Шестеренный насос

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к шестеренным насосам, и может быть использовано в любой области машиностроения, где необходимо разделять газомасляные смеси, например в двигателестроении. Цель изобретения - повышение производительности и улучшение стабильности работы и качества разделения масла и газа. Шестеренный насос содержит корпус с торцовой крышкой, в цилиндрических расточках которого размещены ведущая и ведомая шестерни с цапфами, установленными в расточках подшипников скольжения, отверстия для отвода газов, выполненные на поверхностях, сопряженных с торцами шестерен, полости всасывания и нагнетания и газоотводные трубки, при этом в теле ведущей шестерни выполнено глухое отверстие, а в теле ведомой шестерни - сквозное осевое отверстие, в цапфах шестерен выполнены прорези, отверстия для отвода газов соединены каналами с расточками в подшипниках скольжения, расточки соединены осевыми каналами с поверхностями, сопряженными с торцами шестерен, при этом оси каналов выполнены по касательной к внутренней радиальной поверхности расточек в подшипниках скольжения, а газоотводные трубки расположены в торцовой крышке соосно геометрическим осям вращения шестерен. В расточках подшипников скольжения могут быть выполнены промежуточные выборки, продольные оси которых выполнены под углом к геометрическим осям вращения шестерен, и дополнительные кольцевые выборки, а отверстия для отвода газа могут быть соединены каналами или с промежуточными выборками или с дополнительными кольцевыми выборками. 5 з. п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и позволяет улучшить параметры двигателей и их систем путем осушения картера и обезгаживания масла в тракте охлаждения, а также снизить металлоемкость благодаря повышению КПД насосов.

Изобретение может использоваться там, где необходимо перекачивать газомасляные смеси и разделять газы и масло.

Известные шестеренчатые насосы с внешним зацеплением при откачке масла их "сухих" картеров работают в условиях газомасляной среды и потому изготавливаются с большим запасом производительности (в 5-10 раз) по отношению к реальной прокачке масла через двигатель. Центробежные ускорения от вращения шестерен в десятки-сотни раз превышают ускорение свободного падения и приводят к разделению газов и масла, оставляя центральную часть зубьев обезмасленной (до 90% высоты зуба). Это сильно снижает производительность насоса, а также делает ее неустойчивой (высокая производительность при полном заполнении шестеренчатых полостей маслом сменяется низкой при малом заполнении).

Высокий или неустойчивый уровень масла в картере вызывает нежелательные явления (потери на барботаж, повышенный расход масла, вибрационные и повышенные нагрузки на линии откачки масла). Следование газов с маслом ухудшает теплообмен в охладителях. Большой запас производительности обуславливает увеличенные размеры насоса.

Известны шестеренчатые насосы, предусматривающие отвод газов из полости давления отдельно от масла. Однако одноступенчатое отделение газов недостаточно эффективно. Кроме того, зубья шестерен при движении от входа к выходу остаются обезмасленными по торцам.

Известны также шестеренчатые насосы с внешним зацеплением и с торцовыми компенсаторами, на поверхностях которых, обращенных к торцам шестерен, выполнены канавки для подвода масла из полости давления. В условиях газомасляной среды из полости давления в канавки будет поступать не масло, а газы. Масло, если пойдет в канавки, то от периферии - под действием радиального градиента давления, преобладающего над центробежным действием в застойной зоне канавок. При этом канавки будут разрушаться механическими частицами (стружка и пр. ), нередко присутствующими в откачиваемом масле.

Целью изобретения является повышение качества газомаслораспределения производительности и стабильности работы насосов.

Цель достигается тем, что в шестеренном насосе, содержащем корпус и крышку, образующие полости всасывания и нагнетания и шестеренную камеру с отверстиями в торцах на выходе камеры для раздельного вывода газов и масла, и ведомую и ведущие шестерни, неприводными цапфами установленные в гнездах, а приводной шейкой - в сквозном отверстии подшипников скольжения, отверстия для вывода газов на выходе шестеренной камеры направлены в гнезда неприводных цапф и тангенциально к их цилиндрической поверхности, гнезда подшипников сообщены маслоотводящими каналами с торцами шестеренной камеры до газовых каналов, а в торцах гнезд выполнены отверстия для вывода газов из насоса, в отверстии подшипника ведущей шестерни со стороны привода выполнена расточка, сообщенная каналами с полостью нагнетания и торцом шестеренной камеры. В ведомой шестерне может быть выполнено сквозное осевое отверстие, в ведущей шестерне - глухое осевое отверстие со стороны, противоположной приводу, в неприводных цапфах могут быть выполнены тангенциальные или радиальные прорези или отверстия.

