Шестеренный насос

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Институт надежности машин НАН Беларуси(73) Патентообладатель Институт надежности машин НАН Беларуси(57) Шестеренный насос внутреннего зацепления, содержащий статор с цилиндрической расточкой, ротор, расположенный в ней и состоящий из жестко соединенных между собой вала и зубчатого колеса с зубьями, консольно выступающими над ступицей, и опирающийся на подшипники скольжения и качения, расположенные по одну сторону с валом относительно зоны зубчатого зацепления, шестерню, находящуюся во внутреннем зацеплении с зубчатым колесом, крышку с разделительным сегментом и ось, запрессованную в крышку с эксцентриситетом относительно геометрической оси вращения ротора, снабженного дополнительной радиальной опорой в виде подшипника скольжения, отличающийся тем, что последняя выполнена в виде диска, жестко соединенного с разделительным сегментом и осью и расположенного в расточке, выполненной в ступице зубчатого колеса с диаметром,равным внутреннему диаметру его зубчатого венца. Фиг. 1 Изобретение относится к области гидравлики и может найти применение в объемных роторных насосах. 3355 1 Основной причиной утраты работоспособности насосов (уменьшение давления и производительности ниже допустимых величин), перекачивающих рабочее тело без абразива, является износ подшипников валов от действия радиальной силы. Наиболее значительно это проявляется в конструкциях с радиальными опорами в виде подшипников скольжения. Однако заменить подшипники скольжения на подшипники качения для целой гаммы насосов не представляется возможным (практически все насосы химической промышленности,топливные насосы и др.). Поэтому с целью снижения контактных нагрузок уделяют внимание протяженности радиальных опор скольжения и их взаимному расположению. Известен шестеренный насос внутреннего зацепления фирмы(США) (см. проспект фирмы). Данная фирма на головном и дочерних предприятиях выпускает большое количество типоразмеров насосов для агрессивных сред с различными физическими свойствами. Принципиально эти насосы устроены следующим образом. В цилиндрической расточке статора расположен ротор, состоящий из жестко соединенных между собой вала и колеса с зубьями, параллельными оси вращения и консольно выступающими над ступицей колеса. Зубчатое колесо расположено на конце вала. Вал опирается на две радиальные опоры ближе к колесу расположен подшипник скольжения, на дальнем конце вала - подшипник качения. Подшипник скольжения смазывается и охлаждается рабочим телом, которое подает насос. Поэтому для агрессивных сред с различной вязкостью и способностью кристаллизоваться при взаимодействии с воздухом разработаны различные конструкции торцевых уплотнений той области насоса, где расположен подшипник скольжения. Подшипник качения находится вне области контактирования с рабочей агрессивной средой, смазан консистентной смазкой и закрыт. Шестерня расположена внутри колеса и вращается на подшипнике скольжения вокруг оси, которая запрессована в крышку с эксцентриситетом относительно геометрической оси вращения ротора. Разделительный сегмент серпообразной формы выполнен воедино с крышкой. Однако консольная схема расположения зубчатого колеса на валу и шестерни на оси в данной конструкции насоса является недостатком, существенно сокращающим срок службы насоса. Это обусловлено тем,что радиальная сила, образующаяся в полости нагнетания как результат воздействия сжатого рабочего тела на боковую поверхность зубьев колеса и шестерни, отгибает консольно расположенные детали насоса. При такой схеме нагружения износ подшипников происходит неравномерно и детали, входящие в зубчатое зацепление, перекашиваются. У подшипников вала размерный износ ближней к колесу радиальной опоры значительно больше, чем дальней. Вызвано это тем, что, во-первых, при консольной схеме расположения в подшипниках ротора ближняя к колесу опора нагружена больше, чем дальняя. Во-вторых, ближняя опора является подшипником скольжения, а дальняя - подшипником качения. В-третьих, подшипник скольжения смазывается и охлаждается рабочим телом насоса, которое в данном случае является агрессивной жидкостью. Поэтому при эксплуатации в результате более ускоренного износа ближней опоры - подшипника скольжения - колесо вместе с валом смещается в радиальном направлении и ось вращения ротора наклоняется к геометрической оси нового насоса. При этом консольно выступающие зубья колеса вырабатывают канавки на статоре, сегменте и торце крышки. Плоскость ступицы колеса (при его наклоне) нажимает на торец шестерни и заставляет ее перекашиваться с сопутствующим износом подшипника на корсет. А зубья шестерни изнашивают плоскость ступицы колеса и параллельную ей плоскость крышки. Образующиеся продукты износа попадают в зубчатое зацепление и подшипники скольжения, ускоряя износ насоса. Таким образом консольная схема расположения зубчатого колеса на валу и шестерни на оси предопределяет неравномерный износ подшипников, перекос деталей зубчатого зацепления, ускоренный износ всего насоса и тем самым сокращает срок его службы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой конструкции насоса является насос по описанию патента 1. Насос содержит статор, в цилиндрической расточке которого размещен ротор. Ротор состоит из зубчатого колеса и вала, жестко соединенных между собой, причем колесо расположено консольно на валу. Зубья на колесе расположены консольно по периметру ступицы - диска. Вал опирается на подшипники скольжения и качения. В статоре выполнена специальная осесимметричная расточка для дополнительного подшипника