Шестеренчатый насос и насосное устройство

Группа изобретений относится к шестеренчатому топливному насосу и насосному устройству и может быть использована для авиационных двигателей, в которых насос (4') является насосом высокого давления. Шестеренчатый топливный насос (4') работает, чтобы подавать определенный поток, но при низком или нулевом росте давления. Добавлено сальниковое уплотнение (46) между подшипниками (19) и шестернями (11). Уплотнение (46) изолирует закрытые полости (47), окружающие зазоры (10) и ограниченные корпусом, подшипниками (19) и шестернями (11). Полости (47) содержат текучую среду, отличную от текучей среды, т.е. топлива, перекачиваемой посредством шестерней. Текучая среда в полостях (47) имеет большую вязкость, чем перекачиваемое топливо. Группа изобретений направлена на обеспечение необходимой эксплуатационной надежности. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 14 ил.

 

Подробное описание изобретения

Предметом этой заявки является шестеренчатый насос, предназначенный для работы, в частности, в качестве топливного насоса высокого давления, хотя не исключаются другие применения.

Авиационные двигатели включают в себя основной топливный насос, который находится в центре их системы регулирования. Они подают топливо в камеру сгорания, накачивая необходимый поток из баков. Выходной поток из этих насосов также используется в качестве гидравлической текучей среды, чтобы приводить в действие актуаторы, типа тех, которые используются, чтобы открывать выпускные заслонки для воздушного потока из потока внутреннего контура двигателя в поток вентилятора.

Этот насос может содержать две ступени: насос низкого давления и насос высокого давления, к которому изобретение более конкретно применимо. Эти две ступени имеют отдельные функции: первая выводит увеличение давления при предписанном расходе, а вторая выводит поток при предписанном перепаде давления на своих границах. Эти две ступени обычно объединяются в один и тот же корпус, чтобы экономить пространство и упрощать двигатель, и формируют единую часть оборудования, приводимую в действие с одинаковой скоростью посредством одного и того же вала. US 2014/003987 A1 описывает двухступенчатый топливный насос, иллюстрирующий уровень техники.

Наиболее часто используемой технологией в настоящее время для ступени низкого давления является центробежный насос с блиском (монолитным диском с лопатками). Такой насос имеет характеристики увеличения давления, которые сильно зависят от скорости вращения.

В настоящее время наиболее применяемой технологией для ступени высокого давления является шестеренчатый насос фиксированного рабочего объема. Следовательно, его поток пропорционален его скорости вращения, за исключением объемной производительности. Эта технология, используемая для его высокой надежности, приводит в результате к избытку накачиваемого потока при некоторых скоростях полета, при которых скорость вращения является высокой, хотя не существует более какой-либо необходимости в потоке, который впрыскивается в камеру сгорания или подводится к актуаторам. Этот избыточный поток тогда возвращается в точку выше по потоку от насоса высокого давления.

Целью новых разработок двигателя является снижение потребления топлива посредством уменьшения всех энергетических потерь. Таким образом, согласно одной цели изобретения, требуется значительно уменьшать или даже устранять перепад давления на границах насоса высокого давления, следовательно, полагаясь исключительно на насос низкого давления, чтобы добиваться необходимого увеличения давления. Насос высокого давления будет использоваться только для того, чтобы получать требуемый поток. Ожидаемая экономия будет тогда достигаться, во-первых, за счет снижения мощности, необходимой, чтобы приводить в действие вал насоса, и, во-вторых, за счет упрощения насоса, в частности, включающего в себя уменьшение деформации, поскольку уменьшение или устранение увеличения давления, формируемого в нем, будет непременно уменьшать все утечки внутри него.

Несмотря на эти преимущества вследствие уменьшения или устранения перепада давления, шестеренчатые насосы высокого давления требуют модификаций конструкции, которые все являются аспектами изобретения, поскольку этот перепад давления между впуском и выпуском насоса используется, чтобы гарантировать, что он функционирует правильно. Подшипники насоса должны смазываться, и это обычно выполняется посредством самой перекачиваемой текучей среды, как объясняется, например, в документе US 3 528 756 A: рециркуляция перекачиваемой текучей среды устанавливается между выпускной стороной и впускной стороной, проходя через канавки, выполненные на подшипнике, так что перепад давления между впуском и выпуском текучей среды нагнетает рециркуляционный поток через этот канал, который поддерживает слой смазки между подшипниками и фальш-валами шестерней, которые они поддерживают. Однако рециркуляционный поток больше не поддерживается, когда давление между двумя сторонами насоса снижается, и особенно, когда оно становится незначительным. Независимо от этого потока, рециркулирующая текучая среда может находиться под давлением, которое является слишком низким, чтобы поддерживать гидродинамический напор валов зубчатых колес, несмотря на неизбежные колебания этих вращающихся частей; валы в этом случае могут многократно ударять подшипники, разрушая гидродинамический слой, таким образом, повреждая подшипники.

Другая трудность связана с другой рециркуляцией, которая должна быть устранена, посредством которой текучая среда, перекачиваемая посредством зубчатого зацепления, протекает на боковые стороны зубчатого зацепления, при этом часть перекачиваемой текучей среды возвращается на впускную сторону. Боковые зазоры на боковых сторонах зубчатого зацепления должны быть существенно уменьшены для того, чтобы уменьшать эту повреждающую рециркуляцию. Это обычно выполняется с помощью плавающего размещения одного из подшипников каждой из шестерен в зубчатом зацеплении, составляя зазор между внешней окружностью этого подшипника и корпусом насоса, так что этот подвижный подшипник может скользить в осевом направлении, чтобы добиваться того, что называется прижатием зубчатого зацепления. Внешняя в осевом направлении поверхность подвижных подшипников (самая дальняя от шестерен) тогда задается так, что она сообщается с давлением на выпускной стороне насоса посредством отверстий, сформированных через насос для этой цели, что создает результирующие усилия вследствие давления, толкающего подвижные подшипники по направлению к шестерням. Еще раз, это усилие прижатия зубчатого сцепления становится недостаточным, если давление на концах насоса уменьшается. Наконец, возникает другая вредная рециркуляция текучей среды от высокого давления к низкому давлению вокруг зубцов шестерней в зубчатом сцеплении, если нет большого увеличения давления, если нет результирующей силы, поперечной валам шестерней, которая прижимает зубцы шестерней близко к стороне низкого давления на круговую стенку окружающего корпуса.

