Аксиально-плунжерный насос

 

Изобретение предназначено для использования в области насосостроения. В роторе выполнены периферийные каналы, связывающие первую роторную полость со второй роторной полостью. Одна полость связана с полостью пониженного давления, например с топливным баком, а другая полость отделена перемычкой от углубления диска и связана непосредственно с углублением и через жиклер - с входной магистралью. На торце диска со стороны ротора выполнены фрезеровки, которые через каналы соединены с центральным отверстием. В роторе и в диске выполнены сверления для установки в них 2-ступенчатого штифта. Диаметр сверления в роторе больше, чем диаметр сверления в диске. На торце ротора со стороны установки гильз в ротор выполнена концентрическая прорезь. Одна роторная полость отделена от другой роторной полости подшипником скольжения, который наружным диаметром установлен в корпусе, а на внутреннем диаметре размещен ротор. Наклонная шайба установлена на опорном кольце с цапфами, размещенными на опорных башмаках, имеющими пластины и установленными в углублениях, выполненных в крышке насоса. В каждом подпятнике выполнены углубления для установки в них вкладышей, при этом в центре подпятника выполнен выступ с обратным конусом, который выполнен также на периферийной поверхности углубления подпятника, на которой имеются сквозные отверстия. В углублениях каждого вкладыша размещен выступ подпятника, в сквозных отверстиях которого установлены выступы, равномерно размещенные по периферии вкладыша. Повышается надежность работы насоса и его ресурса. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано в аксиально-поршневых насосах переменной производительности.

Известен аксиально-плунжерный насос, содержащий корпус и крышку, внутри которых размещен ротор с установленными в нем плунжерами с подпятниками, которые поджаты к наклонной шайбе при помощи подпружиненной сферической опоры и сепаратора, установленного на этой опоре, при этом наклонная шайба выполнена с возможностью поворота на опорных цапфах (см. патент Англии 1314055, НКИ F1A, 1973).

В данном насосе, работающем на выходном давлении порядка 100 кгс/см², применяется конструкция наклонной шайбы, имеющей опорные цапфы, выполненные заодно целое с этой шайбой. Цапфы опираются на специальные фланцы, вставленные в корпус насоса. Для монтажа таких наклонных шайб в корпусе делаются прорези для прохода ее цапф, что сильно ослабляют корпус, а при возрастании нагрузки на наклонную шайбу возможно разрушение корпуса.

Поэтому для создания насоса, имеющего давление на выходе порядка 200 кгс/см² и выше, при использовании такой конструкции требуется усиление корпуса насоса, что может привести к значительному утяжелению самой конструкции и увеличению габаритов нacoca.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению по технической сущности, достигаемому результату и числу совпадающих признаков является аксиально-плунжерный насос, содержащий корпус, внутри которого размещен вращающийся ротор с запрессованными в нем гильзами и установленными в последних плунжерами с подпятниками, опирающимися сферическими торцевыми поверхностями на ответную поверхность наклонной шайбы, выполненной с возможностью поворота, приводной вал, связанный с ротором, распределитель с окнами высокого и низкого давления, размещенный между ротором и распределителем и связанный механически с ротором диск с выполненными в нем окнами по числу плунжеров и центральным отверстием, соединенным с центральными наклонными каналами, выполненными в роторе, входная магистраль, связанная с подкачивающим насосом и с окнами низкого давления распределителя, выходная магистраль, соединенная с окнами высокого давления распределителя и с потребителем, причем на каждом торце диска выполнено кольцевое углубление, охватывающее окна диска и связанные между собой, а на торце диска, обращенном к ротору, размещены радиальные канавки, связывающие кольцевые углубления с центральным отверстием (см. патент США 3249061, НКИ 91-481, 1966).