скольжения, на который опирается ступица - диск колеса. Шестерня находится во внутреннем зацеплении с колесом и размещена на оси, которая запрессована в отверстие в крышке, выполненное эксцентрично оси вращения ротора. Разделительный сегмент между полостью всасывания и нагнетания выполнен воедино с крышкой. Дополнительная радиальная опора для колеса делает конструкцию установки ротора более жесткой. Однако ротор в опорах по-прежнему остается размещенным консольно, так как подшипник скольжения для колеса расположен по одну сторону с опорами для вала относительно зоны зубчатого зацепления. Кроме этого, шестерня на оси также остается размещенной консольно. Таким образом, сохраняется консольная схема расположения зубчатого колеса и шестерни, как и в конструкции насоса фирмы , с сопутствующим неравномерным износом их радиальных опор и перекосом сопряженных деталей, входящих в зубчатое зацепление. 3355 1 Задачей настоящего изобретения является увеличение жесткости конструкции насоса, а именно зоны соединения зубчатого колеса с шестерней, путем образования промежуточной радиальной опоры между торцами ступицы зубчатого колеса и шестерни. Поставленная задача решена в шестеренном насосе внутреннего зацепления, содержащем статор с цилиндрической расточкой, ротор, расположенный в ней и состоящий из жестко соединенных между собой вала и зубчатого колеса с зубьями, консольно выступающими над ступицей, и опирающийся на подшипники скольжения и качения, расположенные по одну сторону с валом относительно зоны зубчатого зацепления,шестерню, находящуюся во внутреннем зацеплении с зубчатым колесом, крышку с разделительным сегментом и ось, запрессованную в крышку с эксцентриситетом относительно геометрической оси вращения ротора, снабженного дополнительной радиальной опорой в виде подшипника скольжения, в котором, согласно изобретению, последняя выполнена в виде диска, жестко соединенного с разделительным сегментом и осью и расположенного в расточке, выполненной в ступице зубчатого колеса с диаметром, равным внутреннему диаметру его зубчатого венца. Дополнительная промежуточная радиальная опора значительно повышает жесткость конструкции насоса в области зубчатого зацепления. Схема нагружения пары ротор - шестерня практически приближается к двухопорной. Шестерня расположена на оси, закрепленной с двух сторон, а ротор сохранил дополнительную радиальную опору, максимально приближенную к зоне зубчатого зацепления, как и в насосе-прототипе. При этом контактные давления в подшипнике скольжения вала снижаются за счет перераспределения части нагрузки от радиальной силы на дополнительную промежуточную радиальную опору. Диск не просто является деталью подшипникового узла, но служит опорой консольно выступающему над плоскостью крышки разделительному сегменту. Кроме того, диск отделяет торец ступицы колеса от торца шестерни и препятствует воздействию торца зубчатого колеса на шестерню при перекашивании ротора, т.е. работает как упорный подшипник. Все это обеспечивает увеличение ресурса насоса. Следует отметить также, что при этом повышается плавность работы насоса в период пуска, остановки, промывки несмазывающей средой и т.д. (все это периодически производят при эксплуатации насоса в технологических линиях химической промышленности). На фиг. 1 показан шестеренный насос в осевом разрезе. На фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1. Насос состоит из статора 1, зубчатого колеса 2, жестко соединенного с валом 3. Полукорпус 4 жестко соединен со статором 1 и имеет места для размещения подшипников скольжения 5 и качения 6. Внутри шестерни 7 расположен подшипник скольжения 8. В крышку 9 с эксцентриситетом (е) относительно геометрической оси вращения ротора запрессована ось 10, вокруг которой вращается шестерня 7. Диск 11 жестко соединен с торцом разделительного сегмента крышки 9 и осью 10. Диаметр диска 11 равен внутреннему диаметру зубчатого венца колеса 2. Расположен диск 11 в цилиндрической расточке соответствующих размеров в ступице зубчатого колеса 2. При работе насоса вал 3 вращает зубчатое колесо 2, которое входит в зацепление с шестерней 7 и сообщает ей вращение вокруг оси 10. Рабочее тело переносится во впадинах зубьев колеса 2 и шестерни 7 из полости всасывания в полость нагнетания и там вытесняется из впадин зубьев зубьями сопряженной детали. Сжатое рабочее тело в полости нагнетания воздействует на боковую поверхность зубьев колеса 2 и шестерни 7, образуя радиальную силу, которая действует перпендикулярно валу 3 и оси 10. Поэтому оказываются нагруженными уже известные подшипники 5, 6, 8 и дополнительно введенная промежуточная радиальная опора 11. В результате перераспределения части нагрузки от радиальной силы на дополнительную опору 11 значительно снижаются удельные контактные давления вала в подшипниках 5 и 6. Таким образом, между торцами зубчатого колеса и шестерни установили дополнительную радиальную опору скольжения для ротора. При работе насоса колесо дополнительно опирается на диск и значительно разгружает подшипники вала (прежде всего подшипник скольжения, расположенный у статора). Следует отметить, что диск выполняет и роль упорного подшипника в случае перекоса вала в результате неравномерного износа его подшипников. Установка шестерни на оси, закрепленной с двух сторон, также обусловливает увеличение жесткости конструкции насоса в области зубчатого зацепления. В целом все это обеспечивает повышение долговечности насоса, т.е. способности сохранять рабочее давление и производительность в течение более длительного периода. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.