Недостатки смазки в подшипниках устраняются в насосе, описанном в документе US 4 787 332 A, в котором формируются герметичные перегородки между полостью шестерни, через которую перекачиваемая текучая среда проходит, и боковыми полостями, окружающими подшипники. Другая текучая среда, специально приспособленная для смазки подшипников, впрыскивается в боковые полости. Этот документ относится к насосу для мастики или к другому насосу для клея, т.е., с полностью отличной от топлива текучей средой, и, в частности, с неподходящей для смазки текучей средой.

Изобретение устраняет различные трудности, которые могут возникать следом за отказами в рециркуляции перекачиваемой текучей среды.

Согласно первому аспекту, изобретение относится к шестеренчатому топливному насосу, содержащему корпус, две шестерни, зацепляющихся друг с другом в камере корпуса, два первых подшипника, каждый поддерживает один из двух фальш-валов первой шестерни, два вторых подшипника, каждый поддерживает один из фальш-валов второй шестерни, первые подшипники и вторые подшипники размещаются в камере в корпусе, первые фальш-валы вращаются в первых подшипниках с первыми зазорами, а вторые фальш-валы вращаются во вторых подшипниках со вторыми зазорами, первые и вторые зазоры содержат слои гидродинамического подъема текучей среды, характеризуемые тем, что они содержат сальниковое уплотнение между вторыми подшипниками и шестернями, упомянутое уплотнение изолирует закрытые полости, окружающие вторые зазоры и ограниченные корпусом, вторыми подшипниками и шестернями, закрытые полости содержат текучую среду, отличную от текучей среды, т.е., топлива, перекачиваемой посредством шестерней.

Этот аспект изобретения объясняется следующим образом. В этом типе насоса необходима смазка за счет гидродинамического подъема по причинам безопасности или срока службы, поскольку статическая смазка на подшипниках с гладкой или пористой поверхностью неприемлема, но гидравлический подъем может быть недостаточным, если он выполняется посредством рециркуляции перекачиваемой текучей среды внутри насоса согласно стандартной конструкции, если перепад давления на границах насоса является слишком низким. В частности, колебания валов шестерней, ведущие к перемещениям на подшипниках, больше не будут в достаточной степени демпфироваться. Однако, было определено, что гидродинамический подъем за счет рециркуляции остается на приемлемом уровне, чтобы удовлетворять вышеуказанным аргументам, если он был применен и поддерживается только посредством одних из подшипников каждой из шестерен, называемых первыми подшипниками в этом описании.

Вторые подшипники должны смазываться аналогично первым подшипникам. В целом, смазка обеспечивает срок службы, ограничивая износ и удаляя тепло, а также обеспечивает устойчивость вращающихся шестерен по отношению к колебаниям их вала благодаря демпфированию, свойственному любому относительно густому слою перекачиваемой текучей среды. Вторые подшипники используют первую инновацию изобретения, описанную ниже, чтобы гарантировать смазку и устойчивость вращающихся шестерен и, следовательно, предотвращать любое перемещение шестерни, вращающейся в подшипниках. В этом описании полагается, что устойчивость шестерни может быть достигнута посредством одних вторых подшипников, благодаря очень маленьким операционным зазорам в насосе. Что касается первых подшипников, поскольку больше не нужно предоставлять смазку, чтобы обеспечивать срок службы, может быть реализована другая менее сложная инновация, состоящая просто из новой инновационной рециркуляции, которая описана ниже и которая гарантирует, что гидродинамический подъем поддерживается, даже когда не существует перепада давления на границах насоса. Тогда вторые подшипники могут применять гидродинамический подъем без рециркуляции за счет текучей среды, содержащейся в закрытых полостях, которая может быть выбрана отличающейся от топлива и со свойствами и, в частности, вязкостью, такой, что слой гидродинамического подъема может быть сформирован более простым образом, чем с перекачиваемой текучей средой, например, в случае с реопексной текучей средой. Реопексные текучей среды имеют свойство, что этот слой формируется для всех скоростей вращения шестерней насоса, даже когда не существует избыточного давления на границах насоса. Следовательно, достаточная поддержка ведущих шестерен обеспечивается посредством только вторых подшипников, ассоциированных с закрытыми полостями, даже при наличии колебаний, в то время как рециркуляция через первые подшипники, которая гарантирует, что насос выводит поток с перепадом давления, обеспечивает необходимую эксплуатационную надежность.

Второй аспект изобретения относится к настройке силы прижатия шестерен в осевом направлении, чтобы предотвращать рециркуляцию перекачиваемой текучей среды на ее боковой поверхности, даже если перепад давления на границах насоса недостаточен, чтобы создавать это прижатие.

Согласно второму аспекту изобретения, пружины сжимаются между корпусом и внешними осевыми поверхностями на расстоянии от шестерен, вторых подшипников; пружины протягиваются поверх противоположных фрагментов окружности упомянутых поверхностей и, следовательно, применяют более высокое результирующее усилие, чтобы, таким образом, усиливать прижатие шестерен между их подшипниками, необходимое, чтобы уменьшать утечки рециркуляции в насосе. Будет видно, что это размещение пружин не используется в известных насосах этого типа.