В данном насосе подвод и отвод рабочей жидкости к качающему узлу осуществляется через крышку, пристыкованную к корпусу насоса. В той же крышке установлен один из подшипников качения, на который опирается приводной вал. Другой же подшипник размещен в корпусе насоса, где установлен также качающий узел. В роторе запрессованы гильзы, в которых совершают возвратно-поступательное движение плунжеры с закрепленными на них подпятниками, опирающимися на ответную поверхность наклонной шайбы, имеющей возможность поворачиваться на цапфах. Поджатие подпятников к наклонной шайбе осуществляется при помощи пружин, установленных в наклонных каналах, выполненных в роторе.

В подпятниках выполнены каналы, обеспечивающие подвод рабочей жикости из внутренних колодцев ротора к поверхности соприкосновения подпятников к наклонной шайбе. Этот подвод обеспечивает смазку трущихся поверхностей и отвод тепла от этих поверхностей. Между ротором и распределителем размещен диск, механически связанный с ротором при помощи штифта. Во время работы насоса диск и ротор вращаются вместе, прижимаясь друг к другу за счет их поджатия со стороны пружины, размещенной в центральной части ротора. При этом возможны утечки рабочей жидкости между диском и ротором, диском и распределителем, которые накапливаются в кольцевых углублениях, расположенных как со стороны ротора, так и со стороны распределителя. Так как углубления связаны между собой, то утечки, поступающие в эти углубления, затем через радиальные каналы, выполненные на диске со стороны ротора, сливаются в роторную полость насоса. Следует отметить, что данный насос работает на давлениях на выходе порядка до 100 кгс/см². При работе этого насоса на выходных давлениях порядка 200 кгс/см² и более надежность насоса значительно падает. Это связано с тем, что резко возрастает температура рабочей жидкости. Узлы и детали насоса при таких давлениях работают в тяжелых условиях. Так, например, увеличивается поджатие подпятников к наклонной шайбе, существенно увеличивается нагрузка на опоры, на которых установлена наклонная шайба. В этом случае корпус насоса нужно делать достаточно прочным, иначе может произойти прогиб осей наклонной шайбы и насос начинает работать в ненормальных условиях.

В данном насосе в тяжелых условиях будут работать и распределитель, к которому ротор будет прижат с достаточно большой силой. При работе насоса трущиеся поверхности распределителя и ротора будут значительно нагреваться, при этом отвод тепла недостаточно эффективен. Из-за больших давлений рабочей жидкости в колодцах ротора возможно смещение запрессованных гильз относительно ротора, что приведет к смещению гильз, а также к их выпаданию из ротора. Практика эксплуатации показала случаи таких смещений и даже выпадание гильз из ротора.

Из сказанного делается вывод, что работа такого насоса при таких давлениях недостаточно надежна, в результате чего снижается ресурс этого насоса.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности работы аксиально-плунжерного насоса при работе его на больших давлениях на выходе из этого насоса.

