ШЕСТЕРЕННЫЕ НАСОСЫ И СПОСОБЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
GEAR-TYPE PUMPS AND THEIR APPLICATION METHODS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в целом к насосам, а конкретно к шестеренным насосам и способами их использования.
Уровень техники
По сравнению с известными насосами (например, центробежными, коловратными, поршневыми и винтовыми) шестеренные насосы могут функционировать при более высоких рабочих давлениях (>4 МПа) и имеют хорошую стабильность потока в широком диапазоне давления. Шестеренные насосы обычно используются в областях, где требуется подача вязких материалов под высоким давлением. Шестеренные насосы также используются в процессах с меняющейся вязкостью жидких материалов, например в контуре рециркуляции для полимерного реактора. Примеры с применением насосов включают: (1) насос подкачки в экструдировании пластика, (2) продукты полимеризации и гуммирования, (3) смолы и клеящие вещества и (4) асфальт, смола и другие чрезвычайно вязкие материалы.
Для существующих шестеренных насосов, которые работают при высоких давлениях, требуется, чтобы подшипники располагались на каждой стороне каждого вала-шестерни для поддержания равномерной нагрузки на опору. Обычно подшипники располагаются в потоке продукта рядом с шестернями для обеспечения высокой нагрузочной способности и возможности продукту смазывать подшипники. Несмотря на то, что это позволяет выполнять смазку, здесь имеются два основных недостатка: (1) подшипники могут подвергаться износу, особенно когда перекачиваемый продукт содержит твердые или абразивные частицы и (2) насосы тяжело чистить. Эти недостатки становятся более очевидными в случаях, когда перекачиваемые, материалы содержат твердые частицы, которые являются абразивными, и/или для материалов, которые требуют оборудования отвечающего санитарным нормам (например, пищевые или фармацевтические продукты).
Раскрытие изобретения
Данное изобретение в целом относится к шестеренным насосам и способам их применения. В основном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает насос, содержащий корпус для шестерен с каналом, входом и выходом, и одну или более шестерен, содержащихся в корпусе для шестерен. Шестерня снабжена одним или более подшипниками. Подшипник(и) отделен от канала корпуса для шестерен уплотнением.
В варианте осуществления данного изобретения подшипник содержится в корпусе подшипника, закрепленном к корпусу шестерен. В другом варианте осуществления данного изобретения корпус подшипника имеет полость, содержащую подшипник, вход и выход.
В варианте осуществления данного изобретения шестерня содержит вал, связанный с двигателем. В другом варианте осуществления данного изобретения подшипник является частью подшипника в сборе, окружающего вал.
В варианте осуществления данного изобретения уплотнение окружает вал и устанавливается между шестерней и подшипником в сборе.
В варианте осуществления данного изобретения насос дополнительно включает пружинный механизм, окружающий вал и расположенный между уплотнением и подшипником в сборе.
В варианте осуществления данного изобретения шестерня имеет геликоидальную или шевронную форму со штифтовым соединением и зубьями.
В другом варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает насос, включающий корпус шестерен с каналом, входом и выходом, и первую шестерню, включающую первый вал и находящуюся в канале корпуса для шестерен. Первая шестерня включает первый подшипник в сборе, окружающий первый вал. Первый подшипник в сборе отделен от канала корпуса шестерен первым уплотнением. Насос дополнительно включает вторую шестерню, содержащую второй вал и расположенную внутри канала корпуса шестерен. Вторая шестерня включает второй подшипник в сборе, окружающий второй вал. Второй подшипник в сборе отделен от канала корпуса шестерен вторым уплотнением.
В варианте осуществления данного изобретения первый подшипник в сборе и второй подшипник в сборе содержатся в корпусе подшипников, прикрепленном к корпусу шестерен.
В варианте осуществления данного изобретения корпус подшипников имеет полость, содержащую подшипники в сборе, вход и выход.
В варианте осуществления данного изобретения, по меньшей мере, один из первого и второго валов связан с двигателем.
