ДВУХСЕКЦИОННЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНО-ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС

Изобретение относится к авиадвигателестроению, в частности к центробежно-шестеренным насосам для маслосистем газотурбинных двигателей (ГТД).
Известен двухсекционный центробежно-шестеренный насос, содержащий корпус, во внутренней полости которого расположены две крышки, две пары шестерен с крыльчатками, два вала, на каждом из которых установлено по одной из шестерен с крыльчатками каждой пары (см. Патент РФ №2250393, опубл. 20.04.2005 г., F04D 13/12). В данном насосе корпус выполнен в виде двух полуразъемов, образующих замкнутую полость, внутри которой расположены крышки, расположенные друг относительно друга в зеркальном и развернутом на 180° положении, образующие вместе с двумя состыкованными с ними полуразъемами корпуса две замкнутые и изолированные друг от друга полости, в которых попарно размещены шестерни каждой секции.
Недостатком данного технического решения является наличие в конструкции насоса двух замкнутых и изолированных друг от друга полостей, выполнение которых требует наличия самостоятельных выходов для соединения с системой откачки масла, что увеличивает трудоемкость установки насоса на двигатель и снижает его надежность. Другим недостатком указанной конструкции насоса является недостаточная производительность насоса из-за жесткого лимитирования размеров шестерен, устанавливаемых в расточках корпуса.
Увеличение производительности насоса можно осуществить за счет уменьшения торцевого и радиального зазоров. Уменьшение радиальных зазоров достигается за счет увеличения диаметра шестерни и уменьшения
диаметра расточки под шестерню. Уменьшение торцевого зазора производится за счет установки минимального количества регулировочных прокладок, при условии изготовления шестерни с минимальной шириной и максимальной шириной расточки под шестерню. Данное ужесточение размеров приводит к увеличению трудоемкости изготовления деталей или необходимости их подбора из большого количества имеющихся деталей при сборке центробежно-шестеренного насоса, при этом производительность увеличится незначительно (например, для насоса, взятого за прототип, увеличение производительности составит всего около 1 литра).
Технический результат изобретения - повышение производительности насоса, технологичности сборки, а также надежности работы насоса.
нач.
Технический результат достигается тем, что в двухсекционном центробежно-шестеренном насосе, содержащем корпус, во внутренней полости которого расположены две крышки, две пары шестерен с крыльчатками, два вала, на каждом из которых установлено по одной из шестерен с крыльчатками каждой пары, корпус выполнен с одним разъемом, при этом крышки зафиксированы в корпусе с образованием каждой из них и корпусом одной секции насоса, в которой размещена одна пара шестерен с крыльчатками, а обе секции насоса сообщены друг с другом, причем отношение толщины b к диаметру d для каждой шестерни составляет 0,16-0,20.
При этом секции насоса сообщены друг с другом посредством канала, выход которого соединен с трубой откачки масла от насоса.
Секции насоса сообщены друг с другом посредством канала, вход которого соединен с трубой подвода масла к насосу.
Одна из секций насоса может быть соединена с трубой откачки масла от задней опоры двигателя, а другая секция связана с промежуточной опорой двигателя.
Двухсекционный центробежно-шестеренный насос может содержать, по меньшей мере, одну прокладку в каждой секции насоса для обеспечения торцового зазора между шестерней и крышкой.
Прокладка может быть выполнена из алюминия.
Двухсекционный центробежно-шестеренный насос может содержать, по меньшей мере, одну эластичную прокладку для герметичности соединения двух частей корпуса насоса по разъему.
Выполнение корпуса насоса с одним разъемом снижает трудоемкость при сборке насоса и позволяет оптимизировать подсоединение подводящих и отводящих масло трубопроводов к насосу на изделии.
Фиксация крышек в корпусе с образованием каждой из них и корпусом одной секции насоса, в которой размещена одна пара шестерен с крыльчатками позволяет каждой секции насоса самостоятельно производить откачку масла из различных полостей или узлов двигателя.
