Шестеренный насос

(51)04 2/08 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Пушкин Сергей Ольгердович Толстой Александр Владимирович(72) Авторы Пушкин Сергей Ольгердович Толстой Александр Владимирович(73) Патентообладатель Пушкин Сергей Ольгердович Толстой Александр Владимирович(57) 1. Шестеренный насос, содержащий корпус, в цилиндрических расточках которого размещены шестерни внешнего зацепления, верхнюю и нижнюю торцевые крышки с входным и выходным каналами и поводок, связанный с ведущей шестерней, причем ведущая и ведомая шестерни расположены на осях, запрессованных в отверстия нижней крышки, отличающийся тем, что ведущая шестерня расположена также на оси, жестко соединенной с верхней крышкой. 2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что упомянутая ось выполнена полой, и на торце, обращенном внутрь шестерни, имеет выточку, в которой размещено неподвижное кольцо торцевого уплотнения. 3. Насос по п. 2, отличающийся тем, что поводок полностью размещен в полой оси. 7646 1 2005.12.30 Изобретение относится к области гидравлики и может найти применение в объемных насосах. Наряду с повышением долговечности насосов в химической промышленности высокие требования предъявляются к их безотказности и герметичности, а также технологичности конструкции при изготовлении и ремонте. Наибольший экономический эффект от удачных конструктивных решений получается при эксплуатации насосов из нержавеющих и быстрорежущих сталей, выпускаемых большими сериями. Такие насосы серии НШ выпускаются специализированными предприятиями химического машиностроения, например, Каменским машиностроительным заводом (КМЗ), (Украина). Известен шестеренный насос типа 11 НШ-ЗИ 5 Каменского машиностроительного завода, выпускаемый согласно ТУ 92-02.22-060-90, 1990 г. Насос содержит нижнюю и верхнюю торцевые крышки, корпус, в цилиндрических расточках которого размещены шестерни внешнего зацепления, причем ведущая жестко соединена с валом, опирающимся на поверхности расточек в верхней и нижней торцевых крышках, а ведомая расположена на оси, запрессованной в отверстие нижней торцевой крышки, корпус торцевого уплотнения с отверстием для вала и уплотнительным узлом и системой каналов подвода и отвода рабочей среды, жестко соединенный с верхней торцевой крышкой. Приводной вал насоса выполнен ступенчатым для осевой фиксации вала в насосе при работе. В целях экономии дорогостоящих материалов (быстрорежущих сталей) нижняя и верхняя торцевые крышки изготовлены достаточно тонкими (в данном насосе 7 и 5 мм соответственно). Кроме этого, в нижней крышке с целью герметизации насоса отверстие под вал выполнено глухим. Все это обусловливает меньшую площадь контакта шеек вала с соответствующими радиальными опорами в торцевых крышках в сравнении с площадью контакта ведомой шестерни с осью. Таким образом, конструкция насоса является неравнопрочной и предопределяет более быстрый износ радиальных опор ведущей шестерни, а следовательно и ее износ по наружному диаметру, и соответствующей расточки в корпусе. Во-вторых, износ радиальных опор ведущей шестерни в нижней и верхней торцевых крышках происходит неравномерно из-за консольной схемы нагружения вала (приводная шестерня размещена на одном конце вала насоса). Это является причиной выработки перекошенной ведущей шестерней (как фрезой) углублений в верхней и нижней крышках насоса. Кроме этого, перекос одной (ведущей) шестерни неизбежно влечет перекос и второй (ведомой), что приводит к нарушению правильного пятна контакта зубьев сопряженных шестерен и способствует износу оси на корсет с сопутствующей выработкой углублений на внутренних плоскостях крышек насоса, аналогичных как и от ведущей шестерни. В третьих, все колебания привода насоса передаются ведущей шестерне и инициируют непредсказуемые вибрации, особенно у изношенного насоса, т.е. интенсифицируют его износ. Итак, неравнопрочная конструктивная схема насоса определяет значительно больший износ радиальных опор ведущей шестерни, соответствующей расточки в корпусе, выработки на плоскостях торцевых крышек из-за перекоса шестерен и, как следствие, значительное снижение герметичности полости высокого давления (нагнетания), т.е. потерю работоспособности насоса. Сказанное выше подтверждено результатами обмеров геометрических параметров деталей изношенных насосов 11 НШ-ЗИ 5. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой конструкции является насос согласно патенту РБ 3309, 2000. Насос содержит корпус, в цилиндрических расточках которого размещены шестерни внешнего зацепления, верхнюю и нижнюю торцевые крышки с входным и выходным каналами, причем ведущая и ведомая шестерни расположены на осях, запрессованных в отверстия нижней крышки, а ведущая непосредственно связана с поводком, расположенным на свободном конце оси. При этом поводок выполнен в виде стакана, установлен с воз 2 7646 1 2005.12.30 можностью вращения и осевого перемещения и соединен с ведущей шестерней посредством выступов на его торце и впадин на торце шестерни. Кроме того, поводок внешней стороной дна опирается на кольцо из антифрикционного материала, установленное в расточке верхней крышки. Такая компановка насоса несколько приближает его к равнопрочной конструкции. Вопервых, схема установки шестерен становится аналогичной, хотя и не однородной. Вовторых, протяженность контакта опорных поверхностей ведущей и ведомой шестерен с радиальными опорами почти выравнивается. В-третьих, независимый привод не передает вибрации на ведущую шестерню. Кроме этого, конструкция становится более компактной. Однако ведущая шестерня расположена на оси, закрепленной консольно в нижней плите насоса. Следует отметить, что в конструкции насоса-прототипа обе оси установлены консольно на нижней плите. Но в собранном насосе ось, на которой размещена ведомая шестерня, вторым концом устанавливается в отверстие в верхней плите с минимальным зазором. Т.е. практически схема установки этой оси в насосе двухопорная. В то же время поводок одевается на вторую ось и размещается в расточке верхней плиты со значительно большими зазорами - для обеспечения его подвижности (суммарные зазоры двух сопряжений достигают 50-80 мкм). При работе насоса радиальная сила (а ее значение в этом насосе при давлении рабочего тела 30-40 атм достигает 1000-1500 кг) воздействует на ведущую шестерню и отгибает консольно закрепленную ось. При этом шестерня торцами зубьев вырабатывает (как фрезой) канавки на плоскостях верхней и нижней крышек насоса. Это приводит к образованию значительных эксплуатационных каналов между полостями высокого и низкого давления в насосе и соответствующего перетекания рабочего тела, обусловливающего потерю рабочего давления и производительности насоса. Наклоненная ось изнашивается на конус (со стороны поводка значительно больше, чем около нижней крышки - разница достигает 100-150 мкм у изношенного насоса). В то же время ось под ведомой шестерней изнашивается практически одинаково по всей длине. В результате смещения (наклона) оси под ведущей шестерней поводок, размещенный на ее шейке, также наклоняется. При этом нарушается правильность его работы, и появляются течи через отверстие в верхней крышке под поводок. Таким образом, консольное расположение оси под ведущую шестерню в насосепрототипе является конструктивным недостатком, снижающим его долговечность и ухудшающим герметичность в процессе эксплуатации. Практика эксплуатации 300-400 насосов такой конструкции за последние 2-3 года подтверждает сделанные выводы. Задачей настоящего изобретения является повышение долговечности, компактности,технологичности и сохранение герметичности при эксплуатации насоса. Поставленная задача решена в насосе, содержащем корпус, в цилиндрических расточках которого размещены шестерни внешнего зацепления, верхнюю и нижнюю торцевые крышки с входным и выходным каналами и поводок, связанный с ведущей шестерней,причем ведущая и ведомая шестерни расположены на осях, запрессованных в отверстия нижней крышки, причем ведущая шестерня расположена также на оси, жестко соединенной с верхней крышкой. При этом упомянутая ось выполнена полой, и на торце, обращенном внутрь шестерни,имеет выточку, в которой размещено неподвижное кольцо торцевого уплотнения. Кроме этого, поводок полностью размещен в полой оси. На фиг. 1 показан шестеренный насос в продольном разрезе, на фиг. 2 - разрез фиг. 1, на фиг. 3 - вид Б фиг. 1. Шестеренный насос состоит из нижней торцевой крышки 1, корпуса 2 и верхней торцевой крышки 3. В цилиндрических расточках корпуса 2 размещены ведущая шестерня 4 и ведомая 5. Шестерня 5 расположена на