В варианте осуществления данного изобретения первое уплотнение включает первое уплотнение, окружающее первый вал и расположенное между первой шестерней и первым подшипником в сборе, а второе уплотнение включает второе уплотнение, окружающее второй вал и расположенное между второй шестерней и вторым подшипником в сборе.
В варианте осуществления данного изобретения насос дополнительно содержит первый пружинный механизм, окружающий первый вал и расположенный между первым уплотнением и первым подшипником в сборе, и второй пружинный механизм, окружающий второй вал и расположенный между вторым уплотнением и вторым подшипником в сборе.
В альтернативном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает насос, содержащий корпус для шестерен с каналом, входом и выходом. Насос также содержит первую шестерню, закрепленную на первом валу, расположенному с обеих сторон первой шестерни, и установленную в канале корпуса для шестерен. Первая шестерня содержит первый подшипник в сборе и второй подшипник в сборе, установленные на валу с каждой стороны первой шестерни. Первый подшипник в сборе и второй подшипник в сборе отделены от канала корпуса для шестерен соответственно первым и вторым уплотнениями. Насос дополнительно содержит вторую шестерню, закрепленную на втором валу, расположенном с обеих сторон второй шестерни, и установленную в канале корпуса для шестерен. Вторая шестерня содержит третий подшипник в сборе и четвертый подшипник в сборе, прикрепленные к валу с каждой стороны второй шестерни. Третий подшипник в сборе и четвертый подшипник в сборе отделены от канала корпуса шестерен соответственно третьим и четвертым уплотнениями.
В варианте осуществления данного изобретения первый и второй подшипники в сборе и первое и второе уплотнения находятся внутри корпуса первого подшипника, прикрепленного к корпусу шестерен, и в котором третий и четвертый подшипники в сборе, и третье и четвертое уплотнения содержатся внутри корпуса второго подшипника, прикрепленного к корпусу шестерен.
В варианте осуществления данного изобретения, по меньшей мере, один из первого или второго корпусов подшипников имеет полость, содержащую подшипники в сборе, вход и выход.
В варианте осуществления данного изобретения, по меньшей мере, один из первого или второго валов связан с двигателем.
В варианте осуществления данного изобретения насос дополнительно содержит первый пружинный механизм, окружающий первый вал, и расположенный между первым уплотнением и первым подшипником в сборе, второй пружинный механизм, окружающий первый вал и расположенный между вторым уплотнением и вторым подшипником в сборе, третий пружинный механизм, окружающий второй вал и расположенный между третьим уплотнением и третьим подшипником в сборе, и четвертый пружинный механизм, окружающий второй вал и расположенный между четвертым уплотнением и четвертым подшипником в сборе.
В другом варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает способ перекачивания материала. Данный способ предусматривает использование насоса с корпусом для шестерен, имеющим канал, вход и выход и, по меньшей мере, одну шестерню, расположенную в корпусе для шестерен, данная шестерня содержит, по меньшей мере, один подшипник в сборе, подвижно зацепляющийся с шестерней. Подшипник отделен от канала корпуса шестерен уплотнением. Способ дополнительно содержит перемещение материала через насос вращением шестерен.
В варианте осуществления данного изобретения подшипник в сборе находится в корпусе подшипника, прикрепленного к корпусу шестерен. Корпус подшипника ограничивает вход и выход, и емкость, содержащую подшипник.
В варианте осуществления данного изобретения способ дополнительно содержит перекачивание защитной жидкости через вход корпуса подшипника для контроля, по меньшей мере, одного из параметров температуры и давления внутри корпуса подшипников.
В варианте осуществления данного изобретения способ дополнительно содержит мониторинг защитной жидкости с помощью системы контроля.
В варианте осуществления данного изобретения шестерня вращается двигателем, прикрепленным к валу, прикрепленному к шестерне.
