PL249172B1

PL249172B1 - Quasi planetary gear pump

Info

Publication number: PL249172B1
Application number: PL446435A
Authority: PL
Inventors: Łukasz Gierz; Ksawery Fryczyński; Wiktor Łykowski; Łukasz Warguła; Bartosz Wieczorek
Original assignee: Politechnika Poznanska
Priority date: 2023-10-19
Filing date: 2023-10-19
Publication date: 2026-03-09
Also published as: PL446435A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest pompa zębata quasi planetarna z trzema albo czterema kołami zębatymi napędzanymi (5) i kołem zębatym napędowym (4), która składa się z kolektora (6) łączącego się z korpusem roboczym (1), w komorze którego osadzone są odpowiednio trzy albo cztery łożyska (3), a w nich zamocowane są trzy albo cztery koła zębate napędzane (5) oraz centralnie umieszczone i również łożyskowane koło zębate napędowe (4), zazębiające się każdym kołem zębatym napędzanym (5), przy czym koła zębate napędowe (4) rozmieszczone są względem siebie tak, że nie zazębiają się wzajemnie.The subject of the application is a quasi-planetary gear pump with three or four driven gear wheels (5) and a driving gear wheel (4), which consists of a collector (6) connected to a working body (1), in the chamber of which three or four bearings (3) are mounted, respectively, and in them three or four driven gear wheels (5) are mounted, as well as a centrally located and also bearing driven gear wheel (4), meshing with each driven gear wheel (5), wherein the driving gear wheels (4) are arranged relative to each other so that they do not mesh with each other.

Description

Przedmiotem wynalazku jest pompa zębata quasi planetarna przeznaczona do układów hydraulicznych maszyn o zmniejszonej kawitacji, pulsacji oraz wyrównanych obciążeniach wału napędowego i wałów napędzanych stosowana do pompowania cieczy o dużej lepkości: olejów hydraulicznych, olejów opałowych, olejów jadalnych, olejów smarowych, farb, kwasów i zasad, alkoholi, rozpuszczalników oraz cieczy spożywczych.The subject of the invention is a quasi-planetary gear pump intended for hydraulic systems of machines with reduced cavitation, pulsation and balanced loads on the drive shaft and driven shafts, used for pumping high-viscosity liquids: hydraulic oils, fuel oils, edible oils, lubricating oils, paints, acids and bases, alcohols, solvents and food liquids.

Pompy zębate są szeroko stosowane w wielu gałęziach przemysłu ze względu na ich niezawodność, prostotę konstrukcji, zwartość i wydajność. Pompy zębate są pompami wyporowymi, które działają na zasadzie przetłaczania cieczy z przestrzeni ssawnej do przestrzeni tłocznej za pomocą organu roboczego. W przypadku przedstawionej pompy organem roboczym są koła zębate. W pompach wyporowych energia mechaniczna zamieniana jest w energię ciśnienia.Gear pumps are widely used in many industries due to their reliability, simple design, compactness, and efficiency. Gear pumps are positive displacement pumps that operate by forcing fluid from the suction chamber to the discharge chamber using a working element. In the case of the pump shown, the working element is gears. In positive displacement pumps, mechanical energy is converted into pressure energy.

Pompy cieczy można znaleźć w opisach patentowych CA2346488A1 oraz CN210196964U. Pompy te charakteryzują się jedną komorą z jednym organem roboczym w postaci pierścienia mimośrodowego. W rozwiązaniu według wynalazku natomiast układ tłoczący składa się z jednego koła napędowego i minimum dwóch kół napędzanych. Na każde koło napędzane przypada jeden wlot i jeden wylot cieczy. Koła napędzane odpowiadają za zasysanie i tłoczenie cieczy. Kanały wylotowe i wlotowe połączone są ze sobą, co pozwala na dostarczenie i odebranie cieczy za pomocą tylko dwóch przewodów.Liquid pumps can be found in patent descriptions CA2346488A1 and CN210196964U. These pumps are characterized by a single chamber with a single working element in the form of an eccentric ring. In the solution according to the invention, the pumping system consists of one drive wheel and at least two driven wheels. Each driven wheel has one liquid inlet and one outlet. The driven wheels are responsible for suction and pumping the liquid. The outlet and inlet channels are interconnected, allowing for the delivery and removal of liquid using only two lines.

