Центробежно-шестеренный насос

Изобретение относится к насосам для подачи топлива в двигатель. Насос содержит шестеренную и центробежную ступени. Шестеренная ступень содержит ведущую и ведомую шестерни 5, 4, цапфы которых установлены в подвижных и неподвижных подпятниках-подшипниках 2, 3. С одной стороны приводного вала 6 расположено уплотнение 7, а с другой консольно установлено рабочее колесо 9 открытого типа центробежной ступени. Диаметры вала 6 подобраны таким образом, что отношение площади поперечного сечения вала 6 под уплотнение 7 к площади поперечного сечения цапфы ведущей шестерни 5 равно отношению перепада давлений между выходом и входом колеса 9 к давлению на его выходе. При таком выполнении насоса в рабочем режиме на рабочий торец неподвижного подпятника 3 шестерни 5 насоса в осевом направлении действует только гидромеханическая сила, передаваемая от подвижного подпятника 2, что повышает надежность и срок службы насоса. 1 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к центробежно-шестеренным насосам для подачи топлива в двигатель.

Известно насосное устройство (см. а.с.СССР №800424. М. кл. F 04 C 11/00, 1979 г.), содержащее шестеренную и центробежную ступени, в которых валы ведущей шестерни шестеренной ступени и рабочего колеса центробежной ступени установлены соосно в опорных подшипниках и соединены рессорой для передачи крутящего момента.

Недостатком данного устройства является его конструктивная сложность, связанная с необходимостью обеспечения соосности валов и рессоры, и большие габариты из-за дополнительного вала и подшипников центробежной ступени.

Наиболее близким техническим решением является центробежно-шестеренный насос (см. патент US 1927799 A, GOULDS PUMPS Inc., 19.09.1933, фиг.6-8), содержащий корпус, в котором расположены центробежная ступень с рабочим колесом, снабженным диском, т.е. полуоткрытого типа, консольно установленным на приводном валу, и шестеренная ступень с ведущей и ведомой шестернями, цапфы шестерен установлены в подвижных и неподвижных подпятниках-подшипниках в стенке корпуса. На стороне приводного вала, противоположной рабочему колесу, выполнено уплотнение.

Недостатком данного насоса является то, что на рабочий торец неподвижного подшипника ведущей шестерни дополнительно к гидравлическим осевым силам шестеренной ступени действует осевая гидравлическая сила от рабочего колеса центробежной ступени, возникающая за счет несимметричного распределения давлений по радиусу колеса со стороны всасывания и с нерабочей стороны между корпусом и ведущим диском.

В результате действия дополнительной осевой силы снижается надежность работы и уменьшается срок службы насоса.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении надежности работы и увеличении срока службы центробежно-шестеренного насоса.

Для достижения этого технического результата в центробежно-шестеренном насосе, в котором расположены центробежная ступень с рабочим колесом, консольно установленным на приводном валу, и шестеренная ступень с ведущей и ведомой шестернями, цапфы которых установлены в подвижных и неподвижных подпятниках-подшипниках, а на стороне приводного вала, противоположной рабочему колесу, выполнено уплотнение, рабочее колесо, согласно изобретению, выполнено открытого типа, а диаметры приводного вала выбраны таким образом, что отношение площади поперечного сечения вала под уплотнение к площади поперечного сечения цапфы ведущей шестерни равно отношению перепада давлений между выходом и входом рабочего колеса к давлению на выходе рабочего колеса.

Отличительные признаки предлагаемого центробежно-шестеренного насоса от указанного выше прототипа, а именно выполнение рабочего колеса открытого типа и выбор диаметров приводного вала таким образом, что отношение площади поперечного сечения вала под уплотнение к площади поперечного сечения цапфы ведущей шестерни равно отношению перепада давлений между выходом и входом рабочего колеса к давлению на выходе рабочего колеса, позволяют уравновесить осевую гидравлическую силу от давления на входе в рабочее колесо и осевую гидравлическую силу от давления на выходе рабочего колеса, и таким образом, на рабочий торец неподвижного подшипника-подпятника при работе насоса в осевом направлении действует только гидромеханическая сила для компенсации торцевых зазоров, передаваемая от подвижного подшипника-подпятника, что повышает надежность работы и срок службы насоса.

Предложенное устройство представлено на чертеже и описано ниже.

В корпусе 1 в подвижных подпятниках 2 и неподвижных подпятниках 3, выполняющих функцию подшипников скольжения, установлены на цапфах ведомая 4 и ведущая 5 шестерни. На хвостовике приводного вала 6, выполненного заодно с ведущей шестерней 5, установлены уплотнение 7 и муфта 8. На другом конце приводного вала 6 консольно установлено рабочее колесо 9 открытого типа (без ведущего диска) центробежной ступени. Подводящее 10 и отводящее 11 устройства центробежной ступени насоса выполнены в корпусе 12. Между подпятником 2 ведущей шестерни 5 и уплотнением 7 расположена полость А, к которой подведено давление с выхода рабочего колеса 9. Диаметры приводного вала 6 выбраны таким образом, что отношение площади поперечного сечения вала под уплотнение 7 (F_м) к площади поперечного сечения цапфы (F_ц) ведущей шестерни 5 равно отношению перепада давлений между давлением на выходе рабочего колеса 9 (P_вых) и давлением на входе в рабочее колесо 9 (Р_вх) к давлению на выходе колеса 9 (Р_вых):

Центробежно-шестеренный насос работает следующим образом.

От привода двигателя крутящий момент передается через муфту 8 и приводной вал 6 к шестеренной и центробежной ступеням.

Рабочая жидкость поступает на вход колеса 9 через подводящее устройство 10 под давлением (Р_вх) и выталкивается под давлением (Р_вых) в отводящее устройство 11 для отбора в шестеренную ступень насоса. При вращении шестерни 4 и 5 сжимают рабочую жидкость и выталкивают ее под высоким давлением для питания двигателя. Рабочее колесо 9 центробежной ступени разгружено в осевом направлении за счет симметричного распределения давлений на лопатках по радиусу со стороны всасывания и с нерабочей стороны колеса.

Осевая гидравлическая сила от давления (Р_вх) на входе в рабочее колесо 9, действующая через ступицу рабочего колеса на приводной вал 6, и противоположно направленная ей осевая гидравлическая сила от давления на выходе (Р_вых) рабочего колеса, действующая в полости А на площадь поперечного сечения вала 6, образованную разностью площадей поперечного сечения цапфы (F_ц) шестерни 5 и (F_м) вала 6 в месте установки уплотнения 7, на рабочем режиме насоса соизмеримы и уравновешивают друг друга, т.е. Р_вх·F_ц=Р_вых(F_ц-F_м).

После преобразования этой формулы получим

Центробежно-шестеренный насос, содержащий корпус, в котором расположены центробежная ступень с рабочим колесом, консольно установленным на приводном валу, и шестеренная ступень с ведущей и ведомой шестернями, цапфы которых установлены в подвижных и неподвижных подпятниках-подшипниках, а на стороне приводного вала, противоположной рабочему колесу, выполнено уплотнение, отличающийся тем, что рабочее колесо выполнено открытого типа, а диаметры приводного вала выбраны таким образом, что отношение площади поперечного сечения вала под уплотнение к площади поперечного сечения цапфы ведущей шестерни равно отношению перепада давлений между выходом и входом рабочего колеса к давлению на выходе рабочего колеса.