Преимуществом настоящего изобретения является предложение усовершенствованного шестеренного насоса. Другим преимуществом настоящего изобретения является предложение шестеренного насоса, в котором подшипники насоса не соприкасаются с потоком продукта. Еще одним преимуществом настоящего изобретения является предложение насоса, который в процессе применения имеет улучшенные санитарные условия. Еще одним преимуществом настоящего изобретения является предложение усовершенствованного насоса, который может выдерживать высокое давление нагнетания. Другим преимуществом настоящего изобретения является предложение усовершенствованного насоса, который может выдерживать высокие температуры перекачивания. Следующим преимуществом настоящего изобретения является предложение усовершенствованного насоса для перекачивания вязкого материала.
Другие и дополнительные цели, признаки и преимущества настоящего изобретения очевидны для специалистов в данной области техники.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид спереди в перспективе насоса в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 - вид в разрезе П-П насоса в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 - вид спереди в перспективе корпуса первого подшипника и корпуса второго подшипника в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.4 - вид спереди в перспективе корпуса шестерен в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 - вид в разрезе V-V насоса в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6 - вид спереди в перспективе уплотнения в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.7 - вид спереди в перспективе пружинного механизма в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.8 - вид в перспективе в разобранном виде пружинного механизма в варианте осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение в целом относится к шестеренным насосам и способам их применения. В основном осуществлении данного изобретения шестеренный насос имеет подшипники, размещенные вне потока продукта, перекачиваемого насосом. Продуктом может быть любой текучий материал, например, материал с высоким содержанием твердых частиц. Подшипники не имеют контакта с продуктом, протекающим через насос, и поэтому не подвержены износу, вызываемому продуктом, особенно абразивными частицами. Кроме того, конструкция шестеренного насоса в альтернативных вариантах осуществления данного изобретения обеспечивает простоту чистки насоса, поддерживая тем самым санитарные условия в процессе его применения. В результате получается усовершенствованный шестеренный насос, который обеспечивает одно или более следующих условий: 1) снижение затрат на обслуживание, 2) сокращение времени заводского простоя, 3) функционирование при очень высоких рабочих давлениях и температурах, 4) возможность работы с вязкими продуктами, и 5) повышение стабильности потока.
Шестеренные насосы настоящего изобретения могут перекачивать материалы с высокой вязкостью. Эти материалы могут быть в виде легкого или тяжелого печного топлива, смазочных масел, гидравлических жидкостей и синтетических масел. Данные материалы могут также представлять собой животные и растительные жиры, сахарные растворы, высоковязкие полимеры, вискозную целлюлозу или ацетат целлюлозы.
Шестеренные насосы настоящего изобретения также можно использовать для перекачки и/или производства пищевых продуктов, таких, например, как пищевые продукты и корм для домашних животных, в различных процессах производства. Например, шестеренные насосы можно использовать для перекачки или перемещения пищевых продуктов или корма для животных из одного места в другое в процессе производства. Шестеренные насосы можно также использовать для производства пищевых продуктов продавливанием пищевой смеси или смеси корма для животных через один или более теплообменников и/или экструзионных матриц с помощью шестеренного насоса. Пищевые продукты или смеси корма для животных могут быть в форме сухого, полувлажного или влажного материала, содержащего твердые частицы.
В основном осуществлении, иллюстрированном на фигурах 1-5, насос 10, содержащий корпус шестерен 20 с каналом 22, и имеющий вход 24 и выход 26 соответственно для ввода и вывода продукта. Насос 10 также содержит первую шестерню 30, закрепленную на первом валу 40, продолжающемуся с одной или обеих сторон первой шестерни 30. Первая шестерня 30 вращается для перемещения потока продукта через канал 22 насоса 10. Вся первая шестерня 30 или ее часть расположена в канале 22 корпуса шестерен 20.
Первая шестерня 30 содержит один или более подшипников 32. Подшипники 32 могут быть частью подшипника в сборе 34, который окружает первый вал 40. Подшипник в сборе 34 поддерживает вращающийся первый вал 40. В другом варианте осуществления данного изобретения первая шестерня 30 может также содержать один или более подшипников 36, являющихся частью отдельного подшипника в сборе 38, закрепленного к валу 40 на противоположной стороне первой шестерни 30.