Таким образом, как мы видим, изобретение становится особенно полезным с насосами с низким или даже нулевым дополнительным давлением. Однако, рециркуляция через первые подшипники больше не происходит, если этот перепад давления становится слишком низким. Эта ситуация возникает в случае контуров подачи топлива, когда шестеренчатый насос находится на выходной стороне других насосов, которые создают перепад давления текучей среды. Тогда возможно создавать путь рециркуляции от насоса через различные подшипники этого насоса, ведущий к области низкого давления контура питания. Недостатки полностью автономного контура перекачки и текучей среды, отличной от перекачиваемой текучей среды, устраняются с помощью перекачиваемой текучей среды как для рециркуляции, так и для зоны низкого давления, уже присутствующей в устройстве, чтобы формировать поток.

Теперь будут описаны подробно различные аспекты, характеристики и преимущества изобретения, включая в себя упомянутые выше и другие, со ссылкой на следующие чертежи:

- фиг. 1 является общим представлением устройства, в котором насос согласно изобретению может быть размещен;

-фиг. 2, 3, 4, 5 и 6 являются различными видами известного насоса типа, улучшенного посредством изобретения;

-фиг. 7 иллюстрирует первую модификацию этого насоса, характерную для изобретения;

-фиг. 8A, 8B, 8C, 8D и 9 описывают преимущества этой модификации;

-и фиг. 10 и 11 иллюстрируют другие модификации, характерные для изобретения.

Сейчас будут описаны первые чертежи.

Фиг. 1 показывает топливный контур авиационного двигателя. Бак 1 летательного аппарата питает насос 2 низкого давления, затем и насос 4 высокого давления, через фильтры и обменники 3. Топливо под давлением подается к дозирующему насосу 5, который питает камеру 6 сгорания, актуаторы и сервоклапаны 7; избыточный поток возвращается выше по потоку от насоса 4 высокого давления через обратный канал 8, ровно как и текучая среда, используемая в актуаторах и серовоклапанах 7.

Устройство не ограничивается изобретением, которое относится к специальному насосу, особенно полезному в этом применении и этом устройстве, а вполне применимо к другим.

Далее будут описаны фиг. 2 и 3.

Фиг. 2 иллюстрирует перспективный вид неотъемлемых фрагментов известного насоса 4 высокого давления, который должен быть улучшен посредством изобретения, а фиг. 3 является чертежом общей компоновки устройства. Насос 4 высокого давления является шестеренчатым насосом, содержащим ведущую шестерню 11 и ведомую шестерню 12, которые сцеплены вместе и выпускают топливо между своих зубцов, чтобы осуществлять перекачку. Каждая из шестерен 11 и 12 содержит фальш-валы 13, 14 и 15, 16 на своих двух противоположных сторонах, первые из которых справа на фиг. 2 и 3 поддерживаются посредством первых подшипников 17, 18, соответственно, называемых фиксированными подшипниками с первыми зазорами 9, а вторые слева на чертежах поддерживаются посредством вторых подшипников, называемых подвижными подшипниками 19, 20 со вторыми зазорами 10. Все из этих подшипников 17-20 являются гладкими подшипниками, но фиксированные подшипники 17 и 18 удерживаются с меньшим зазором в посадочных местах корпуса 24, чем подвижные подшипники 19 и 20, которые могут, таким образом, смещаться в осевом направлении, чтобы сжимать шестерни 11 и 12 и уменьшать зазоры, которые могут предоставлять возможность рециркуляции перекачиваемой текучей среды по направлению к сторонам низкого давления. Ведущая шестерня 11 приводится в действие посредством вала 21 высокого давления, а вал 22 низкого давления приводит в действие блиск 23 насоса 2 низкого давления. Оба насоса 2 и 4 содержатся в общем корпусе 24. Вал 22 низкого давления поддерживается посредством дополнительного подшипника 25 в расширении корпуса 24. Упорные подшипники 26 ограничивают осевые перемещения блиска 23, который опирается на подшипник 25. Перемещение приводного вала 21 направляется к валу 22 низкого давления посредством шлицов 27 между ведущей шестерней 11 и концами валов 21 и 22. Насосы 2 и 4, таким образом, соединяются вместе.

Оптимальная работа насоса 4 высокого давления зависит от достаточно хорошего уплотнения между его различными элементами: важно ограничивать утечки перекачиваемой текучей среды наружу из корпуса 24, а также вокруг шестерен 11 и 23 при рециркуляции к впуску насоса 4. Корпус 24 открывается в месте 28 вокруг всего вала 21 высокого давления. В этом месте между корпусом 24 и соседним фальш-валом 15 предусматривается сальниковое уплотнение 29, чтобы устранять утечки наружу. Утечки от рециркуляции вокруг шестерен 11 и 12 минимизируются посредством пружин 30 для того, чтобы толкать подвижные подшипники 19 и 20 по направлению к шестерням 11 и 12, что называется прижатием шестерен 11 и 12.

