PL239520B1

PL239520B1 - Gear pump with external mesh

Info

Publication number: PL239520B1
Application number: PL431075A
Authority: PL
Inventors: Piotr Osiński; Kacper Leszczyński
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2021-12-06
Also published as: PL431075A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest pompa zębata o zazębieniu zewnętrznym stosowana zwłaszcza w układach hydraulicznych i układach smarowania.The subject of the invention is a gear pump with external meshing, used in particular in hydraulic systems and lubrication systems.

Znana z polskiego zgłoszenia patentowego P 316090 pompa zębata ma korpus, w którym wykonany jest otwór ssący, połączony poprzez komorę roboczą, w której pracują dwa koła zębate, z otworem tłocznym. Przecieki z komory ciśnienia odprowadzane są wewnętrznymi kanałami wykonanymi w płycie i korpusie. Komora robocza została tak zaprojektowana, aby uzyskać strefy sprężenia pomiędzy kołami zębatymi, a korpusem co pozwala na zwiększenie wydajności projektowanej pompy.The gear pump known from the Polish patent application P 316090 has a body in which a suction hole is made, connected through a working chamber in which two gears work, with a discharge opening. Leaks from the pressure chamber are discharged through internal channels made in the plate and the body. The working chamber has been designed so as to obtain compression zones between the gears and the body, which allows to increase the efficiency of the designed pump.

Pompa zębata o dużej wydajności, do pompowania płynów o dużej lepkości znana jest z polskiego opisu patentowego nr 194708. W pompie między każdym z kół zębatych, a wewnętrznymi ściankami komory znajdują się strefy sprężania, które mają grubość zmieniającą się wzdłuż kół zębatych. Kształt stref sprężania sprawia, że lepki płyn, który zasysany jest wskutek obrotów przekładni zębatych, wtłaczany jest w kierunku zgodnym z kierunkiem obrotów przekładni, do zwężającej się stopniowo szczeliny. Szczelina kończy się łagodnym odcięciem przepływu płynu wraz z rozpoczęciem się strefy szczelnej. Kształt stref sprężania sprzyja zwiększeniu ilości wtłaczanego lepkiego płynu i jego sprężeniu. Płyn wpompowany jest między zęby przekładni, co ułatwia całkowite wypełnienie przestrzeni między nimi. Pompa jest bardziej wydajna niż znane pompy i może pracować w większym zakresie prędkości i w stosunkowo większym zakresie lepkości płynu.A high-efficiency gear pump for pumping high-viscosity fluids is known from the Polish patent specification No. 194708. In the pump, between each of the gears and the inner walls of the chamber there are compression zones, the thickness of which varies along the gears. The shape of the compression zones means that the viscous fluid sucked in due to the rotation of the gears is forced in the direction of rotation of the gears into a gradually narrowing gap. The fracture ends with a gentle cut-off of fluid flow with the start of the sealed zone. The shape of the compression zones helps to increase the amount of the viscous fluid injected and to compress it. The fluid is pumped between the teeth of the gearbox, which facilitates the complete filling of the space between them. The pump is more efficient than known pumps and can operate over a greater speed range and a relatively greater fluid viscosity range.

Znane ze stosowania pompy zębate mają korpus, w którym wykonany jest otwór ssący połączony poprzez komorę roboczą, w której pracują dwa koła zębate z otworem tłocznym. W pompach tych, do kompensacji luzów, na powierzchniach bocznych kół zębatych, powstałych w wyniku wysokiego ciśnienia roboczego, zastosowane są pływające bloki łożyskowe, które mimo zmian wymiarów wewnętrznych korpusu, dociskane są do powierzchni bocznych kół zębatych ciśnieniem roboczym tejże pompy.Gear pumps known from use have a body in which a suction opening is made, connected through a working chamber in which two gears work with a discharge opening. In these pumps, to compensate for backlash on the side surfaces of gears resulting from high working pressure, floating bearing blocks are used, which, despite changes in the internal dimensions of the body, are pressed against the side surfaces of the gears with the working pressure of the pump.

Konwencjonalne układy hydrauliczne wykorzystujące dwa strumienie przepływu cieczy korzystają z dwóch konwencjonalnych pomp zębatych o dwóch kołach o zazębieniu zewnętrznym. Wymaga to zastosowanie elementów synchronizujących pracę odbiorników.Conventional dual fluid flow hydraulic systems use two conventional external gear two-wheel gear pumps. This requires the use of elements that synchronize the work of the receivers.