Вал 40 может быть закреплен к шестерне 30 любым подходящим способом (т.е. клеем, сваркой, механически). В варианте осуществления данного изобретения вал 40 и шестерня 30 представляют собой единую деталь, изготовленную из одного материала (т.е. железо, сталь, высокопрочный полимер).
Подшипник в сборе 34 и/или подшипник в сборе 38 отделен от шестерни 30 и канала 22 корпуса шестерен 20 уплотнениями 50 и 52 соответственно. Уплотнения 50 и 52 окружают первый вал 40. Например, уплотнения 50 и 52 могут располагаться на первом валу 40 между подшипниками в сборе 34 и 38 и боковыми поверхностями шестерни 30. Если уплотнения находятся в контакте или рядом с боковыми поверхностями шестерни 30, то герметичное уплотнение может образоваться между подшипниками в сборе 34 и 38 и шестерней 30, расположенной в корпусе шестерен 20. Благодаря конструкции, любой поток продукта, перемещающийся при вращении шестерни 30, не сможет контактировать с подшипниками в сборе 34 и 38 по мере прохождения продукта через насос 10.
В варианте осуществления данного изобретения уплотнения 50 и 52 могут быть механическими кольцеобразными уплотнениями, которые обеспечивают герметизацию потока продукта, движущегося через канал корпуса шестерен. Данные уплотнения предназначены для защиты от входа потока продукта в корпус подшипника или попадания в место расположения подшипников для насоса. Данные уплотнения также предотвращают попадание защитной жидкости из корпуса подшипника в канал насоса. Уплотнения 50 и 52 могут иметь любую удобную форму и конфигурацию, которая отделяет подшипники 32 и 36 и подшипники в сборе 34 и 38 от канала 22 корпуса шестерен 20.
Корпус шестерен 20 можно спроектировать таким образом, что он будет иметь обтекаемую форму, у которой нет мертвого пространства, с хорошо отполированными поверхностями, позволяющими проводить чистку на месте. В результате насос 10 будет иметь высоко гигиеничную конструкцию. Корпус шестерен 20 может быть изготовлен из любого подходящего материала (т.е. железа, стали, высокопрочного полимера). Внутри корпус шестерен может иметь покрытие из материала, предотвращающего износ.
В варианте осуществления данного изобретения насос 10 дополнительно содержит другую шестерню 60, закрепленную на втором валу 70, продолжающемуся с обеих сторон второй шестерни 60 и расположенному внутри канала 22 корпуса шестерен 20. Вторая шестерня 60 работает совместно с первой шестерней 30 для более эффективного перемещения продукта через насос 10. Вторая шестерня 60 может включать один или более подшипников: 62 подобно первой шестерне 30. Например, подшипники 62 могут быть частью подшипника в сборе 64, который окружает второй вал 70. В другом варианте осуществления данного изобретения вторая шестерня 60 может также содержать один или более подшипников 66, которые являются частью отдельного подшипника в сборе 68, прикрепленного к валу 40 на противоположной стороне второй шестерни 60.
Подшипник в сборе 64 и/или подшипник в сборе 68 могут отделяться от канала 22 корпуса шестерен 20 уплотнениями 80 и 82 подобно описанному выше. Уплотнение 80 может иметь любую подходящую форму и конфигурацию, которые отделяют подшипники 62 и 66 и подшипники в сборе 64 и 68 от канала 22 корпуса шестерен 20.