Другой критерий для удовлетворительной работы насоса 4 высокого давления будет сейчас описан со ссылкой на фиг. 4 и 5. Трение между подшипниками 17-20, шестернями 11 и 12 и их фальш-валами 13-16 устраняется посредством слоев гидродинамического подъема текучей среды, сформированных посредством рециркуляции перекачиваемой текучей среды. В каждом подшипнике 17-20 выполнены несколько рельефных рисунков, в том числе выемка 33 высокого давления и выемка 34 низкого давления на периферии внутренней осевой поверхности 35 (близко к шестерням 11 и 12), на каждой стороне разделительного фланца 60. Выемки 33 и 34 находятся в сообщении с соседними жидкостными объемами на впуске и выпуске насоса 4. Выемка 33 высокого давления сообщается с изогнутой канавкой 36 высокого давления, которая раскрывается на своей внутренней осевой поверхности 35 и на канавке 37 высокого давления через непоказанное отверстие, которая раскрывается на внутренней радиальной поверхности 38 подшипников 17-20. Канавка 39 низкого давления протягивается до места соединения внутренней осевой поверхности 35 и внутренней радиальной поверхности 38 и сообщается с выемкой 34 низкого давления через собирательную канавку 40. В подшипниках 17-20, изготовленных таким образом, работа насоса, таким образом, поддерживает циркуляцию текучей среды от выемки 33 высокого давления к выемке 34 низкого давления, обеспечивающую динамическую смазку подшипников 17-20, создавая гидродинамические слои на внутренней осевой поверхности 35 и внутренней радиальной поверхности 38. Следовательно, фальш-валы 13-16 поддерживаются посредством этих гидродинамических слоев во внутренних радиальных поверхностях 38, которые занимают зазоры 9 и 10, и гидродинамических слоев на внутренних осевых поверхностях 35, сформированных рядом с боковыми поверхностями шестерен 11 и 12, удерживая их слегка отделенными от подшипников 17-20 и, следовательно, не допуская полного закрытия зазоров 32, несмотря на пружины 30.

Таким образом, как показано на фиг. 5, подвижные подшипники 19 и 20, в их известной конструкции, имеют специальную деталь конструкции на своей внешней осевой поверхности, удаленной от шестерен 11 и 12: эта поверхность делится на два серповидных фрагмента 42 и 43, которые располагаются в различных плоскостях, отделенных буртиком, заполненным уплотнителем 45 (который видим на фиг. 6), который выставляет серповидный фрагмент 42 под воздействие высокого давления текучей среды, а серповидный фрагмент 43 - низкого давления. Подвижные подшипники 19 и 20 удерживаются на месте в буртике, отделяющем серповидные фрагменты 42 и 43, в расширениях 44 в корпусе 24, смещенными от осей вращения шестерен 11 и 12. Пружины 30, сжатые между подвижными подшипниками 19 и 20 и одной поверхностью 31 корпуса 24 рядом с входным отверстием вала 21 высокого давления, могут быть установлены только там, где серповидный фрагмент 42 является наибольшим, поверх приблизительно четверти окружности подвижных подшипников 19 и 20. Подпор в осевом направлении тогда разбалансируется и содержит момент вокруг поперечной оси подвижных подшипников 19 и 20, так, чтобы балансировать противоположный момент, создаваемый перепадами давления в перекачиваемой текучей среды на внутренних осевых поверхностях 35: следовательно, не существует наклона подвижных подшипников 19 и 20 относительно этой оси, так что они остаются соосными с фальш-валами 15 и 16, которые они поддерживают, несмотря на зазоры сборки подвижных подшипников 19 и 20 в корпусе 24.

Усилия вследствие давления, оказываемого на участвующие элементы внутри насоса (подвижные подшипники 19 и 20 и шестерни 11 и 12 и их фальш-валы), могут быть описаны подробно, в значительной степени, как следующие. Перепад давления между впуском и выпуском насоса сдвигает шестерни 11 и 12 по направлению к впуску текучей среды, перемещая их по направлению к корпусу 24, прикладывая поперечное усилие на фальш-валы 13-16. Более высокое давление, приложенное на внешнюю осевую поверхность подвижных подшипников 19 и 20, главным образом, на серповидный фрагмент 42, подверженный высокому давлению, толкает подвижные подшипники 19 и 20 по направлению к шестерням 11 и 12 и прижимает их к подшипникам 17 и 18, оставляя только небольшой зазор 32 вокруг шестерен 11 и 12, которые удерживаются на месте посредством рециркуляции текучей среды на внутренних осевых поверхностях 35. Кроме того, асимметрия этих внешних осевых поверхностей вследствие неровности серповидных фрагментов 42 и 43 является такой, что давление текучей среды прикладывает наклоняющее перемещение на подвижные подшипники 19 и 20, которое компенсируется противоположным наклоняющим перемещением, создаваемым посредством нерегулярного давления текучей среды на внутренних осевых поверхностях рядом с шестернями 11 и 12: эта балансировка наклоняющих перемещений предоставляет возможность подвижным частям 19 и 20 скользить в корпусе 24 без чрезмерного трения и, следовательно, предоставляет им возможность перемещаться.

Пружины 30, которые также способствуют прижиманию шестерней 11 и 12, полезны для запуска насоса 4, до того как какой-либо перепад давления будет там сформирован; усилия, которые они создают, в этом случае являются слишком слабыми, чтобы оказывать какое-либо реальное воздействие.

Следовательно, работа насоса 4 высокого давления, в целом, является удовлетворительной, но она зависит от достаточного увеличения давления, чтобы смазывать подшипники 17-20 и поддерживать гидродинамический подъем фальш-валов 13-16, несмотря на функциональные колебания, а также уменьшать вредную рециркуляцию вокруг шестерен 11 и 12. Другой возможный недостаток обусловлен сальниковым уплотнением 29, которое герметизирует корпус 24. Однако, реализация изобретения, которая будет теперь описана иллюстративным образом, предоставляет возможность удовлетворительной работы, даже если дополнительное давление на его границах является низким или нулевым. Изобретение будем описано посредством модификаций, выполненных в насосе 4 высокого давления. Модифицированному насосу высокого давления, характерному для изобретения, будет назначен ссылочный номер 4'.