В гнездах подшипников неприводных цапф могут быть выполнены кольцевые расточки, а газовые каналы направлены в кольцевые расточки. В гнездах подшипников неприводных цапф может быть выполнена выборка, наклоненная к торцам гнезд, а газовые каналы направлены в наклонную выборку. В отверстиях в торцах гнезд подшипников могут быть установлены газоотводные трубки, заглубленные внутрь осевых отверстий шестерен и соосные им. Со стороны привода с торца шестеренной камеры на ее выходе может быть выполнен газовый канал от впадин ведущей шестерни в гнездо цапфы ведомой шестерни.

Благодаря наличию новых существенных признаков в предложенном шестеренном насосе обеспечивается повышение качества газомаслоразделения, производительности и стабильности работы насоса.

Новые признаки предлагаемого шестеренного насоса не присущи известным техническим решениям (аналогам и прототипу) той же задачи.

В итоге цель, достигаемая предлагаемым решением - повышение качества газомаслораспределения, производительности и стабильности работы насоса, не решается ни прототипом, ни другими известными в науке и технике решениями.

В связи с вышеуказанным тем, что у заявленного решения появляются свойства, не совпадающие со свойствами известных решений, а также есть отличия в существенных признаках, заявляемый шестеренный насос обладает существенными отличиями.

На фиг. 1 показан вид на крышку со стороны разъема; на фиг. 2 - продольный разрез насоса; на фиг. 3 - вид на корпус со стороны разъема; на фиг. 4 - разрез крышки (варианты гнезд подшипников); на фиг. 5, 6 - выполнение гнезда с наклонной выборкой; на фиг. 7, 8 - варианты выполнения прорезей и отверстий в цапфах шестерен; на фиг. 9 - схема газомаслоразделения.

Шестеренный насос содержит корпус 1, крышку 2, шестерни ведомую 3 и ведущую 6. Корпус 1 и крышка 2 образуют полости нагнетания 9, всасывания 10 и шестеренную камеру 7. Шестерни 3 и 6 неприводимыми цапфами 4 установлены в гнездах 5 и 8 и приводной шейкой 12 валика привода шестерни 6 в отверстии 11 подшипников скольжения. С торцовых поверхностей шестеренной камеры 7, из области впадин, на границе с полостью 9 нагнетания, в гнезда 5 и 8 подшипников неприводных цапф 4 выполнены газовые каналы 13, наклоненные к торцам шестеренной камеры 7 под углом ^o и направленные тангенциально к цилиндрической поверхности гнезд 5 и 8.

Масляными каналами в виде выборок 14 или сверлений 15 гнезда 5 и 8 сообщены с торцами шестеренной камеры 7, но в промежутке между газовыми каналами 13 и полостью 10 всасывания. В торцах гнезд 5 выполнены отверстия 18 для вывода газов из насоса.

В торцах гнезд 5 и 8 могут быть выполнены расточки 16, а также выборки 17, наклоненные под углом ^o к торцам гнезд 8 (при больших углах ^o), при этом газовые каналы 13 направлены в расточки 16 или выборки 17.

В ведомой шестерне может быть выполнено сквозное осевое отверстие 20, в ведущей шестерне 6 - глухое отверстие 21, при этом в отверстия 18 могут быть установлены газоотводные трубки 19, заглубленные внутрь отверстий 20 и 21 и соосные им. В цапфах 4 могут быть выполнены радиальные, либо тангенциальные прорези 22 или отверстия 23.

В отверстии 11 подшипника приводной шейки 12 выполнена кольцевая расточка (либо выборка) 24, сообщенная каналом 25 с торцом шестеренной камеры 7 (аналогично каналам 14 или 15) и каналом 27 с полостью 9 нагнетания.

В корпусе 1 из области впадин ведущей шестерни 6 с торца шестеренной камеры 7 на выходе последней выполнен канал 26 в гнездо 8 цапфы 4 ведомой шестерни 3.

Насос работает следующим образом.

При вращении шестерен 3 и 6 газомасляная смесь захватывается зубьями шестерен 3 и 6 и в межзубовых впадинах переносится из полости 10 всасывания в полость 9 нагнетания. Одновременно попавшие в полость 10 всасывания газы при вращении шестерен 3 и 6 оттесняются к центру отбрасываемым к периферии зубьев шестерен 3 и 6 маслом и через каналы 13 поступают в гнезда 5 и 8 подшипников скольжения, где происходит закручивание потока и отделение попавшего с газами масла. Далее отделяемое в результате этого масла по каналам 14 (15) поступает к торцовым зазорам шестерен 3 и 4 для герметизации зазоров и снижения благодаря этому обратного перетекания по торцам, а газы через отверстия 18 выводятся из насоса. При этом расточки 16 и выборки 17 улучшают условия выхода сверла и закручивания потока, а прорези 22 (отверстия 23) и трубки 19 обеспечивают дополнительное разделение газов и масла в гнездах 5 и 8.

