Нагнетающий центробежно-шестеренный насос
FORCING CENTRIFUGAL-GEAR PUMP

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к насосам, применяемым в маслосистемах авиационных газотурбинных двигателей (далее ГТД).
Известен центробежно-шестеренный насос, содержащий корпус с каналом входа в насос, установленные в расточках корпуса и находящиеся в зацеплении шестерни, в ступицах которых выполнены каналы для прохода рабочей жидкости в межзубовые полости, а в центральных расточках шестерен образованы полости всасывания, в которых установлены соосно шестерням направляющие конусы, и полость нагнетания (RU 2525054 С1, опубл. 10.08.14).
В известном насосе канал входа расположен в средней части корпуса между центральными расточками шестерен, в которых выполнены полости всасывания.
Поэтому масляный поток, попадающий через канал входа в насос внутрь корпуса, раздваивается и при течении к каждой из полостей всасывания совершает двойной поворот на 90°, что приводит к появлению дополнительных гидравлических потерь и снижению давления масла, падению производительности насоса при работе ГТД на больших высотах (Н>20 км) и ухудшению высотных характеристик летательного аппарата.
Для создания дополнительного подпора давления перед каналами прохода рабочей жидкости в межзубовые полости шестерен встраивают лопаточные колеса (крыльчатки), либо перед нагнетающим насосом устанавливают насос подпитки (вспомогательный насос), что усложняет маслосистему и увеличивает массу ГТД в целом.
Задача изобретения - снизить гидросопротивление в магистралях подвода рабочей жидкости к полостям всасывания и обеспечить дополнительный подпор давления в них за счет использования перепускаемой части жидкости из полости нагнетания насоса.
Технический результат - улучшение высотных характеристик нагнетающего центробежно-шестеренного насоса.
Указанный технический результат достигается тем, что в нагнетающем центробежно-шестеренном насосе, содержащем корпус с каналом входа в насос, установленные в расточках корпуса и находящиеся в зацеплении шестерни, в ступицах которых выполнены каналы для прохода рабочей жидкости в межзубовые полости, а в центральных расточках шестерен образованы полости всасывания, в которых установлены соосно шестерням направляющие конусы, и полость нагнетания, согласно настоящему изобретению, каждая из полостей всасывания снабжена индивидуальным каналом подвода рабочей жидкости, вход одного из которых сообщен с полостью нагнетания через встроенный в корпус перепускной клапан, вход другого сообщен с каналом входа в насос, а их выходы расположены соосно центральным расточкам в шестернях и сообщены с полостями всасывания через смесительную камеру.
Целесообразно на выходе из индивидуального канала подвода рабочей жидкости, сообщенного с полостью нагнетания, установить сопло, взаимодействующее с кольцевым соплом, образованным боковыми поверхностями центральной расточки в шестерне и направляющего конуса, с разделением потоков жидкости в смесительной камере на эжектирующий - в индивидуальном канале подвода рабочей жидкости, сообщенном с полостью нагнетания и эжектируемый - направленный от канала входа в насос через смесительную камеру в каналы для прохода рабочей жидкости в межзубовые полости шестерни.
Гидросопротивление в магистралях подвода рабочей жидкости к полостям всасывания будет снижено благодаря индивидуальным каналам ее подвода к каждой из полостей отдельно, при этом основной объем рабочей жидкости (около 80%) будет поступать в полости всасывания напрямую (минуя двойной поворот), что исключит появление дополнительных гидравлических потерь.
Дополнительный подпор давления масла на входе насоса обеспечивается тем, что подвод рабочей жидкости в одну из полостей всасывания производится частично из полости нагнетания, где давление масла в несколько раз превышает давление масла в канале входа в насос, сообщенном, как правило, с полостью маслобака.
Установка сопла на выходе канала подвода рабочей жидкости, сообщенном с полостью нагнетания, взаимодействующего с кольцевым соплом, позволило снизить гидравлические потери при перетекании части рабочей жидкости (около 20% объема прокачки насоса) от канала входа в насос через смесительную камеру в каналы прохода в межзубовые полости шестерни за счет переноса энергии от эжектирующего потока к эжектируемому.