Со ссылкой на фиг. 7, может быть видно, во-первых, что второе сальниковое уплотнение 46 было добавлено между подвижным подшипником 19 и ведущей шестерней 11 с тем, чтобы прерывать осевой зазор 32 в этом месте. Второе сальниковое уплотнение 46 состоит из корпуса, содержащего пружину, которая давит на выступ, который предоставляет уплотнитель: в этом случае корпус находится в выемке в подвижном подшипнике 19, а выступ трется о гладкую поверхность шестерни 11. Аналогичный уплотнитель помещается в соответствующее место между подвижным подшипником 20 и ведомой шестерней 12, хотя компоновка не показана, поскольку она аналогична. Может быть видно, что формируется закрытая полость 47, ограниченная корпусом 24, подвижным подшипником 19 или 20, сальниковым уплотнением 46, шестерней 11 или 12, фальш-валом 15 или 16 и торцевой пластиной 48, формирующей часть корпуса 24, и в которую вставлено сальниковое уплотнение 29. В случае подвижного подшипника 20 и ведомой шестерни 12, применяется такая же конструкция, если не существует уплотнителя 29 и торцевой пластины 48, поскольку корпус 24 является непрерывным в этом месте.

Теперь будет описана причина для формирования закрытых полостей 47. Существует относительно большой радиальный зазор между фальш-валами 13-16 и подшипниками 17-20, компоновка в состоянии покоя показана на фиг.8A, при этом фальш-валы 13-16 размещаются внизу внутренних радиальных поверхностей 38. Когда насос 4' высокого давления запускается, гидродинамический клин 49 создается на фальш-валах 13-16 (фиг. 8B), он отсоединяет их полностью от внутренней радиальной поверхности 38, когда скорость вращения является достаточно высокой (фиг. 8C), и фальш-валы 13-16 находятся в центре высокоскоростных подшипников 17-20, гидродинамический клин замещается равномерно толстым гидродинамическим слоем 50 (фиг. 8D). Однако, формирование этого гидродинамического клина 49 и затем этого гидродинамического слоя 50 зависит от свойств текучей среды: он формируется легко только при высоком давлении с большинством часто встречающихся жидкостей (ньютоновских), таких как топливо. Следовательно, гидродинамический слой 50 больше не может формироваться простым образом, если текучая среда остается при приблизительно одинаковом давлении между впуском и выпуском насоса 4' высокого давления. Колебания, прикладываемые к шестерням 11 и 12, тогда имеют тенденцию поддерживать неблагоприятное состояние на фиг. 4B, в котором подшипники 17-20 повреждаются за счет ударов даже при высоких скоростях вращения.

Вот почему перекачиваемая текучая среда больше не используется для формирования и поддержания гидродинамического слоя 50, а взамен используется специальная текучая среда, которая предварительно впрыскивается в закрытые полости 47; это - неньютоновская текучая среда, называемая реопексной текучей средой, другими словами, ее вязкость увеличивается как функция скорости сдвига (скорость сдвига является градиентом скорости в текучей среды). Как указано на фиг. 9, на котором скорости сдвига нанесены на абсциссу, а касательные напряжения нанесены на ординату, ньютоновские текучей среды следуют прямой линии 51, для которой уклон (вязкость текучей среды) является постоянным, несмотря на скорость сдвига. Реопексные текучей среды следуют кривой 52, уклон которой становится все более крутым, когда скорость сдвига увеличивается, и, следовательно, вязкость увеличивается, когда приложенная скорость сдвига увеличивается. Примерами таких жидкостей являются масла, содержащие примеси, например, такие как органические волокна. Их вязкость выше, когда скорости сдвига становятся более высокими, что делает более легким достижение гидродинамического подъема. Эти условия высокого сдвига всегда возникают в этой ситуации, поскольку они существуют в гидродинамическом клине 49 в начале вращения или в случае колебаний, поскольку градиент скорости является высоким вследствие тонкости этого клина; и скорость сдвига одинаково важна при высоких скоростях вращения, после того как гидродинамический слой 50 был сформирован. Все, что необходимо, это предусмотреть эту специальную текучую среду только для двух из подшипников 17-20, например, подвижных подшипников 19 и 20, фиксированные подшипники 17 и 18 продолжают извлекать пользу из подъема посредством перекачиваемой текучей среды. Гидродинамический подъем посредством рециркуляции необходим с этим типом насоса вследствие его надежности, поскольку гарантируется достаточная смазка, обеспечивая то, что насос 4' высокого давления работает и к нему подается текучая среда. Однако, было подмечено, что подача может быть выполнена к одному подшипнику для каждой шестерни 11 или 12, что объясняет признак, посредством которого закрытая полость 47 предусматривается только на стороне подвижных подшипников 19 и 20. Следовательно, классический гидродинамический подъем посредством рециркуляции сохраняется для фиксированных подшипников 17 и 18. Напротив, подъем, осуществляемый посредством текучей среды в закрытых полостях 47, играет дублирующую роль в демпфировании колебаний во время неровной работы. Отметим, что может быть выбрано противоположное размещение, а именно, размещение, в котором закрытые полости находятся на стороне фиксированных подшипников 17 и 18.

Сейчас будут описаны другие аспекты изобретения. Их польза станет очевидной в ситуациях, в которых перепад давления между выпуском и впуском насоса 4' высокого давления становится низким или даже нулевым.

Второй аспект изобретения описывается со ссылкой на фиг. 10. Усилие прижатия шестерен 11 и 12 в осевом направлении может становиться недостаточным, если не существует перепада давления. Это исправляется посредством помещения дополнительных пружин 30, аналогичных предыдущим пружинам, каждая размещается в новом отделении 41', сформированном на секторе окружности подвижного подшипника 19 или 20 напротив сектора, содержащего отделения 41. Этот требует, чтобы существующее расширение 44 сдвига было модифицировано, заменяя его расширением 44', концентрическим с осью подшипника 19 или 20. Фрагменты 42' и 43' под высоким давлением и низким давлением от внешней осевой поверхности подвижных подшипников 19 и 20 теперь являются концентрическими. Следовательно, шестерни 11 и 12 прижимаются существенным образом или даже полностью посредством пружин 30, что не является проблемой, несмотря на слабость этих пружин, поскольку перепад давления, вызывающий рециркуляцию вокруг шестерен 11 и 12 в зазорах 32, больше не является высоким, и теперь достаточно низкого прижимающего усилия, чтобы преодолевать его. Аналогично, больше нет каких-либо причин прикладывать момент относительно оси, поперечной подвижным подшипникам 19 и 20, поскольку они больше не подвергаются наклону, вызванному усилиями вследствие давления на их внутренние осевые поверхности 38.