Istotą rozwiązania według wynalazku jest pompa zębata o zazębieniu zewnętrznym charakteryzująca się tym że w korpusie znajdują się cztery koła zębate, przy czym trzy koła zębate są bierne natomiast jedno koło zębate jest kołem czynnym, a w korpusie występują dwie komory ssawne i dwie komory tłoczne (17), natomiast osie kół umieszczone są w wierzchołkach kwadratu, którego długość boku stanowi odległość między osiami współpracujących kół.The essence of the solution according to the invention is a gear pump with external meshing, characterized by the fact that in the body there are four gears, where three gears are inactive, while one gear is an active gear, and in the body there are two suction chambers and two discharge chambers (17) while the axes of the wheels are placed at the vertices of a square whose side length is the distance between the axes of the mating wheels.

Zaletą rozwiązania jest zwiększenie obszaru stosowalności danej pompy, która jest w stanie zastąpić dwie oddzielne pompy hydrauliczne.The advantage of this solution is to increase the applicability of a given pump, which is able to replace two separate hydraulic pumps.

Ponadto pompa według pomysłu cechuje się zwartą budową, tj. jako generator energii strumienia cieczy jest w stanie przesłać większą ilość energii hydraulicznej do układu w odniesieniu do porównywalnych gabarytowo lub masowo pomp konwencjonalnych.In addition, the pump according to the idea is characterized by a compact structure, i.e. as an energy generator for a liquid stream, it is able to transmit a greater amount of hydraulic energy to the system with respect to comparable dimensions or masses of conventional pumps.

Zaletą jest również to, że dwustrumieniowy układ hydrauliczny z pompą wg wynalazku nie wymaga stosowania synchronizacji ruchu odbiorników.Another advantage is that the double-flow hydraulic system with the pump according to the invention does not require the use of synchronization of the movement of the receivers.

Zaletą rozwiązania wg wynalazku jest to, że wypadkowe sił od naporu hydrostatycznego cieczy w dużej części lub całkowicie wzajemnie się znoszą.The advantage of the solution according to the invention is that the resultant forces from the hydrostatic pressure of the liquid are largely or completely mutually canceling each other out.

Przedmiot wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładzie wykonania oraz na rysunkach na których Fig. 1 przedstawia widok rozstrzelony budowy pompy z zaznaczonymi poszczególnymi elementami wchodzącymi w skład konstrukcji, Fig. 2 przedstawia złożony model pompy od strony płyty (7), Fig. 3 przedstawia złożony model pompy od strony pokrywy (6), Fig. 4 przestawia przekrój pompy z zaznaczonymi kołami zębatymi biernymi (2), kołem czynnym (1) oraz przestrzeniami ssawnymi (16) i przestrzeniami tłocznymi (17), Fig. 5 przedstawia rozkład ciśnienia na obwodzie kół od naporu hydrostatycznego cieczy roboczejThe subject of the invention has been presented in more detail in the embodiment and in the drawings, in which Fig. 1 shows an exploded view of the pump structure with individual elements included in the structure marked, Fig. 2 shows a complex model of the pump from the side of the plate (7), Fig. 3 shows a complex model of the pump from the cover side (6), Fig. 4 shows the cross-section of the pump with the idler gears (2), the drive pulley (1) and the suction spaces (16) and pressure spaces (17), Fig. 5 shows the pressure distribution on the circumference of the wheels from the hydrostatic pressure of the working fluid

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Pompa zębata o zazębieniu zewnętrznym ma korpus (3) w którym znajdują się trzy koła bierne (2) i jedno koło czynne (1). Moment od napędu przyłożony jest do koła czynnego (1), któ re w wyniku zazębienia z kołami biernymi (2) wprawia je w ruch obrotowy. Każde z kół ułożyskowane jest w łożyskach ślizgowych (5) znajdujących się w korpusach łożysk (4). W korpusach łożysk (4) od strony zewnętrznej wykonano rowki pod uszczelnienia (8) z wkładką podporową (9). Uszczelnienie (8) wyznacza obszar kompensacji osiowej niwelującej luz pomiędzy korpusami łożysk, a kołami zębatymi. Uszczelki typu oring (10) zapewniają doszczelnienie konstrukcji pomiędzy korpusem (3), a pokrywą (6) i płytą (7).The gear pump with external gearing has a casing (3) in which there are three idling wheels (2) and one driving wheel (1). The drive torque is applied to the driving pulley (1) which, as a result of meshing with the idler wheels (2), makes them rotate. Each of the wheels is mounted in slide bearings (5) located in the bearing housings (4). In the bearing housings (4), from the outside, there are grooves for the seals (8) with the support insert (9). The seal (8) defines the area of axial compensation that compensates for the play between the bearing bodies and the gears. O-rings (10) provide tightening of the structure between the body (3), the cover (6) and the plate (7).