Указанная цель достигается в предлагаемом изобретении тем, что в аксиально-плунжерном насосе, содержащем корпус, внутри которого размещен вращающийся ротор с запрессованными в его колодцах гильзами и установленными в этих гильзах плунжерами с подпятниками, опирающимися сферической торцевой поверхностью на ответную поверхность наклонной шайбы, выполненной с возможностью поворота, приводной вал, связанный с ротором, распределитель с окнами высокого и низкого давлений, расположенный между ротором и распределителем и связанный механически с ротором диск с выполненными в нем окнами по числу плунжеров и центральным отверстием, соединенным с центральными наклонными каналами, выполненными в роторе, входная магистраль, связанная с подкачивающим насосом и с окнами низкого давления распределителя, выходная магистраль, соединенная с окнами высокого давления распределителя и с потребителем, причем на каждом торце диска выполнены кольцевые углубления, связанные между собой и охватывающие окна диска, а на торце диска, обращенном к ротору, расположены радиальные канавки, связывающие кольцевое углубление с центральным отверстием, в роторе насоса выполнены периферийные наклонные каналы, связывающие первую и вторую роторные полости, при этом вторая полость в свою очередь соединена с магистралью пониженного давления и с центральными наклонными каналами ротора, а первая роторная полость отделена перемычкой от кольцевого углубления диска, обращенного к ротору, и связана непосредственно с кольцевым углублением, обращенным к распределителю, а также через жиклер - с входной магистралью, давление в которой выше, чем в магистрали пониженного давления, на торце диска со стороны ротора выполнены полуокружные фрезеровки, размещенные между соседними окнами диска, и выпуклой своей стороной направлены к центральному отверстию, которое связано с этими фрезеровками, в роторе и диске выполнены сверления для установки в них 2-ступенчатых штифтов, причем диаметры сверлений в роторе больше, чем диаметры сверлений в диске, который выполнен из цветного металла, как и гильзы, установленные в колодцах ротора, а распределитель и ротор выполнены из стали, при этом на торце ротора со стороны установки гильз в ротор выполнены концентрические прорези с радиусом, равным радиусу, на котором расположены центры вращения гильз, первая роторная полость отделена от второй подшипником скольжения, который наружным диаметром установлен в корпусе, а на внутреннем размещен вращающийся ротор, наклонная шайба установлена на опорном кольце с цапфами, размещенными на опорных башмаках, имеющих пластину из антифрикционного материала и установленных в углублениях, выполненных в крышке корпуса, в каждом подпятнике выполнены углубления для установки в них вкладышей, изготовленных из антифрикционного материала, при этом в центре подпятника расположен выступ с обратным конусом, выполненным также на периферийной поверхности углубления подпятника, на котором выполнены сквозные отверстия, в углублениях каждого вкладыша размещен выступ подпятника, в сквозных отверстиях которого установлены выступы, равномерно размещенные по периферии вкладыша.

Перечисленные выше новые признаки в данном насосе являются существенными, так как они достаточны для того, чтобы отличить данный насос от всеx известных аксиально-плунжерных насосов, и при наличии этих признаков добиваемся положительного эффекта, а именно повышение надежности работы качающего узла аксиально-плунжерного насоса, работающего на больших давлениях рабочей жидкости на выходе из этого насоса.

На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого аксиально-плунжерного насоса, на фиг.2 - сечение по линии А-А на фиг.1, на фиг.3 - сечение по линии Б-Б на фиг.2, на фиг.4 - вид на ротор (без плунжеров) со стороны установки гильз в колодцы роторов, на фиг.5 - вид на диск со стороны ротора насоса.

Аксиально-плунжерный насос содержит корпус 1, внутри которого размещен вращающийся ротор 2 с запрессованными в нем гильзами 3 и установленными в эти гильзы плунжерами 4 с подпятниками 5, в углублениях которых размещены вкладыши 6, опирающиеся своей сферической торцевой поверхностью на ответную поверхность наклонной шайбы 7, выполненной с возможностью поворота ее через шток 8 от сервопоршня 9, приводной вал 10, связанный с ротором 2, распределитель 11 с окнами 12 высокого давления и окнами 13 низкого давления, диск 14 расположен между ротором 2 и распределителем 11, причем в нем выполнены окна 16 по числу плунжеров и центральное отверстие 17, ротор 2 при помощи ступенчатого штифта 15 связан с диском 14, входную магистраль 18, связанную с одной стороны с подкачивающим насосом (не показан), а с другой - с окнами 13 распределителя, выходную магистраль 19, соединенную с окном 12 распределителя и с потребителем (не показан).

На торцах диска 14 выполнены кольцевые углубления 20 и 21, охватывающие окна 12 и 13 и связанные между собой при помощи канала 22. На торце, обращенном к ротору 2, выполнены радиальные канавки 23, связывающие кольцевое углубление 21 с центральным отверстием 17. Периферийные наклонные каналы 24, выполненные в теле ротора 2, связывают первую роторную полость 25 со второй роторной полостью 26, которая в свою очередь соединена с магистралью пониженного давления, например с топливным баком, и с центральными наклонными каналами 27, выполненными в теле ротора 2. Полость 25 отделена перемычкой 28 от углубления 21 и связана непосредственно с углублением 20 и через жиклер 29 - с входной магистралью 18, давление в которой выше, чем давление в полости пониженного давления. На торце диска 14, обращенном к ротору 2 (см. фиг. 5), выполнены полуокружные фрезеровки 30, расположенные между окнами 16 и связанные через каналы 23 с центральным отверстием 17. Для установки штифтов 15 в роторе выполнено сверление 31, диаметр которого больше диаметра сверлений 32, выполненных в диске 14. На торце 33 ротора 2 со стороны установки гильз 3 в колодцы ротора выполнены концентрические прорези 34 (см. фиг.4).