Выполнение обоих секций насоса таким образом, что они сообщены друг с другом, позволяет соединить обе секции внутри насоса и через единый канал соединиться с системой откачки масла в двигателе, тем самым уменьшить трудоемкость установки насоса на двигатель, снизить вес двигателя и повысить его надежность.
нач.
Выполнение каждой шестерни насоса исходя из условия, что отношение толщины b к диаметру d для каждой шестерни находится в диапазоне 0,16-0,20, позволяет увеличить производительность насоса, а соответственно и оптимизировать работу самого двигателя.
нач.
При отношении толщины b к диаметру d для каждой шестерни менее 0,16 не обеспечивается полная откачка масла из опор, что может привести к обмасливанию лопаток турбины низкого давления (ТНД).
нач.
При отношении толщины b к диаметру d для каждой шестерни более 0,20 приведет к увеличению габаритов насоса, затруднит удаление лишнего воздуха через систему суфлирования.
Таким образом, выполнение корпуса с одним разъемом, фиксация крышек в корпусе насоса с образованием каждой из них и корпусом одной секции насоса, в которой размещена одна пара шестерен с крыльчатками, сообщение обоих секций насоса друг с другом и выполнение шестерни таким образом, чтобы отношение толщины b к диаметру d^ для каждой шестерни составляло 0,16-0,20, позволяет повысить производительность насоса, технологичность сборки и надежность работы насоса, а соответственно повысить ресурс работы насоса и двигателя в целом.
Снабжение насоса, по меньшей мере, одной прокладкой в каждой секции, установленной между крышкой и корпусом насоса, позволяет обеспечить торцовой зазор между шестерней и крышкой или шестерней и подпятником, зафиксированным в корпусе, что также влияет на увеличение надежности и ресурса работы насоса.
Снабжение насоса, по меньшей мере, одной эластичной прокладкой, установленной по разъему, на стыке между двумя соединяемыми частями корпуса насоса, позволяет обеспечить герметичность соединения этих двух частей корпуса по разъему и предохранить насос от утечки масла.
Производительность Q (л/мин) насоса может быть рассчитана следующим образом:
нач.
Q=2π*d*m*b*n,
нач.
где d - диаметр начальной окружности шестерни (мм);
m - модуль зацепления (мм);
b - ширина шестерни (мм);
n - число оборотов шестерни, об/мин.
Из приведенной выше формулы следует, что увеличение производительности Q насоса можно осуществить, в том числе, за счет увеличения толщины b шестерни.
нач.
Выполнение шестерен насоса с заявленным соотношением толщины b к диаметру d, а именно в интервале 0,16-0,20, возможно как в каждой
секции по отдельности (для пары шестерен, расположенных в одной секции), так и суммарно в двух секциях насоса (для всех шестерен насоса).
В табл.1 приведены примеры выбора размеров шестерен и получаемые при этом параметры производительности насоса.
Табл.1
Двухсекционный центробежно-шестеренный насос
Толщина шестерен b, мм (в двух разных секциях насоса)
Производительность насоса Q, л/мин.
Увеличение производительности  насоса, %
Насос прототипа
7,9+7,9
90
-
Заявляемый насос
8+9 или 9+8
95,6
6,25
8+10 или 9+9 или 10+8
101
12,5
Предложенное техническое решение иллюстрируется схематичными чертежами:
на фиг.1 - показан продольный разрез двухсекционного центробежно-шестеренного насоса;
на фиг.2 - сечение А-А насоса;
на фиг.3 - сечение Б-Б насоса.
нач.