Если снижение в перепаде давления на границах насоса 4 высокого давления является избыточным, может быть недостаточным осуществлять рециркуляцию в фиксированных подшипниках 17 и 18. Классическая рециркуляция от выпускной стороны к впускной стороне насоса тогда заменяется внешней рециркуляций в соответствии с третьим важным аспектом изобретения, показанным на фиг. 11. В этом случае формируется канал 53 между отводом 54 в корпусе 24 на стороне внешних осевых поверхностей фиксированных подшипников 17 и 18 на расстоянии от шестерен 11 и 12 и точкой в топливном контуре выше по потоку от насоса 4' высокого давления, для которого прикладываемое давление является низким, например, на стороне выше по потоку от подающего насоса 62, который может быть добавлен к устройству ниже по потоку от насоса 2 низкого давления, чтобы компенсировать повышение давления, формируемое посредством известного насоса 4 высокого давления. Например, этот подающий насос 62 располагается выше по потоку от фильтра 55 из фильтров и обменников 3. Жидкостный канал, проходящий через насос 2 низкого давления, подающий насос 62 и насос 4' высокого давления, помечается ссылочным номером 63. Насос 4' высокого давления только подает текучую среду, без добавления какого-либо дополнительного давления.

Подшипники, ассоциированные с закрытыми полостями 37, в этом случае подвижные подшипники 19 и 20, не имеют каких-либо выемок, канавок и т.д., как показано на фиг. 4, поскольку они не поднимаются посредством перекачиваемой текучей среды: они могут иметь правильную цилиндрическую форму, или они могут, возможно, иметь канавки, обеспечивающие более оптимальное сообщение с закрытыми полостями 47, и поверхности сопряжения с фальш-валами 15 и 16. Фиксированные подшипники 17 и 18 могут также быть модифицированы в случае внешней рециркуляции на фиг. 11, собирающая канавка 40, например, ведет непосредственно к отводу 54 корпуса 24.

Другая идея относится к сальниковому уплотнению 29, ведущему наружу. Текучая среда в закрытых полостях 47 будет обычно находиться под умеренным давлением, меньшем, чем давление текучей среды, перекачиваемой при крейсерской скорости летательного аппарата. Следовательно, давление, прикладываемое к сальниковому уплотнению 29, будет ниже, и уплотнение будет менее подвержено утечкам. Если утечки возникают так или иначе, они будут, вероятно, менее опасными, чем утечки топлива. Кроме того, утечки в противоположном направлении по направлению к камере 24 не будут возникать, поскольку топливо находится под более высоким давлением. В любом случае, более высокая вязкость текучей среды в закрытых полостях 47 делает утечки дополнительно маловероятными.

Ребра 66 могут быть добавлены к корпусу 24 ближе к закрытым полостям 47, а также каналу 53 возврата топлива, чтобы умеренное давление могло циркулировать вокруг упомянутых закрытых полостей 47, чтобы улучшать отвод тепла, формируемого их внутренними компонентами, в окружающий воздух или в рециркулирующее топливо. Эти две конструкции показаны вместе на фиг. 7: следовательно, канал 53, начинающийся от отвода 54, сначала протягивается от корпуса 24 и проходит близко к закрытым полостям 47, возможно обвиваясь вокруг них, и затем выходит из корпуса 24. Канал 53 может быть объединен с корпусом 24, обработан посредством сверления или сформирован посредством сборки нескольких частей корпуса 24. Длина канала 53 в корпусе 24 может быть увеличена, чтобы рассеивать больше тепла в нем, прежде чем рециркулирующая текучая среда достигнет жидкостного канала 63. Ребра 66 могут быть добавлены на всю внешнюю поверхность корпуса 24, и их плотность может быть выше ближе к закрытым полостям 47. В этом описании они были представлены как покрывающие всю поверхность корпуса 24, начиная от места рядом с шестернями 11 и 12, однако, их нет на плоской поверхности торцевой пластины 48.

Следовательно, насос согласно изобретению, улучшает функционирование существующих контуров подачи топлива, легко интегрируется в эти контуры только лишь с минимальными необходимыми модификациями, без значительного увеличения сложности и с отличной надежностью.

Изобретение будет оставаться применимым к насосам, для которых первые подшипники или фиксированные подшипники 17 и 18 и вторые подшипники или подвижные подшипники 19 и 20 крепятся друг к другу и соединяются посредством разделителя, и в этом случае подвижные подшипники 19 и 20 перемещаются вместе.