Любое из уплотнений, используемое в насосе в альтернативных вариантах осуществления данного изобретения, может иметь конфигурацию, показанную на Фиг.6, на которой представлен вид в перспективе уплотнения 150. В данном осуществления настоящего изобретения уплотнение 150 расширяется в диаметре по направлению к внешней стороне. Уплотнение 150 содержит одно или более углублений 152 для размещения различных механизмов, таких как штифты, которые являются частью пружинного механизма (см. фигуры 6-7), которые могут удерживать уплотнение на месте, как подробно описано ниже. В другом варианте осуществления данного изобретения уплотнение 150 можно использовать вместе с уплотнительным кольцом, которое окружает наружный контур уплотнения 150. Уплотнительное кольцо можно использовать для формирования дополнительного уплотнения.
В зависимости от применения шестерня(и) может иметь любой подходящий размер и форму, например, такие как геликоидальную или шевронную форму со штифтовым соединением и зубьями или их комбинацию. Шестерня(и) может быть изготовлена из любого подходящего материала и иметь любое подходящее покрытие в зависимости от применения. Например, шестерни различных диаметров и ширины можно использовать для оптимизации конструкции насоса для разных применений.
В варианте осуществления данного изобретения подшипник в сборе 34 и подшипник в сборе 64 располагаются в корпусе подшипника 90. Корпус подшипника 90 может быть фиксированно или съемно прикреплен к корпусу шестерен 20 любым подходящим механизмом (например, винтами, крепежными деталями или клеевыми соединениями). Уплотнения 50 и 80 можно также размещать внутри корпуса подшипника 90.
В другом варианте осуществления данного изобретения подшипник в сборе 38 и подшипник в сборе 68 располагаются внутри корпуса подшипника 92. Корпус подшипника 92 может быть фиксированно или съемно прикреплен к корпусу шестерен 20 любым подходящим механизмом (например, винтами, крепежными деталями или клеевыми соединениями). Уплотнения 52 и 82 можно также размещать внутри корпуса подшипника 92.
В варианте осуществления данного изобретения корпус подшипника 90 и/или корпус подшипника 92 ограничивают входы 94 и 96, и соответствующие выходы (не показаны) и емкость. Емкость внутри корпусов подшипников 90 и 92 может вмещать подшипники в сборе и использоваться для размещения защитной жидкости для смазки подшипников и/или контроля и поддержания температуры и давления внутри корпусов подшипников 90 и 92.
Корпуса подшипников 90 и 92 могут иметь конструкцию, обеспечивающую простоту сборки и разборки для замены подшипников. Кроме того, в потоке защитной жидкости, используемой для смазки и поддержания температуры подшипников, может иметься средство, поддерживающее консистенцию защитной жидкости. Расход защитной жидкости можно также менять в зависимости от напора насоса. Такая гибкость позволяет оптимизировать расход защитной жидкости для различных насосов.
В альтернативном варианте осуществления данного изобретения применение отдельного корпуса подшипников на насосе позволяет использовать подходящую систему управления защитной жидкостью, которая отслеживает и контролирует качество и характеристики защитной жидкости в корпусе подшипника. Например, температура и давление защитной жидкости могут контролироваться с помощью системы контроля, максимизируя тем самым срок службы подшипников. Кроме того, давление защитной жидкости можно контролировать для создания противодавления на уплотнение для предотвращения повреждения уплотнения в случае высокого входного давления. Температурой и давлением защитной жидкости можно управлять автоматически, например, с помощью изодромного автоматического регулятора с предварением. Система управления защитной жидкостью может быть также оснащена смотровым стеклом или иметь автоматический способ определения и мониторинга качества защитной жидкости во времени. Внутри корпус шестерен может иметь покрытие, предотвращающее износ.
В варианте осуществления данного изобретения первый вал 40 и/или второй вал 70 связаны с двигателем (не показано), который вращает соответствующие шестерни 30 и 60. Например, двигатель может быть связан с приводным валом 100, который вращает вал 40 вместе с шестерней 30. Двигатель 100 может быть любым подходящим двигателем, применяемым для вращения шестерен. Данный двигатель может приводиться приводом переменной частоты для регулировки скорости насоса.