Двухсекционный центробежно-шестеренном насос содержит корпус 1, во внутренней полости которого расположены две крышки 2, две пары шестерен 3 с крыльчатками 4, два вала 5 и 6, на каждом из которых установлено по одной из шестерен 3 с крыльчатками 4 каждой пары. Корпус 1 выполнен с одним разъемом, при этом крышки 2 зафиксированы в корпусе 1 с образованием каждой из них и корпусом 1 одной секции насоса, в которой размещена одна пара шестерен 3 с крыльчатками 4. Каждая секция насоса включает полость всасывания (соответственно 7 и 8) и нагнетания (соответственно 9 и 10). Одна из секций насоса соединена с трубой откачки масла от задней опоры, а другая секция связана с промежуточной опорой двигателя. Секции насоса сообщены друг с другом посредством канала 11, выход 12 которого соединен с трубой подвода масла к насосу (на чертежах не показана). Секции насоса сообщены друг с другом также посредством канала 13, вход которого соединен с трубой подвода масла к насосу (на чертежах не показана). Для увеличения производительности насоса, отношение толщины b к диаметру d для каждой шестерни составляет 0,16-0,20.
Двухсекционный центробежно-шестеренный насос может содержать, по меньшей мере, одну прокладку 14 в каждой секции насоса для обеспечения торцового зазора между шестерней 3 и крышкой 2 или шестерней 3 и подпятником 15, зафиксированным в корпусе 1.
Прокладка 14 может быть выполнена из алюминия.
Двухсекционный центробежно-шестеренный насос может содержать, по меньшей мере, одну эластичную прокладку 16 для герметичности соединения двух частей корпуса 1 по разъему.
Двухсекционный центробежно-шестеренный насос работает следующим образом.
При работе насоса приводится во вращение вал 6 (ведущий). Крутящий момент от ведущего вала 6 передается каждой паре шестерен 3 с крыльчатками 4 и далее - на вал 5 (ведомый). Рабочая жидкость из промежуточной опоры поступает в полость всасывания 7, а из задней опоры - по трубопроводу в полость всасывания 8. При вращении шестерен 3, рабочая жидкость, подведенная к всасывающим полостям 7 и 8 соответственно обеих секций насоса поступает на крыльчатки 4 центробежной ступени в осевом направлении, проходит крыльчатки 4 и заполняет впадины шестерен 3 и в межзубовых впадинах переносится из полостей всасывания (соответственно 7 или 8) в полости нагнетания (соответственно 9 или 10). Далее рабочая жидкость посредством канала 11 через выход 12 поступает из полостей нагнетания 9 и 10 в трубу откачки масла, подведенную к магистрали откачки.
Для смазки шестерен 3 рабочей жидкостью (маслом) на режимах, когда откачивание масловоздушной смеси из опор производится насосами, размещенными в опорах двигателя, имеется канал 13 для подвода из системы нагнетания рабочей жидкости, которая поступает в канал 13 и через форсунки на вращающиеся шестерни 3.
нач.
Далее произведены примеры для двухсекционного центробежно-шестеренного насоса, в которых были использованы шестерни, имеющие размер, выбранный в пределах заявленного диапазона отношения толщины b к диаметру d.
нач.
За основу были взяты размеры шестерни двухсекционного центробежно-шестеренного насоса, используемого в прототипе: толщина b=7,9 мм, диаметр d=51 мм. Соответственно отношение .
нач.
Пример 1. Для одной (любой) из двух откачивающих ступеней насоса были установлены следующие размеры для шестерен: толщина b=9 мм, диаметр d=51 мм. Таким образом, отношение .
В результате увеличение суммарной производительности Q двух ступеней насоса при максимальных оборотах составила 12,5% (по отношению к производительности насоса двигателя АЛ31Ф).
Пример 2.
нач.
Были установлены следующие размеры для шестерен (для одной из двух откачивающих ступеней насоса или суммарный размер для двух шестерен из обеих откачивающих ступеней насоса): толщина b=10 мм, диаметр d=51 мм. Таким образом, отношение .
В результате увеличение суммарной производительности Q двух ступеней насоса при максимальных оборотах составила 25% (по отношению к производительности насоса прототипа).
нач.
Из приведенных выше примеров видно, что заявленные отношения толщины b к диаметру d шестерни насоса, позволяют существенно повысить производительность Q насоса.