PL 239 520 B1PL 239 520 B1

Całość konstrukcji skręcona jest czterema śrubami (13) przechodzącymi przez płytę (7), korpus (3) i pokrywę (6). Prawidłowe dopasowanie korpusu (3) i płyty (7) zapewniają kołki montażowe (11). Doszczelnienie koła czynnego (1) zapewnia pierścień uszczelniający typu simmering (14), który zabezpieczony jest przed wysunięciem przez pierścień segera wewnętrzny (15).The whole structure is bolted with four bolts (13) passing through the plate (7), the body (3) and the cover (6). Proper matching of the body (3) and the plate (7) is ensured by mounting pins (11). The driving wheel (1) is sealed by a simmering sealing ring (14), which is secured against slipping out by the inner seger ring (15).

Ciecz robocza transportowana jest z dwóch komór ssawnych (16) do dwóch komór tłocznych (17) po obwodzie kół we wrębach zębów, co czyni tę pompę dwustrumieniową. Pozwala to również na wzajemne znoszenie się sił pochodzących od ciśnienia cieczy panującego w szczelinie obwodowej pompy. Dla każdego z kół można wyróżnić występowanie trzech obszarów ograniczonych kątami φι, φ2. φ3. Na obwodzie kąta φι ciśnienie wzrasta od pi do p2 („obszar 1”). Natomiast w „obszarze 2” ograniczonym kątem φ2 występuje stała wartość ciśnienia p2 równa ciśnieniu tłoczenia. W zakresie „obszaru 3” ograniczonym kątem ciśnienie zmienia się okresowo w przedziale od ps do wartości ciśnienia ssania pi. Wartość ciśnienia ps uzależniona jest od zastosowanego odciążenia przestrzeni zasklepionej i wynikającej stąd ewentualnej nadwyżki ciśnienia w przestrzeni zasklepionej.The working liquid is transported from the two suction chambers (16) to the two pressure chambers (17) along the circumference of the wheels in the tooth grooves, which makes this pump a double-flow pump. It also allows the forces resulting from the liquid pressure in the circumferential gap of the pump to cancel out one another. For each of the circles, there are three areas delimited by the angles φι, φ2. φ3. On the circumference of the angle φι, the pressure increases from pi to p2 ("area 1"). On the other hand, in the "area 2" limited by the angle φ2, there is a constant value of pressure p2 equal to the discharge pressure. Within the "area 3" limited by the angle, the pressure changes periodically from ps to the value of the suction pressure pi. The value of the pressure ps depends on the applied relief of the sealed space and the possible excess pressure in the sealed space resulting from it.

W wyniku oddziaływania naporu hydrostatycznego cieczy roboczej, na każde z kół działa siła wypadkowa Ph, którą można rozłożyć na dwie składowe pary sił Pxh i Pyh. Zatem składowe Py_h, zniosą się w wyniku wzajemnego oddziaływania współpracujących kół zębatych. Natomiast składowe Pxh będą dążyły do rozsunięcia kół zębatych w ramach luzów łożyskowych. W konsekwencji rozwiązanie cechuje się korzystnym ułożeniem kół, w których siły od naporu hydrostatycznego cieczy działające na obwodzie kół zębatych całkowicie lub w znacznym stopniu znoszą się wzajemnie.As a result of the hydrostatic pressure of the working fluid, the resultant force Ph acts on each of the wheels, which can be divided into two components of the force pairs Pxh and Pyh. Thus, the components Py _h , will cancel out as a result of the interaction of the mating gears. On the other hand, the Pxh components will try to move the gears apart within the bearing clearances. Consequently, the solution is characterized by an advantageous arrangement of the wheels, in which the forces from hydrostatic pressure acting on the circumference of the gears completely or to a large extent cancel each other out.

Claims

1. A gear pump with external meshing, characterized in that the body (3) has four gears, where three gears are inactive (2), while one gear is an active gear (1), and the body (3) has two gears the suction chambers (16) and two discharge chambers (17), while the axles of the wheels are placed at the tops of a square whose side length is the distance between the axes of the mating wheels.