ШЕСТЕРЕННАЯ ГИДРОМАШИНА

Предполагаемая полезная модель относится к области гидромашиностроения и может быть использована в конструкциях шестеренных насосов и гидромоторов для повышения надежности и долговечности насоса или мотора в целом.
Известна конструкция шестеренной гидромашины по патенту №2365787 (заявка №2007131572 от 21.08.07 г.) «Шестеренная гидромашина. Варианты», содержащая корпус с отверстиями высокого и низкого давления и внутренними расточками, в которых установлены ведущая и ведомая шестерни, и компенсаторы с рабочей поверхностью, контактирующей с торцами венцов шестерен, и нерабочей поверхностью с установленными в ней, по меньшей мере, одной манжетой, внутренняя полость которой гидравлически соединена с отверстием высокого давления. Половина рабочей поверхности компенсатора, обращенная к отверстию низкого давления, снабжена рядом отверстий и/или, по меньшей мере, одним открытым пазом, и/или фаской, имеющими выход к отверстию высокого давления, и/или сообщающихся с отверстием высокого давления гидравлически через, по меньшей мере, одно отверстие во внутреннюю полость манжеты. Кромка ближайшего из ряда отверстий и/или начало открытого паза или фаски находятся от кромки отверстия низкого давления, как минимум, на расстоянии шага зацепления шестерен. Вторым вариантом подвода давления на сторону отверстия низкого давления является изготовление открытого паза в зоне вращения шестерен от отверстия высокого давления, также на расстоянии шага зацепления от верхней кромки отверстия низкого давления. Этими конструктивными решениями снижаются силы, действующие на шестерни, и, как следствие, уменьшаются силы трения скольжения цапф шестерен в подшипниках.
Недостатком известного технического решения является непринятие во внимание того, что при работе насоса шестерни под давлением нагнетаемой жидкости смещаются в зону всасывания, образуя между вершинами зубьев и поверхностью внутренней расточки зазор, заполняемый рабочей жидкостью, нагнетаемой в отверстие нагнетания. Давление жидкости в зазоре по мере уменьшения величины зазора снижается от максимального до нуля, образуя эпюр сил, воздействующих на шестерни.
Учитывая этот факт, для подвода к ряду отверстий или открытому пазу, или фаске на рабочей поверхности компенсатора или открытому пазу на поверхности внутренней расточки корпуса совсем не обязательно соединять их с отверстием высокого давления. Достаточно продолжить ряд отверстий, фаску, открытый паз на компенсаторе или в корпусе на сторону нагнетания и, согласно эпюр, выбрать необходимую нам величину противодавления в зоне всасывания.
Задача предполагаемой полезной модели - расширить возможности по снижению давления нагнетаемой жидкости на пару шестерен и сделать регулируемыми для определения геометрии отверстия всасывания и величины создаваемого противодавления.
Поставленная задача достигается тем, что шестеренная гидромашина, содержит, по меньшей мере, крышку и корпус с отверстиями входа/выхода и с соответствующими зонами всасывания/нагнетания, расположенными симметрично вертикальной оси симметрии, проходящей перпендикулярно осям параллельных вскрытых расточек, в которых установлены ведущая и ведомая шестерни, по меньшей мере, один компенсатор с рабочей поверхностью, контактирующей с торцами венцов шестерен, и нерабочей поверхностью с установленной в ней, по меньшей мере, одной манжетой, внутренняя полость которой гидравлически соединена с зоной нагнетания; причем на рабочей поверхности компенсатора на стороне зоны всасывания расположены, по меньшей мере, одно отверстие и/или открытый паз и/или фаска, продолженные в зону нагнетания и/или соединенные с зоной нагнетания через полость манжеты; и/или ометаемая шестернями поверхность расточки корпуса снабжена открытым пазом, продолженным в зону нагнетания; при этом отверстие входа выполнено любой геометрической формы, а кратчайшее расстояние от кромки отверстия входа до ближайшего отверстия в полость манжеты, или открытого паза или фаски на рабочей поверхности компенсатора или открытого паза в расточках корпуса должно быть не менее шага зацепления шестерен.
Общий вид гидромашины представлен на рис.1 и на рис.2. На рис.1 изображены эпюры с «+» и «-», действующие по вертикальной оси симметрии ротора. Эпюры, действующие перпендикулярно этой оси, условно не показаны, т.к. они взаимно уничтожаются относительно горизонтальной оси симметрии расточек.
Гидромашина состоит из корпуса 1, крышки 2, шестерен ведущей 3 и ведомой 4, компенсаторов 5 с манжетами 6.
На рабочей поверхности компенсаторов 5 выполнен ряд отверстий 7, открытый паз 8 и фаска 9, а на поверхности расточки открытый паз 10. Все эти варианты могут быть выполнены одновременно или в комбинации друг с другом, или отдельно по одному.
Для регулирования степени уменьшения нагрузки на шестерни начало всех этих вариантов, 7, 8, 9 и 10, желательно располагать как можно ближе к отверстию всасывания, обозначенного треугольником, направленным к вертикальной оси симметрии. Высоту же самого отверстия всасывания (h) необходимо делать как можно меньше с обеспечением расстояния, равного шагу зацепления (Рα) для герметизации созданного в зоне всасывания участка высокого давления от отверстия всасывания с целью сохранения высокого коэффициента объемной подачи. При работе под нагрузкой насоса в зоне нагнетания возникает зазор (β) между вершинами зубьев и диаметром расточки, заполняемый находящейся под давлением нагнетания жидкостью.
Гидромашина работает следующим образом.
При вращении шестерен 3 и 4 давление нагнетаемой жидкости воздействует на компенсаторы 5 через манжеты 6. Компенсаторы 5 под действием давления нагнетаемой жидкости, подведенной в полость манжет 6, прижимаются к торцам венцов шестерен 3 и 4, отталкиваясь манжетами от торца внутренних расточек в корпусе, с одной стороны, и от крышки с другой.
По мере повышения давления между вершинами зубьев шестерен и диаметром внутренней расточки образуется зазор (β), заполняемый нагнетаемой рабочей жидкостью, направляемой на выход из насоса и создающий эпюр сил, воздействующих на шестерни.
i
Расстояние, на которое переходят в зону нагнетания все варианты - 7, 8, 9 и 10 - по созданию в зоне всасывания участка высокого давления, определяется как абсцисса (F) величины давления эпюр в зоне нагнетания на этом расстоянии.
Площадь эпюр противодавления в зоне всасывания определяется этой же абсциссой (Fi) и ординатой, определяемой глубиной захода отверстий, паза, фаски компенсатора или паза в расточке корпуса в зону всасывания.
Таким образом, выбирая величину абсциссы эпюр в зоне нагнетания можно создавать наиболее выгодные условия для работы пар трения насоса с разгруженными шестернями и оптимизировать геометрию и конфигурацию отверстия всасывания.