR PUMP

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к насосам, применяемым в маслосистемах авиационных газотурбинных двигателей, предназначенных к установке на сверхзвуковые самолеты, летающие при скоростях М>2,3 и высотах Н>25 км.
Известен центробежно-шестеренный насос, содержащий расположенные в расточках корпуса и находящиеся в зацеплении шестерни, выполненные внутри ступицы шестерен каналы подвода жидкости в межзубовые полости и закрепленные в корпусе разделители полостей всасывания и нагнетания (см. патент на изобретение RU 2484308, МПК F04C 11/00, F04D 13/12, опубл. 10.06.2013 г.).
К недостатку известного насоса следует отнести ограничение его работы по частоте вращения шестерен. При достижении частоты вращения шестерен ~ 7000 об/мин прекращается рост производительности насоса, а при увеличении частоты вращения шестерен свыше 7000 об/мин происходит постепенное ее снижение. Причиной снижения производительности насоса является увеличенное гидравлическое сопротивление при течении жидкости в тракте «каналы подвода - межзубовые полости шестерен», связанное с недостаточной пропускной способностью каналов подвода. Центробежные силы, действующие на попадающую в каналы подвода жидкость, не в состоянии преодолеть увеличивающееся при росте частоты вращения шестерен гидросопротивление, что приводит к ухудшению заполняемости межзубовых полостей, следовательно, к снижению производительности. Также недостаточная пропускная способность каналов подвода негативно влияет на высотные характеристики насоса. На высотах Н>25 км, давление в полостях всасывания падает и становится недостаточным для преодоления гидравлического сопротивления каналов подвода.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является снижение гидросопротивления тракта «каналы подвода - межзубовые полости шестерен».
Заявленный технический результат достигается тем, что в центробежно-шестеренном насосе, содержащем расположенные в расточках корпуса и находящиеся в зацеплении шестерни, выполненные внутри ступицы шестерен каналы подвода жидкости в межзубовые полости, и закрепленные в корпусе разделители полостей всасывания и нагнетания, согласно изобретению, каналы подвода выполнены внутри ступицы шестерни в два ряда с наклоном к оси ее вращения и заборными отверстиями направленными в противоположные друг от друга стороны, причем заборные отверстия каждого ряда каналов подвода сообщены с автономными полостями всасывания, выполненными в корпусе по обеим сторонам шестерен и сообщенными с входом в насос, при этом выпускные отверстия каналов подвода противоположных рядов сообщены между собой через общие межзубовые полости, а разделители полостей всасывания и нагнетания установлены в корпусе по обеим сторонам шестерен с перекрытием заборных отверстий каналов подвода, контактирующих с внешними стенками разделителей.
Выполнение каналов подвода внутри ступицы шестерен в два ряда и установка по обеим их сторонам разделителей полостей всасывания и нагнетания позволит задействовать в работе насоса обе стороны шестерен, тем самым повысив его производительность без установки дополнительных шестерен.
Выполнение каналов подвода с наклоном к оси вращения шестерен и заборными отверстиями, направленными в противоположные друг от друга стороны, а выпускными, сообщенными между собой через общие межзубовые полости, позволит улучшить заполнение последних при пониженном давлении в полостях всасывания, а также при частотах вращения шестерен ~ 7000 об/мин и выше.
Выполнение полостей всасывания автономными позволит упростить конструкцию маслосистемы авиационных газотурбинных двигателей за счет сокращения количества маслонасосов, необходимых для откачки масла.
На прилагаемых чертежах изображен заявляемый центробежно-шестеренный насос:
На фиг. 1 - продольный разрез центробежно-шестеренного насоса
На фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1
Центробежно-шестеренный насос содержит корпус, состоящий из трех частей - передней 1, средней 2 и задней 3, скрепленных между собой болтами. В расточках средней части 2 корпуса расположены находящиеся в зацеплении шестерни 4, 5, установленные на валах 6, 7, причем вал 6 приводной. В передней 1 и задней 3 частях корпуса перед торцами шестерен 4, 5 выполнены автономные полости всасывания 8, 9, сообщенные с входом в насос. В ступицах шестерен 4, 5 с обеих сторон под межзубовыми полостями соосно вырезаны расточки 10, 11 и просверлены два ряда каналов подвода 12, 13 с наклоном к оси вращения шестерен, сообщающие межзубовые полости через расточки с полостями всасывания 8, 9. Между передней 1 и средней 2, а также между средней 2 и задней 3 частями корпуса зафиксированы подпятники 14, 15 с выполненными за одно целое с ними разделителями 16, 17. Разделители 16, 17, установлены внутри расточек 10, 11 в ступице шестерен 4, 5, с перекрытием заборных отверстий 18, 19, каналов подвода 12, 13, контактирующих с внешними стенками разделителей. Выпускные отверстия 20, 21 каналов подвода 12, 13 сообщены между собой через общие межзубовые полости шестерен 4, 5.
Устройство работает следующим образом.
При работе насоса приводится во вращение вал 6. Так как шестерни 4, 5 соединены через шлицы с валами 6, 7 и находятся в зацеплении между собой, они также начинают вращаться. Первоначально масло самотеком от входа в насос поступает одновременно в две автономные полости всасывания 8, 9, откуда попадает в расточки 10, 11 в ступицах шестерен 4, 5 и заполняет те каналы подвода 12, 13, в которых заборные отверстия 18, 19 не перекрыты внешней боковой стенкой разделителей 16, 17. При вращении шестерен 4, 5 на находящееся в каналах подвода 12, 13 масло начнет действовать центробежная сила, способствующая его перетеканию из каналов подвода в межзубовые полости шестерен, при этом часть заборных отверстий 18, 19 перекрывается внешней боковой стенкой разделителей 16, 17 и находящееся в межзубовых полостях масло переносится зубьями шестерен в полость нагнетания 22, откуда на выход насоса оно попадает вследствие вытеснения его зубьями одной шестерни из межзубовой полости другой шестерни. При дальнейшем вращении шестерен 4, 5 освобождающиеся от масла межзубовые полости вновь наполняются, так как у каналов подвода 12, 13 снова раскрываются заборные отверстия 18, 19 и далее в ходе работы насоса описанный процесс повторяется.
Реализация изобретения позволит улучшить высотные характеристики насоса, а также повысить его производительность на частотах вращения шестерен ~ 7000 об/мин и выше, за счет снижения гидросопротивления тракта «каналы подвода - межзубовые полости шестерен».