Z publikacji CN207728555U znana jest pompa składająca się z dwóch osi i trzech korpusów. Korpus pompy głównej jest wyposażony we wlot oleju pompy głównej i wylot oleju pompy głównej, korpus pierwszej pompy pomocniczej jest wyposażony w wlot oleju pierwszej pompy pomocniczej, a korpus pompy pomocniczej drugiej jest wyposażony w drugą pompę pomocniczą. W rozwiązaniu według wynalazku pompa składa się z jednego korpusu, który podzielony jest na komory o równym wydatku. Każda z komór zasysa ciecz ze wspólnego głównego wlotu i tłoczy ciecz do wspólnego wylotu.Publication CN207728555U describes a pump consisting of two axes and three housings. The main pump housing is equipped with an oil inlet for the main pump and an oil outlet for the main pump, the first auxiliary pump housing is equipped with an oil inlet for the first auxiliary pump, and the second auxiliary pump housing is equipped with a second auxiliary pump. In the solution according to the invention, the pump consists of a single housing, which is divided into chambers with equal flow rates. Each chamber draws fluid from a common main inlet and pumps fluid to a common outlet.

W stanie techniki odnotowano także zastosowania pomp z układem kół zębatych na zasadzie przekładni planetarnej. Takie rozwiązania opisują dokumenty RU2194190C2 i US5161961 A. Pompy te nastawione są na wysoką wydajność przepływu. Konstrukcja opisana w wynalazku charakteryzuje się wysoką wartością ciśnienia wypychanej cieczy oraz tym, że koła zębate osadzone są na stałe w obudowie za pomocą łożysk umożliwiając ruch rotacyjny wzdłuż osi, a odbierając translację.The prior art also notes the use of pumps with a planetary gear system. Such solutions are described in documents RU2194190C2 and US5161961 A. These pumps are designed for high flow rates. The design described in the invention is characterized by high fluid pressure and by the fact that the gears are permanently mounted in the housing using bearings, allowing for rotational motion along the axis while receiving translational motion.

Z publikacji CN106894990A oraz CN106704174A znane są pompy zębate, które posiadają symetrycznie dwa wloty i dwa wyloty i w których koła zębate napędzane wzajemnie się zazębiają. Podobne rozwiązania pomp zębatych z zazębiającymi się parami sąsiadujących kół zębatych przedstawiają rozwiązania znane z publikacji US2765749A, US3397645A, US2272309A czy CN106894990A.Publications CN106894990A and CN106704174A describe gear pumps with symmetrically arranged two inlets and two outlets, in which the driven gears intermesh. Similar designs for gear pumps with intermeshing pairs of adjacent gears are presented in publications US2765749A, US3397645A, US2272309A, and CN106894990A.

W rozwiązaniu według wynalazku zastosowano tylko jedno koło napędowe, a pozostałe koła napędzane są z jednego koła, co ogranicza zużycie kół napędzanych.In the solution according to the invention, only one drive wheel is used, and the remaining wheels are driven from one wheel, which reduces wear on the driven wheels.

Najbliższym wynalazkowi rozwiązaniem wydaje się być pompa opisana w publikacji GB449069A. W rozwiązaniu tym ujawniono pompę zębatą posiadającą wiele wlotów, w której koło środkowe również tłoczy ciecz. Ze względu na użycie dwóch otworów odsysających na każde koło zewnętrzne płyn w takiej pompie będzie kawitować tak samo jak w klasycznej pompie zębatej oraz każde koło w połowie cyklu będzie przenosić w zasadzie próżnię. Zastosowane zawory zwrotne pracujące w próżni będą nadmiernie eksploatowane oraz wystąpi nadmierny ścisk cieczy jak w klasycznych pompach zębatych. Odmiennie w wynalazku koła zębate pobierają/zasysają płyn dopiero po pewnym kącie obrotu. W wynalazku pobór/zassanie oleju jest natychmiastowy zaraz po zakończeniu tłoczenia, co przekłada się na zanik kawitacji wraz ze zmianą kierunku tłoczenia. Korzyścią wynikająca z wynalazku jest zwiększenie wydatku pompy, zmniejszenie lub zanik kawitacji, mniejsze drgania, co przekłada się na obniżenie kosztów eksploatacji oraz możliwość zastosowania pomp zębatych tam, gdzie do napędu pomp wykorzystywane są niskie prędkości obrotowe.The closest solution to the invention appears to be the pump described in publication GB449069A. This solution discloses a gear pump with multiple inlets, in which the center wheel also pumps fluid. Due to the use of two suction holes on each outer wheel, the fluid in such a pump will cavitate just like in a classic gear pump, and each wheel will essentially be carrying a vacuum halfway through the cycle. Check valves operating in a vacuum will be overused, and excessive fluid compression will occur, as in classic gear pumps. In contrast, the gears in this invention draw/suck fluid only after a certain rotational angle. In this invention, oil draw/suction is immediate after the pumping process is completed, which translates into the disappearance of cavitation with the change in pumping direction. The advantages of the invention include increased pump capacity, reduced or eliminated cavitation, reduced vibration, which translates into lower operating costs, and the possibility of using gear pumps where low rotational speeds are used to drive the pumps.