Со стороны привода отвод газов от ведущей шестерни 6 осуществляется через канал 26 в гнездо 8 ведомой шестерни 3, а герметизация торцового зазора ведущей шестерни 6 - через каналы 27 и 25 и расточку 24.

Существенными отличительными признаками являются: 1. Ввод отводимых из шестеренной полости газов в гнездо под цапфу шестерни тангенциально к его цилиндрической поверхности, что позволяет очищать в гнезде отводимые газы от попадающего с ними масла благодаря закручиванию потока.

2. Расточка в гнезде под цапфу, улучшающая как условия выхода сверла, так и отделение масла.

При этом расточка в пределах длины цапфы обеспечивает лучшее разделение газов и масла.

Расточка за пределами длины цапфы исключает увеличение давления цапф на опоры, обуславливает меньшее сопротивление выходу газов.

3. Промежуточная выборка перед расточкой в гнезде, улучшающая закручивание потока при больших углах ^o (большая высота стенки корпуса).

4. Прорези или отверстия в цапфах, превращающие последние в крыльчатки и обеспечивающие дополнительное разделение газов и масла.

При этом тангенциальные прорези (отверстия) более эффективны, но менее технологичны.

5. Газовые трубки, введенные внутрь продольных отверстий в осях шестерен, обеспечивающие лучшую очистку газов благодаря проходу их через вращающееся пространство.

6. Газовый канал от торца ведущей шестерни со стороны привода в гнездо ведомой шестерни, обеспечивающий отвод газов от ведущей шестерни.

7. Масляные каналы, отводящие из гнезд отделяемое в них масло и подводящие его к торцам шестерен для их намасливания.

Дополнительная очистка отделяемых от масла газов в гнездах под цапфы шестерен (закручиванием потока и цапфами шестерен) позволяет выход газов из полости давления сделать полным, а подвод отделяемого в гнездах масла к торцам шестерен - повысить производительность и стабильность работы насоса благодаря герметичности торцовых зазоров.

Указанные признаки и свойства не присущи известным техническим решениям.

Положительный эффект ожидается в виде улучшения параметров двигателей благодаря снижению потерь на барботаж, улучшения охлаждения двигателя, снижения металлоемкости благодаря повышению объемного КПД насоса. (56) Заявка РСТ N 82/00689, кл. F 04 C 2/18, опубл. 1982.

Формула изобретения

1. ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС, содержащий корпус и крышку, образующие полости всасывания и нагнетания, шестеренную камеру с отверстиями в торцах для вывода газов отдельно от масла, и шестерни - ведомую и ведущую, неприводными цапфами установленные в гнездах, а приводной шейкой - в сквозном отверстии подшипников скольжения, отличающийся тем, что, с целью повышения качества газомаслоразделения, производительности и стабильности работы насоса, отверстия для вывода газов на выходе шестеренной камеры направлены в гнезда неприводных цапф, причем тангенциально к их цилиндрической поверхности, гнезда подшипников сообщены маслоотводящими каналами с торцами шестеренной камеры, в торцах гнезд выполнены отверстия для вывода газов из насоса, в отверстии подшипника ведущей шестерни со стороны привода выполнена расточка либо выборка, сообщенная каналами с полостью нагнетания и торцом шестеренной камеры.

2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что в ведомой шестерне выполнено сквозное отверстие, в ведущей шестерне - глухое осевое отверстие со стороны, противоположной приводу, в неприводных цапфах выполнены тангенциальные или радиальные прорези или отверстия.

3. Насос по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в гнездах подшипников неприводных цапф выполнены кольцевые расточки, а газовые каналы направлены в кольцевые расточки.

4. Насос по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что в гнездах подшипников неприводных цапф выполнена выборка, наклоненная к торцам гнезд, а газовые каналы направлены в наклонную выборку.

5. Насос по пп. 2 - 4, отличающийся тем, что в отверстия в торцах гнезд подшипников установлены газоотводные трубки, заглубленные внутрь осевых отверстий шестерен и соосные с ними.

6. Насос по пп. 1 - 5, отличающийся тем, что с торца шестеренной камеры на ее выходе со стороны привода выполнен газовый канал от ведущей шестерни в гнездо ведомой шестерни.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9