Первая роторная полость 25 отделена от второй роторной полости 26 подшипником скольжения 35, который наружным диаметром установлен в корпусе 1, а на внутреннем диаметре размещен ротор 2. Наклонная шайба 7 установлена на опорном кольце 36 (см. фиг.2) с цапками 37, расположенными на опорных башмаках 38, имеющих пластинку 39 из антифрикционного материала и установленных в углублениях 40, выполненных в крышке 41 насоса.

В каждом подпятнике 5 выполнены углубления 42 для установки в нем вкладыша 6, изготовленного из антифрикционного материала, причем в центре подпятника размещен выступ 43 с обратным конусом, выполненным также на периферии поверхности 44 углубления 42, на котором также выполнены сквозные отверстия 45 и 46, равномерно расположенные по окружности. Выступ 43 подпятника 5 размещен в углублении вкладыша 6, а в отверстиях 45 и 46 этого подпятника - выступы вкладыша 6.

Поджатие подпятников 5 к наклонной шайбе 7 осуществляется при помощи центральной пружины 47, которая опирается с одной стороны в ротор 2, а с другой - через опору 48, сферу 49 и сепаратор 50.

Аксиально-плунжерный насос работает следующим образом.

Во время работы данного насоса подкачивающий насос подает рабочую жидкость во входную магистраль 18. Отсюда она направляется в значительном количестве во входные окна 13 распределителя 11 и в меньшем количестве через жиклер 29 в первую роторную полость 25. После распределителя 11 рабочая жидкость поступает через окна 16 диска 14 во внутренние полости плунжеров 4, которые при вращении ротора 2 совершают возратно-поступательные движения. Во время первой половины поворота ротора 2 происходит заполнение рабочей жидкостью внутренних полостей плунжеров 4, а во время второй половины поворота осуществляется ее сжатие и затем выталкивание под высоким давлением через окна 12 распределителя 11 в выходную магистраль 19 и далее к потребителю.

Рабочая жидкость, которая поступает в полость 25, используется для охлаждения и отвода тепла из внутренних полостей корпуса 1. Это связано с тем, что во время работы насоса трущие пары плунжер 4 - ротор 2, ротор 2 - распределитель 11, подпятник 5 с вкладышем 6 - наклонная шайба 7 выделяют значительное количество тепла, приводящего к нагреву рабочей жидкости, окружающей указанные выше детали. В результате нагрева возрастают зазоры в трущих парах, что приводит к увеличению утечек и снижению производительности аксиально-плунжерного насоса.

Для уменьшения выделения тепла при работе насоса, во-первых, подбирают такие материалы для трущих пар, при котором выделялось бы меньше тепла, например пара бронза-сталь. В нашем насосе плунжер и распределитель выполнены из стали, а гильза и диск - из бронзы. При этом распределитель 11 выполнен из стали еще для того, чтобы уменьшить размыв его торца во время работы по причине явления кавитации. Кроме того, вкладыш 6, установленный в углублении 42 подпятника 5, выполнен из антифрикционного материала, позволяющего при работе с наклонной шайбой 7 выделять меньше тепла. Во вторых, за счет правильного подвода рабочей жидкости к трущимся поверхностям добиваемся снижения температуры деталей, находящихся внутри корпуса 1. В этом случае рабочая жидкость, поступающая через жиклер 29 в полость 25, соприкасается с наружной стороны с распределителем 11, диском 14 и ротором 2. Далее рабочая жидкость направляется через каналы 24, снимая часть тепла, выделяемого трущей парой плунжер - гильза, в полость 26, где она снимает часть тепла с трущей пары подпятник с вкладышем - наклонная шайба. После этого рабочая жидкости сливается в полость пониженного давления, например в топливный бак.