1. Шестеренчатый топливный насос (4'), содержащий корпус (24), две шестерни (11, 12), сцепляемые друг с другом в камере корпуса, два первых подшипника (17, 18), каждый из которых поддерживает один из двух первых фальш-валов (13, 14) шестерен, два вторых подшипника (19, 20), каждый из которых поддерживает один из двух вторых фальш-валов (15, 16) шестерен, причем первые подшипники и вторые подшипники размещены в камере в корпусе, при этом первые фальш-валы выполнены с возможностью вращения в первых подшипниках (17, 18) с первыми зазорами (9), а вторые фальш-валы выполнены с возможностью вращения во вторых подшипниках (19, 20) со вторыми зазорами (10), причем первые и вторые зазоры содержат слои текучей среды гидродинамического подъема, отличающийся тем, что он содержит сальниковое уплотнение (46) между вторыми подшипниками (19, 20) и зубчатыми колесами (11, 12), причем уплотнение изолирует закрытые полости (47), окружающие вторые зазоры (10) и ограниченные корпусом (24), вторыми подшипниками (19, 20) и шестернями (11, 12), при этом закрытые полости содержат текучую среду, отличную от текучей среды, т.е. топлива, перекачиваемой посредством шестерней, при этом текучая среда в закрытых полостях имеет большую вязкость, чем перекачиваемое топливо.

2. Шестеренчатый насос по п. 1, характеризующийся тем, что свойства вязкости текучей среды в закрытых полостях отличаются от свойств топлива.

3. Шестеренчатый насос по п. 1, характеризующийся тем, что текучая среда в закрытых полостях (47) является реопексационной.

4. Шестеренчатый насос по п. 1, характеризующийся тем, что либо первые подшипники, либо вторые подшипники выполнены с возможностью свободного перемещения в корпусе (24) в осевом направлении фальш-валов шестерней и подталкиваются по направлению к шестерням посредством сжатых пружин (30) на корпусе (24).

5. Шестеренчатый насос по п. 4, характеризующийся тем, что пружины проходят по противоположным секторам окружности внешних осевых поверхностей подвижных подшипников.

6. Шестеренчатый насос по п. 1, характеризующийся тем, что корпус (24) содержит сальниковое уплотнение (29) в одном отверстии, причем сальниковое уплотнение окружает вал (21) насоса и выходит в одну из закрытых полостей (47).

7. Шестеренчатый насос по п. 1, характеризующийся тем, что слои гидродинамического подъема первых зазоров (9) состоят из средств циркуляции текучей среды, перекачиваемой посредством насоса (4'), причем упомянутые средства (33-40; 54) проходят через первые зазоры (9).

8. Шестеренчатый насос по п. 1, характеризующийся тем, что выполнен с возможностью соединения с другим насосом (2), также содержащимся в корпусе (24), при этом шестеренчатый насос (4') и другой насос имеют приводные валы (21, 22), выполненные с возможностью соединения друг с другом.

9. Шестеренчатый насос по п. 8, характеризующийся тем, что он является топливным насосом высокого давления, а другой насос (2) является топливным насосом низкого давления с выпуском топлива, выполненным с возможностью соединения с впуском топлива шестеренчатого насоса через контур текучей среды.

10. Шестеренчатый насос по п. 7, характеризующийся тем, что корпус включает в себя отвод (54), обеспечивающий сообщение первых зазоров (9) с наружным пространством относительно корпуса (24).

11. Шестеренчатый насос по п. 10, характеризующийся тем, что он является топливным насосом высокого давления, а другой насос (2) является топливным насосом низкого давления с выпуском топлива, выполненным с возможностью соединения с впуском топлива шестеренчатого насоса через контур текучей среды, при этом отвод (54) выполнен с возможностью соединения с контуром текучей среды между выпуском топлива и впуском топлива, через проход (53) текучей среды.

12. Шестеренчатый насос по п. 11, характеризующийся тем, что проход (53) содержит фрагмент, внутренний по отношению к корпусу и проходящий близко к закрытым полостям (47).

13. Шестеренчатый насос по п. 1, характеризующийся тем, что он содержит ребра (66) для рассеивания тепла на корпусе (24), по меньшей мере, спереди закрытых полостей (47).

14. Насосное устройство, содержащее шестеренчатый насос (4') по п. 1, причем шестеренчатый насос является насосом высокого давления, при этом устройство также включает в себя насос (2) низкого давления и канал (63) текучей среды, проходящий через насос (2) низкого давления и насос (4') высокого давления.

15. Насосное устройство по п. 14, характеризующееся тем, что оно также содержит подающий насос (62), через который канал (63) проходит ниже по потоку от насоса (2) низкого давления, при этом корпус (24) включает в себя отводы (54), которые обеспечивают сообщение первых зазоров (9) с наружным пространством относительно корпуса (24), причем отводы соединены с проходом (53), ведущим к каналу (63) выше по потоку от подающего насоса (62).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к шестеренному насосу с механическим приводом, предназначенному для транспортировки рабочей жидкости. Шестеренный насос (1) содержит корпус (3), ведущую и ведомую шестерни (5, 7), привод (2) с как минимум одним встроенным контуром охлаждения (10), соединенный с шестерней (5) ведущим валом (13), устройство для отвода потока теряемой рабочей жидкости от шестерней (5, 7) в полость всасывания (4) насоса (1), в которой поток теряемой рабочей жидкости отводится во встроенный контур (10) привода (2), а после этого отводится в полость (4) всасывания.

Настоящее изобретение относится к системе насосно-компрессорной добычи углеводородов, содержащей винтовой двигатель. Технический результат – повышение надежности работы устройства.

Изобретение относится к нанотехнологии и горной промышленности и может быть использовано при проведении буровых работ. Винтовая силовая секция для гидравлических забойных двигателей содержит ротор и статор, содержащий металлический наружный трубчатый элемент и усиленную графеном эластомерную внутреннюю обшивку, включающую графеновые частицы, гомогенно диспергированные в резине.

Группа изобретений относится к вакуумной технике. Система (SP) откачки для создания вакуума содержит главный вакуумный насос, который является кулачковым насосом (3), содержащим всасывающий вход (2) газов, соединенный с вакуумной камерой (1), и выход (4) для выдува газов, сообщающийся с каналом (5) удаления газов в направлении выхода (8) для выпуска газов из системы откачки.

