ШЕСТЕРЕНЧАТЫЙ НАСОС
GEAR PUMP

Изобретение относится к гидравлическим машинам, используемым в области авиадвигателестроения, в частности к насосам с вращающимися во взаимном зацеплении элементами типа зубчатой передачи.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является установленный в составе машины шестеренчатый насос, содержащий корпус со съемными торцевыми крышками, ось с осевым отверстием, по меньшей мере, одну контактирующую пару зубчатых шестерен, первая из которых установлена на оси и имеет выполненные между зубьев радиальные отверстия, сообщенные с отверстием оси, приводной вал, элементы фиксации шестерни, вала и герметизации крышек, средства соединения с магистралями подвода и отвода нагнетаемой среды /GB 987206 МГЖ F05g // F02с, F05с; опубл. 24.03.1965/.
Известный насос имеет значительные размеры и вес, его отличает низкая надежность элементов осевой фиксации шестерен относительно друг друга, которая нарушается вследствие износа элементов конструкции в процессе работы, недостаточная вибрационная стойкость.
Задача изобретения - уменьшение размеров и веса насоса, повышение его технологической эффективности.
Ожидаемый технический результат - снижение размеров и веса, уменьшение износа и повышение надежности осевой фиксации и плавности работы.
Ожидаемый технический результат достигается тем, что в известном шестеренчатом насосе, содержащем корпус со съемными торцевыми крышками, ось с осевым отверстием, по меньшей мере, одну контактирующую пару зубчатых шестерен, первая из которых установлена на оси и имеет выполненные между зубьев радиальные отверстия, сообщенные через транзитное отверстие с полостью оси, приводной вал, элементы фиксации шестерни, вала и герметизации крышек, средства соединения с магистралями подвода и отвода нагнетаемой среды, по предложению, ось с осевым отверстием закреплена на торцевой крышке, первая шестерня установлена с возможностью вращения относительно оси и соединена с приводным валом, а другая шестерня выполнена кольцевой, охватывает первую шестерню и контактирует с ней по внутренней торцевой поверхности, при этом средства соединения с магистралями подвода и отвода среды, выполнены на крышке со стороны, противоположной приводному валу, и соединяют внутреннее пространство корпуса с магистралью подвода, а отверстие оси - с магистралью отвода нагнетаемой среды, причем транзитное отверстие в стенке оси с осевым отверстием выполнено под углом 5-22°, от радиуса, образующего аксоидную поверхность в точке касания первой шестерни со второй шестерней.
В предложенном насосе ось с осевым отверстием жестко закреплена, например приварена на торцевой крышке. Шестерня с радиальными отверстиями между зубов для нагнетаемой среды (далее нагнетающая), например масла, установлена на подшипник скольжения с керамическими или композитными вставками на стационарной оси с осевым отверстием, связана с валом вращения и является ведущей. Соединение вала с шестерней может быть любым, например с помощью шпоночного соединения. Ведомая шестерня выполнена кольцевой и охватывает ведущую шестерню при их внутреннем зацеплении. Такое выполнение шестеренчатой пары позволяет значительно уменьшить габариты корпуса насоса и уменьшить вес. Кольцевая шестерня установлена в кольцевом корпусе на вставках, свободно перемещается внутри корпуса и не связана с валом и подшипниками, что позволяет ей автоматически подстраиваться под ведущую шестерню в зависимости от давления масла в межзубовом пространстве.
Кроме того, кольцевая шестерня, благодаря большему коэффициенту перекрытия контактных поверхностей зубьев с большим приведенным радиусом кривизны и меньшими скоростями скольжения, обеспечивает повышение надежности осевой фиксации и плавность работы, что увеличивает срок эксплуатации насоса.
Большой приведенный радиус кривизны и меньшие скорости скольжения приводят к запаздыванию передачи нагнетаемой среды через транспортирующее отверстие в стенке оси. Для компенсации запаздывания по изобретению транзитное отверстие в стенке оси смещено от радиуса, образующего аксоидную поверхность ведущей шестерни в точке касания шестерен, навстречу направлению ее вращения. В зависимости от производительности насоса, его размеров, различных вариантов расположения шестерен транзитное отверстие в стенке оси может быть выполнено смещенным на угол α=5-22°.