Dzięki zastosowaniu rozwiązań według wynalazku można uzyskać następujące efekty funkcjonalne:By using the solutions according to the invention, the following functional effects can be achieved:

• obniżenie poziomu hałasu;• reducing noise levels;

• zmniejszenie pulsacji;• reduction of pulsation;

• zwiększenie wydajności w porównaniu do pomp o podobnych wymiarach;• increased efficiency compared to pumps of similar dimensions;

• zmniejszenie obciążeń wałów;• reducing the loads on the shafts;

• czy zmniejszenie obszarów nieciągłości wynikających ze zjawiska kawitacji pompowanej cieczy.• or reducing the areas of discontinuity resulting from the phenomenon of cavitation of the pumped liquid.

Istotą wynalazku jest pompa zębata quasi planetarna z trzema albo czterema kołami zębatymi napędzanymi i kołem zębatym napędowym. Pompa składa się z kolektora łączącego się z korpusem roboczym, w komorze którego osadzone są trzy albo cztery łożyska a w nich zamocowane są odpowiednio trzy albo cztery koła zębate napędzane oraz centralnie umieszczone i również łożyskowane koło zębate napędowe zazębiające się każdym kołem zębatym napędzanym. Koła zębate napędzane rozmieszczone są względem siebie tak, że nie zazębiają się wzajemnie, a obok każdego z nich umieszczony jest zawirowywacz o kształcie dopasowanym z jednego boku do kształtu komory korpusu roboczego tworząc kanał przepływu cie czy, a z dwóch boków stycznie do okalającego koła zębatego napędzanego i koła zębatego napędowego. Nadto do korpusu roboczego przykręcona jest tylna pokrywa, w której osadzone są także odpowiednio trzy albo cztery łożyska, współpracujące z kołami zębatymi napędzanymi oraz dodatkowe łożysko współpracujące z kołem zębatym napędowym. W tylnej pokrywie osadzony jest także pierścień uszczelniający, przez który przechodzi wał koła zębatego napędowego. Nadto w kolektorze w znajduje się jeden otwór wylotu cieczy umieszczony centralnie. W korpusie roboczym, w jego w bocznej części znajdują się trzy albo cztery otwory wlotowe umieszczone naprzeciw kół zębatych napędzanych oraz trzy albo cztery otwory wylotowe z komory korpusu roboczego umieszczone w górnej jego części, do której mocowany jest kolektor, otwory te są rozmieszczone w punktach styku koła zębatego napędowego z kołem zębatym napędzanym oraz zawirowywacza.The essence of the invention is a quasi-planetary gear pump with three or four driven gears and a drive gear. The pump consists of a manifold connected to a working body, in whose chamber are mounted three or four bearings, respectively, mounting three or four driven gears, and a centrally located and also bearing-mounted drive gear, which engages with each driven gear. The driven gears are arranged so that they do not intermesh. A swirler is positioned next to each of them, its shape matching the shape of the working body chamber on one side, creating a fluid flow channel, and on the other sides tangentially to the surrounding driven gear and drive gear. Furthermore, a rear cover is bolted to the working body, which also houses three or four bearings, respectively, that engage with the driven gears, and an additional bearing that engages with the drive gear. The rear cover also houses a sealing ring through which the drive gear shaft passes. Furthermore, the manifold has a single centrally located fluid outlet. The working body, on its side, has three or four inlet holes located opposite the driven gears, and three or four outlet holes from the working body chamber located in the upper part, to which the manifold is attached. These holes are located at the contact points between the drive gear, the driven gear, and the swirler.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje pompę w widoku głównym rozstrzelonym, fig. 2 pokazuje pompę złożoną w widoku izometrycznym, fig. 3 - widok korpusu roboczego z rozmieszczonymi czterema kołami zębatymi, fig. 4 - z rozmieszczonymi pięcioma kołami zębatymi, zawirowywaczami oraz otworami wlotu, a fig. 5 pokazuje pompę w widoku izometrycznym z odłączonym kolektorem i otworami wylotowymi kolektora i korpusu roboczego, a także otworami wlotowymi.The subject of the invention in an example embodiment is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows the pump in a main exploded view, Fig. 2 shows the assembled pump in an isometric view, Fig. 3 - a view of the working body with four arranged gears, Fig. 4 - with arranged five gears, swirlers and inlet openings, and Fig. 5 shows the pump in an isometric view with a disconnected collector and outlet openings of the collector and working body, as well as inlet openings.