оси 6, запрессованной одной из цапф в отверстие нижней крышки 1. Вторая цапфа оси 6 размещена в расточке верхней крышки 3 с минимальным гарантированным зазором (выполняет роль штифта и второй опоры). Ведущая шестерня 4 размещена на осях 7 и 8, запрессованных цапфами соответственно в крышки 1 3 7646 1 2005.12.30 и 3. Внутри оси 8 находится составной поводок, состоящий из цапфы 9 и тарелки 10, свободно сопряженных между собой. Антифрикционное кольцо 11 неподвижно закреплено на дне выточки в оси 8. Тарелка 10 плоским торцом обращена к кольцу 11, а шипом связана подвижным соединением с диском 12. Диск 12 имеет два диаметрально противоположных полуцилиндрических периферийных гнезда, в которые помещены круглые шпонки 13. В середине посадочного отверстия ведущей шестерни 4 выполнены полуцилиндрические карманы для размещения половинок цилиндрических шпонок 13, выступающих за габариты диска 12. В верхней торцевой крышке 3 выполнены каналы 14 и 15 для входа и выхода рабочего тела соответственно. Размерные цепи вдоль общей оси деталей 7 и 8 для ведущей шестерни 4, цапфы 9, тарелки 10, кольца 11, диска 12, шпонок 13 и самих осей 7 и 8 построены таким образом, что цапфа 9 и тарелка 10 имеют возможность свободно перемещаться вдоль оси деталей 7 и 8(цапфа 9 от выпадения может быть снабжена стопорным кольцом (на фиг. 1 не показано),и поэтому движение для нее возможно лишь внутрь насоса). При движении внутрь насоса тарелка 10 нижним торцем упирается в плоскость диска 12, а диск 12 расположен на торце оси 7. Диск 12 имеет сопряжение с гарантированным боковым зазором со шпонками 13. Поэтому его смещение вдоль оси деталей 7 и 8 не влияет на положение ведущей шестерни 4. При движении тарелки 10 в направлении из насоса она верхним торцем упирается в кольцо 11, запрессованное в выточку в оси 8. При работе насоса обе шестерни 4 и 5 согласованно вращаются на осях 6, 7 и 8 и переносят рабочее тело во впадинах зубьев из полости всасывания в полость нагнетания,которые сообщены соответственно с каналами 14 и 15. В полости нагнетания рабочее тело вытесняется из впадин зубьев шестерен 4 и 5 зубьями сопряженной шестерни. Часть сжатого рабочего тела по каналам (фиг. 1), выполненным на внутренней поверхности крышек 1 и 3 и наружной поверхности осей 6, 7 и 8, поступает в зазор между шестерней и осями и смазывает их контактирующие поверхности, а также подается в зазор между торцами двух осей 7 и 8 и поджимает вращающуюся тарелку 10 развитым торцем к неподвижному кольцу 11 из антифрикционного материала. Таким образом, создается постоянно замкнутое торцевое уплотнение, в котором по мере износа торцов тарелки 10 и кольца 11 тарелка 10 подается сжатым рабочим телом в направлении износа. Таким образом, предлагаемая конструкция насоса обладает более жесткой конструкцией за счет того, что ведущая шестерня установлена на двух одинаковых осях, обращенных внутрь нее и неподвижно соединенных с торцевыми крышками. Поэтому такую схему установки шестерни можно по праву назвать двухопорной. Кроме этого, насос становится равнопрочным, потому что не только протяженность опорных поверхностей ведущей и ведомой шестерен практически уравнивается, но и качество (тип) радиальных опор становится одинаковым. Следует отметить, что предложенная конструктивная схема делает насос еще более компактным. Обусловлено это тем, что радиальные опоры расположены внутри шестерен,а поводок с торцевым уплотнением полностью размещен внутри одной из радиальных опор ведущей шестерни. Поэтому торцевые крышки можно выполнить достаточно тонкими. Тогда сам насос получается меньшим по высоте и более легким. Независимый и разделенный привод сохранен по принципиальному устройству таким же, как и у насосапрототипа. Все детали и соединения выполнены в виде простых и свободно сопрягаемых поверхностей. Таким образом, предложенная конструкция насоса является более долговечной за счет повышения конструктивной жесткости и прочности, технологичной на стадиях изготовления и ремонта в силу сборной конструкции поводка, легкосъемных радиальных опор,унификации верхней и нижней торцевой крышек и компактной (т.е. менее материалоемкой), сохранив при этом высокую герметичность, независимость и раздельность привода ведущей шестерни. 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.