В альтернативных вариантах осуществления данного изобретения насос дополнительно содержит еще один пружинный механизм, окружающий вал шестерни. Например, как показано на Фиг.5, насос 10 может включать пружинный механизм 200, окружающий первый вал и расположенный между первым уплотнением и первым подшипником в сборе, пружинный механизм 202, окружающий первый вал и расположенный между вторым уплотнением и вторым подшипником в сборе, пружинный механизм 204, окружающий второй вал и расположенный между третьим уплотнением и третьим подшипником в сборе, и четвертый пружинный механизм 206, окружающий второй вал и расположенный между четвертым уплотнением и четвертым подшипником в сборе.
Пружинные механизмы можно использовать для формирования герметичного уплотнения между подшипниками в сборе и шестерней(ями). Например, пружинные механизмы, расположенные между уплотнением и подшипниками в сборе могут каждый упираться в соответствующее уплотнение напротив или рядом с боковой поверхностью шестерни (ен). Это не дает уплотнениям двигаться аксиально вдоль валов.
Пружинные механизмы могут быть закреплены и удерживаться на месте подшипниками в сборе. Например, в случае сборки, как показано на Фиг.5, можно закрепить или предотвратить смещение подшипников в сборе 34, 38, 64 и 68 по оси на соответствующих валах 40 и 70 шестерен с помощью крепежных деталей или зажимов (например, прикреплением к корпусу подшипника), что дополнительно не даст прикрепленному пружинному механизму 200, давящему на уплотнения 50, 52, 80 и 82 перемещаться в осевом направлении.
На фигурах 7-8 подробнее показаны варианты пружинного механизма 200. Как показано на фигурах 7-8, в варианте осуществления данного изобретения пружинный механизм содержит каркас 210 с сечением в форме лежащего U. Одна сторона каркаса 210, которая является стороной, ближайшей к подшипникам во время работы, закрыта. Радиально расположенные отверстия 212 в верхнем и нижнем участках каркаса 210 служат для размещения одного или более штифтов 220. Штифты 220 можно использовать совместно с уплотнением 150, показанным на Фиг.6 для предотвращения вращения уплотнения 150 во время работы. Например, углубления 152 уплотнения 150 могут вмещать штифты 220 пружинного механизма 200, не давая тем самым уплотнению 150 вращаться при вращении шестерен 30 и 60.
За штифтами 220 можно установить пружинную шайбу 230 и кольцо передачи усилия 240, посредством чего пружинный механизм 200 будет вдавливать уплотнение 150 в боковые поверхности шестерен 30 и 60 в осевом направлении. Пружинная шайба 230 лежит между кольцом передачи усилия 240 и закрытой стороной каркаса 210.
В другом осуществлении настоящее изобретение предусматривает способ перекачивания материала. Способ содержит использование насоса, включающего корпус шестерен с каналом, входом и выходом, и одну или более шестерен, расположенных внутри корпуса шестерен. Шестерни содержат один или более подшипников в сборе, съемно зацепляемых с шестерней. Подшипники отделены от канала корпуса шестерен одним или более уплотнениями. Способ дополнительно содержит перемещение материала через насос вращением шестерни.
Подшипник в сборе может размещаться внутри корпуса подшипника, прикрепленного к корпусу шестерен. Корпус подшипника ограничивает вход и выход, и полость, в которой размещен подшипник. В варианте осуществления данного изобретения способ дополнительно содержит перекачивание защитной жидкости через корпус подшипника для управления температурой и/или давлением внутри корпуса подшипника. Данный способ может дополнительно содержать мониторинг защитной жидкости с помощью системы управления.
В данном описании были раскрыты типичные предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения и, несмотря на использования конкретных терминов, они применялись в общем и описательном смысле, а не для целей ограничения, объем данного изобретения далее излагается в формуле изобретения. Очевидно, что в свете изложенных выше идей возможны разные модификации и варианты настоящего изобретения. Поэтому, необходимо понимать, что в пределах объема приложенной формулы изобретение настоящее изобретение может быть реализовано отличными от описанных способами.