Одновременно рабочая жидкость из полости 25 поступает в углубление 20 и далее через канал 22 в углубление 21. Поскольку это углубление отделено перемычкой 28 от полости 25, то дальнейшее движение рабочей жидкости возможно по каналу 23 в центральное отверстие 17, которое через каналы 27 непосредственно соединено с полостью 26, которое, как ранее указывалось, связано с полостью пониженного давления. Давление в углублении 21 будет отличным от давления в центральном отверстии 17 за счет утечек, которые поступают в углубление 21 из окон 16 диска 14. Под действием этого перепада давлений рабочая жидкость направляется через канал 23 в отверстие 17. Благодаря выполнению фрезеровок 30 на диске 14 со стороны ротора 2 увеличивается площадь соприкосновения сливаемой жидкости с трущимися поверхностями, что увеличивает отвод тепла от них в полость пониженного давления. Следует еще заметить, что имея постоянный переток рабочей жидкости из углубления 21 в отверстие 17, мы тем самым избегаем скапливание жидкости в этом углублении и отжим диска 14 от ротора 2 во время всей работы насоса.

Для вращения диска 14 вместе с ротором 2 в последних установлены двухступенчатые штифты 15, служащие не только для передачи вращения от ротора к диску, но и для ориентации отверстий 16 диска с наклонными отверстиями, в которых совершают возвратно-поступательное движение плунжеры 4. Штифт 15 выполнен ступенчатым для того, чтобы в случае распрессовки одного из них из гнезда ротора во время вращения этого ротора он не выпал бы, а уперся в выточку диска 14, обеспечив тем самым работу насоса без разрушения этого насоса.

С целью исключения проворота гильз в роторе на его поверхности 33 выполняется концентрическая прорезь 34, которая позволяет внедрить материал ротора в прорези гильз и тем самым воспрепятствовать их провороту, а это в свою очередь может привести к выпрессовки гильз из колодцев ротора и нарушению работы насоса. Опыт эксплуатации показал, что случаи выпадания гильз из колодцев наблюдались, в результате чего насос вышел из строя.

Благодаря установке в корпусе 1 подшипника 35 скольжения, на который устанавливается ротор 2, роторная полость насоса разделяется на две изолированные части: полости 25 и 26, причем в полости 26 давление несколько ниже, чем в полости 25. Это связано с тем, что полость 26 соединяется с полостью пониженного давления, в которой давление ниже, чем во входной магистрали 18, связанной через жиклер 29 с полостью 25. Благодаря такому соединению между полостями 25 и 26 существует определенный перепад давлений, что позволяет гарантировать постоянный переток рабочей жидкости из полости 25 в полость 26 через канал 24 и канал 27 и, следовательно, иметь постоянный отвод тепла от трущих поверхностей деталей качающего узла насоса в полость пониженного давления.

В данном насосе наклонная шайба 7 устанавливается на опорное кольцо 36, имеющее цапфы 37, которые в свою очередь установлены на башмаки 38 (см. фиг. 2). К этому башмаку при помощи сварки прикрепляется пластина 39 из антифрикционного материала, позволяющего наклонной шайбе 7 и опорному кольцу 36 легко поворачиваться под действием усилия, развиваемого сервопоршнем 9 через шток 8 во время изменения производительности насоса. Легкость вращения достигается за счет малого коэффициента трения между пластиной 39 и цапфой 37. При этом износ этих деталей не очень значителен, что важно для насоса с большим ресурсом работы.

Во время работы насоса важно иметь надежное закрепление вкладыша 6 к подпятнику 5. Это связано с тем, что вкладыш вместе с подпятником во время работы вращается вокруг сферы плунжера 4 и поэтому такое же движение он совершает на поверхности наклонной шайбы 7. Кроме того, во время работы насоса возможен отход подпятника вместе с вкладышем от наклонной шайбы. Поэтому в конструкции подпятника предусмотрены два обратных конуса (см. фиг. 3), один из которых выполнен на выступе 43, а другой - на периферийной поверхности 44 углубления 42, на которой выполнены еще сквозные отверстия 45 и 46. В эти отверстия устанавливаются выступы вкладыша 6, причем в центре этого вкладыша имеется углубление для установки в нем выступа 43 подпятника и конусная поверхность по периферии. Такое выполнение обеспечивает надежное закрепление вкладыша 6 в углублении 42 подпятника.