Если отверстие смещено на угол меньше 5°, то запаздывание передачи нагнетаемой среды через транспортирующее отверстие не устраняется, а при угле 22° резко снижается производительность насоса.
Внутри кольцевой шестерни допускается размещение более одной нагнетающей шестерни, которые также устанавливаются на подшипники скольжения с керамическими или композитными вставками на оси с осевым отверстием, закрепленными на той же торцевой крышке. Нагнетающие шестерни при их внутреннем зацеплении с кольцевой шестерней могут образовывать аксоидную поверхность других радиусов отличных от ведущей шестерни, а следовательно, иметь различное число зубьев и различную нагнетающую способность при одной скорости вращения ведущей шестерни. Нагнетаемая жидкость от каждой шестерни может направляться как в общую отводящую магистраль, так и в отдельные узлы машины, что позволяет повысить универсальность использования насоса по энергетическим характеристикам нагнетаемых жидкостей (давление, расход) и по конструктивному преобразованию насоса путем замены торцевой крышки с одной осью на крышку с несколькими отводящими осями. Производительность насоса может регулироваться также изменением размеров ведущей шестерни.
Изобретение поясняется чертежами, где обозначено:
Фиг.1 - схема насоса;
Фиг.2 - схема зацепления шестерен;
Фиг.3 - возможное расположение увеличенной нагнетающей ведущей шестерни;
Фиг.4 - возможное расположение дополнительных нагнетающих шестерен.
Шестеренчатый насос содержит корпус 1, съемные торцевые крышки 2, ось 3 с осевым отверстием, приводной вал 4, по меньшей мере, одну контактирующую пару зубчатых шестерен. Внутренняя шестерня 5 установлена на оси 3 и имеет выполненные между зубьев радиальные отверстия 6. Внешняя шестерня 7 выполнена кольцевой и охватывает внутреннюю шестерню 5, контактируя с ней по внутренней торцевой поверхности. В приводном вале 4 выполнено отверстие 8 под штифт 9. Внутренняя шестерня 5 установлена на композитной втулке 10 с возможностью вращения относительно оси 3 и соединена с приводным валом 4. Внешняя шестерня 7 установлена в фиксирующее кольцо 11 в корпусе 1, а полость в корпусе насоса герметизирована с помощью уплотнительных колец 12, 13 и 14, фланца 15 и крепежных резьбовых соединений 16, 17 и 18. В стенке полой оси 3 и композитной втулки 10 выполнено транзитное отверстие 19. Транзитное отверстие выполнено под углом 5-22° от радиуса в точке касания внутренней шестерни 5 с внешней шестерней 7, образующих аксоидную поверхность. Отверстие 19 обеспечивает сообщение полости в корпусе насоса с полостью оси. Патрубки подвоа и отвода среды выполнены на крышке со стороны, противоположной приводному валу 4.
При вращении приводного вала 4 крутящий момент вала через штифт 9 передается внутренней шестерне 5, которая начинает вращаться на оси 3. Внутренняя шестерня 5 приводит во вращение внешнюю шестерню 7, которая начинает вращаться внутри фиксирующего кольца 11 в корпусе 1. При вращении внешней шестерни 7 каждый из ее зубьев перед контактом с внутренней шестерней 5 захватывает порцию среды (масла). Давление среды в пространстве между зубьев шестерен значительно возрастает и в момент прохождения радиальными отверстиями 6 во внутренней шестерне пространства между зубьев, среда через транзитное отверстие 19 поступает порциями в полость полой оси 3 и далее через патрубок в расходную магистраль. При этом в момент контакта шестерен зубья образуют мгновенную герметичную аксоидную поверхность, препятствующую обратному вытеканию среды. В результате происходит перемещение объемов среды из полости всасывания в полость нагнетания.
Применение изобретения позволяет уменьшить размеры и вес насоса, снизить износ шестерен, уменьшить вибрации, повысить надежность осевой фиксации и плавность его работы.