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности. Устройство разгрузки винтового погружного насоса содержит последовательно расположенные на приводном валу 14 верхний узел торцевых уплотнений, мембранный узел 11, подшипниковый узел, нижний узел торцевых уплотнений и кулачковую муфту 16, расположенную на валу 34 привода протектора с возможностью обеспечения односторонней связи с приводным валом 14.

Группа изобретений относится к машиностроению, в частности к роторным машинам, насосам, гидромоторам и двигателям. Роторная машина содержит неподвижный корпус 1 с осью 2, на которой вращается ротор 3, соединенной с эксцентрично расположенной дополнительной осью 5, вокруг которой подвижно расположены лопасти 6.
Группа изобретений относится к области вакуумной техники. Насосная система (SP), предназначенная для создания вакуума, включает основной безмасляный винтовой насос (3), в котором имеется заборный впуск (2) для газа, соединенный с вакуумной камерой (1), и выпуск (4) для выдува газа, выходящий в канал (5) отведения газа в направлении выпуска (8) для выхода газа из насосной системы.

Изобретение относится к концентрической ротационной гидромашине. Гидромашина (100) содержит корпусы (102.

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения. Маслоагрегат включает откачивающий и нагнетающий насосы с общими валами.

Изобретение относится к получению эластомерного материала для буровой техники и может быть использовано при изготовлении обкладки статора винтового забойного двигателя, предназначенного для бурения наклонно-направленных, глубоких, вертикальных, горизонтальных и других скважин, разбуривания песчаных пробок, цементных мостов в нефтегазовой и нефтегазодобывающей областях, и винтового насоса, предназначенного для перекачки жидкостей различной плотности.

Изобретение относится к шестеренному насосу с механическим приводом, предназначенному для транспортировки рабочей жидкости. Шестеренный насос (1) содержит корпус (3), ведущую и ведомую шестерни (5, 7), привод (2) с как минимум одним встроенным контуром охлаждения (10), соединенный с шестерней (5) ведущим валом (13), устройство для отвода потока теряемой рабочей жидкости от шестерней (5, 7) в полость всасывания (4) насоса (1), в которой поток теряемой рабочей жидкости отводится во встроенный контур (10) привода (2), а после этого отводится в полость (4) всасывания.

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения. Первый блок подпятников откачивающего насоса маслоагрегата включает два фронтальных подпятника, которые установлены в нижнем корпусе маслоагрегата.

Насос // 2664636
Изобретение относится к области насосостроения, в частности к насосам для перекачки вязких и агрессивных жидкостей, расплавленных металлов, преимущественно сред с высоким уровнем радиоактивности.

Изобретение касается устройства для перекачки или сжатия текучей среды. Устройство включает в себя камеру с впуском и выпуском, противостоящие передние и задние лопастные элементы, расположенные внутри камеры.

Группа изобретений относится к способу работы многофазного насоса и его устройству. Многофазный насос содержит расположенное со стороны всасывания впускное отверстие (10) и расположенное с напорной стороны выходное отверстие (20).

Изобретение относится к винтовому насосу, предназначенному для перекачивания транспортируемых сред. Насос (1) выполнен по меньшей мере из двух частей (3, 5).

Изобретение относится к шестеренному насосу объемного типа. Объемный насос (1) содержит корпус с центральным телом (2) и две крышки (20).

Изобретение относится к регулируемому лопастному насосу. Насос содержит вращающийся ротор, установленный между двумя боковыми пластинами кожуха и содержащий подвижные лопасти.

Изобретение относится к винтовому жидкостному кольцевому насосу cо встроенным измельчителем. Винтовой жидкостный кольцевой насос (1) содержит корпус (3) с входной и выходной частями (5), (7) и спиральный винтовой ротор (4), который установлен внутри корпуса (3) с возможностью вращения и который на одном конце, являющемся входным концом корпуса (3), снабжен измельчителем (11), а на другом конце, являющемся выходным концом корпуса (3), сообщен с напорной камерой (6).

Изобретение относится к роторному насосу для нагнетания жидкостей и для нагнетания содержащих твердые вещества жидкостей. Коловратный насос (10) содержит корпус (12), снабженный впуском (14) и выпуском (16), расширяющимися к соответствующим концам, футеровку (18), расположенную в корпусе (12), и по меньшей мере два противоположно вращающихся ротора (20), расположенных внутри футеровки (18), образующих во время своего вращения насосные камеры и уплотненных по отношению друг к другу и по отношению к футеровке (18).

Изобретение относится к шестеренному насосу с механическим приводом, предназначенному для транспортировки рабочей жидкости. Шестеренный насос (1) содержит корпус (3), ведущую и ведомую шестерни (5, 7), привод (2) с как минимум одним встроенным контуром охлаждения (10), соединенный с шестерней (5) ведущим валом (13), устройство для отвода потока теряемой рабочей жидкости от шестерней (5, 7) в полость всасывания (4) насоса (1), в которой поток теряемой рабочей жидкости отводится во встроенный контур (10) привода (2), а после этого отводится в полость (4) всасывания.

Группа изобретений относится к шестеренчатому топливному насосу и насосному устройству и может быть использована для авиационных двигателей, в которых насос является насосом высокого давления. Шестеренчатый топливный насос работает, чтобы подавать определенный поток, но при низком или нулевом росте давления. Добавлено сальниковое уплотнение между подшипниками и шестернями. Уплотнение изолирует закрытые полости, окружающие зазоры и ограниченные корпусом, подшипниками и шестернями. Полости содержат текучую среду, отличную от текучей среды, т.е. топлива, перекачиваемой посредством шестерней. Текучая среда в полостях имеет большую вязкость, чем перекачиваемое топливо. Группа изобретений направлена на обеспечение необходимой эксплуатационной надежности. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 14 ил.

Наверх