Таким образом, перечисленные и описанные выше новые конструктивные решения в данном аксиально-плунжерном насосе позволяют ему надежно работать на больших давлениях на выходе из насоса и с достаточно большим ресурсом его работы.

Формула изобретения

1. Аксиально-плунжерный насос, содержащий корпус, внутри которого размещены вращающийся ротор с запрессованными в нем гильзами и установленными в этих гильзах плунжерами с подпятниками, опирающимися сферической торцевой поверхностью на ответную поверхность наклонной шайбы, выполненной с возможностью поворота, приводной вал, связанный с ротором, распределитель с окнами высокого и низкого давления, расположенный между ротором и распределителем и связанный механически с ротором диск с выполненными в нем окнами по числу плунжеров и центральным отверстием, соединенным с центральными наклонными каналами, выполненными в роторе, входная магистраль, связанная с подкачивающим насосом и с окнами низкого давления распределителя, выходная магистраль, соединенная с окнами высокого давления и с потребителем, причем на каждом торце диска выполнены кольцевые углубления, охватывающие окна диска и связанные между собой, а на торце диска, обращенном к ротору, расположены радиальные канавки, связывающие кольцевое углубление с центральным отверстием, отличающийся тем, что в роторе выполнены периферийные наклонные каналы, связывающие первую и вторую роторные полости, при этом вторая полость, в свою очередь, соединена с полостью пониженного давления и с центральными наклонными каналами ротора, а первая роторная полость отделена перемычкой от кольцевого углубления диска, обращенного к ротору, и связана непосредственно с кольцевым углублением, обращенным к распределителю, а также через жиклер - со входной магистралью, давление в которой выше, чем в полости пониженного давления.

2. Аксиально-плунжерный насос по п. 1, отличающийся тем, что на торце диска со стороны ротора выполнены полуокружные фрезеровки, размещенные между соседними окнами диска, и выпуклой своей стороной направлены к центральному отверстию, которое связано с этими фрезеровками.

3. Аксиально-плунжерный насос по п. 1, отличающийся тем, что в роторе и в диске выполнены сверления для установки в них 2-ступенчатых штифтов, причем диаметры сверлении в роторе больше, чем диаметры сверлений в диске.

4. Аксиально-плунжерный насос по п. 1, отличающийся тем, что диск и гильзы, установленные в колодцах ротора, выполнены из цветного металла, а ротор и распределитель выполнены из стали, причем на торце ротора со стороны установки гильз в ротор выполнены концентрические прорези с радиусом, равным радиусу, на котором расположены центры вращения гильз.

5. Аксиально-плунжерный насос по п. 1, отличающийся тем, что первая роторная полость отделена от второй подшипником скольжения, который наружным диаметром установлен в корпусе, а на внутреннем размещен вращающийся ротор.

6. Аксиально-плунжерный насос по п. 1, отличающийся тем, что наклонная шайба установлена на опорном кольце с цапфами, размещенными на опорных башмаках, имеющих пластину из антифрикционного материала и установленных в углублениях, выполненных в крышке корпуса.

7. Аксиально-плунжерный насос по п. 1, отличающийся тем, что в каждом подпятнике выполнены углубления для установки в них вкладышей, изготовленных из антифрикционного материала, при этом в центре подпятника расположен выступ с обратным конусом, выполненным также на периферийной поверхности углубления подпятника, на котором выполнены сквозные отверстия, в углублениях каждого вкладыша размещен выступ подпятника, в сквозных отверстиях которого установлены выступы, равномерно размещенные по периферии вкладыша.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 10.09.2010

Извещение опубликовано: 10.09.2010        БИ: 25/2010

---