На рисунке изображен общий вид нагнетающего центробежно-шестеренного насоса, предназначенного для маслосистемы авиационного ГТД.
Нагнетающий центробежно-шестеренный насос содержит корпус 1, в расточках которого установлены находящиеся в зацеплении ведущая шестерня 2 и ведомая шестерня 3. Ведущая шестерня 2 соединена с приводным валом 4. В шестернях 2 и 3 выполнены центральные расточки, соответственно 5 и 6, в которых образованы полости всасывания 7 и 8 и установлены соосно расточкам 5 и 6 направляющие конусы 9 и 10. Внутри ступиц шестерен 2 и 3 имеются каналы 11 и 12 для прохода масла из полостей всасывания 7,8 в межзубовые полости 13 шестерен 2 и 3. В корпусе 1 выполнены индивидуальные для полостей всасывания 7 и 8 каналы 14 и 15 подвода масла, выходные отверстия в которых расположены соосно кольцевым расточкам 5 и 6 в шестернях 2 и 3 и сообщены с полостями всасывания 7 и 8 через смесительную камеру 16. Канал 14 через встроенный в корпус 1 перепускной клапан 17 сообщен каналом 18 с полостью нагнетания 19, а канал 15 сообщен с каналом 20 входа в насос. Между боковыми поверхностями центральной расточки 5 и направляющего конуса 9 образовано кольцевое сопло 21, взаимодействующее с установленным на выходе из канала 14 соплом 22 с образованием двух потоков жидкости: эжектирующего - в канале 14 подвода масла и эжектируемого - в смесительной камере 16, направленного от канала 20 входа в насос до каналов 11 прохода масла в межзубовые полости 13 шестерни 2.
При работе нагнетающего центробежно-шестеренного насоса приводится во вращение через приводной вал 4 ведущая шестерня 2, находящаяся с ней в зацеплении приходит во вращение и ведомая шестерня 3. Масло из маслобака (на фиг. не показан) поступает в канал 20 входа в насос, заполняет смесительную камеру 16, попадает в полости всасывания 7,8, через каналы 11, 12 перетекает в межзубовые полости 13 шестерен 2,3 и переносится ими в полость нагнетания 19. Для поддержания постоянного давления подачи и предотвращения маслосистемы от перегрузок часть масла (около 30%) постоянно перепускается из зоны высокого давления (полость нагнетания 19) в зону низкого давления (например, в магистраль подвода масла к каналу 20 входа в насос), что приводит к появлению дополнительных гидравлических потерь.
В предложенном насосе перепускаемый объем масла из полости нагнетания 19 по каналу 18 попадает через перепускной клапан 17 в канал подвода 14, выход которого направлен непосредственно в полость всасывания 7, выполненную внутри кольцевой расточки 5.
Следовательно, около 80% объема масла, заполнившего смесительную камеру 16, попадает во всасывающие полости 7 и 8 прямотоком, минуя двойные повороты под 90°, что позволит резко сократить дополнительные гидравлические потери на входе нагнетающего центробежно-шестеренного насоса. Поскольку размеры шестерен 2 и 3, межзубовых полостей 13 и каналов 11 и 12 одинаков, то в каждую из полостей всасывания 7 и 8 попадает около 50% от общего объема масла, поступившего в смесительную камеру 16 из канала 20 входа в насос.
Для обеспечения баланса при заполнении маслом межзубовых полостей 13 шестерни 2 во всасывающую полость 7 дополнительно перетечет из смесительной камеры 16 еще около 20% от общего объема поступившего в нее масла.
2
Этот объем масла попадает в зону действия эжектируемого потока масла, образовавшегося при взаимодействии сопел 21 и 22. Благодаря турбулентному смешению эжектируемого потока с эжектирующим, образованным в канале 14 подвода масла, сообщенном с полостью нагнетания 19, имеющей повышенное давление масла (примерно 4 кг/см), произойдет перенос энергии из высоконапорного потока в низконапорный, что сократит гидравлические потери и в этом случае.