Pompa zębata quasi planetarna z trzema albo czterema kołami zębatymi napędzanymi 5 i kołem zębatym napędowym 4 składa się z kolektora 6 łączącego się z korpusem roboczym 1. W pojedynczej komorze korpusu roboczego 1 osadzone są trzy (jak na fig. 1 i fig. 3) albo cztery łożyska 3 (jak na fig. 4), a w nich zamocowane są trzy lub cztery koła zębate napędzane 5 oraz centralnie umieszczone - również łożyskowane - koło zębate napędowe 4 zazębiające się każdym kołem zębatym napędzanym 5. Koła zębate napędzane 5 rozmieszczone są względem siebie tak, że nie zazębiają się wzajemnie, a obok każdego z nich umieszczony jest zawirowywacz 9 o kształcie dopasowanym z jednego boku do kształtu komory korpusu roboczego 1 tak, że w przestrzeni pomiędzy korpusem 1 a bokiem zawirowywacza 9 utworzony jest kanał przepływu cieczy, a z dwóch pozostałych boków stycznie do okalającego koła zębatego napędzanego 5 i koła zębatego napędowego 4. I tak w wariancie pompy z trzema kołami zębatymi napędzanymi 5 występują trzy zawirowywacze 9, a w przypadku czterech kół zębatych napędzanych 5 - cztery zawirowywacze. Nadto do korpusu roboczego 1 przykręcona jest tylna pokrywa 2, w której osadzone są także odpowiednio trzy albo cztery łożyska 3, współpracujące z kołami napędzanymi 5 oraz dodatkowe łożysko współpracujące z kołem zębatym napędowym 4. W tylnej pokrywie 3 osadzony jest także pierścień uszczelniający 7, przez który przechodzi wał koła zębatego napędowego 4. Nadto w kolektorze 6 w znajduje się jeden otwór wylotu cieczy 8 umieszczony centralnie, a w korpusie roboczym 1 jego w bocznej części znajdują się trzy albo cztery otwory wlotowe IN umieszczone naprzeciw kół zębatych napędzanych 5 oraz trzy albo cztery otwory wylotowe OUT z komory korpusu roboczego 1 umieszczone w górnej jego części, do której mocowany jest kolektor 6. Otwory te OUT są rozmieszczone w punktach styku koła zębatego napędowego 4 z kołem zębatym napędzanym 5 oraz zawirowywacza 9.A quasi-planetary gear pump with three or four driven gears 5 and a driving gear 4 consists of a collector 6 connected to the working body 1. In a single chamber of the working body 1 there are mounted three (as in fig. 1 and fig. 3) or four bearings 3 (as in fig. 4), and in them are mounted three or four driven gears 5 and a centrally located - also bearing-mounted - driving gear 4, meshing with each driven gear 5. The driven gears 5 are arranged in relation to each other so that they do not mesh with each other, and next to each of them there is a swirler 9 with a shape adapted on one side to the shape of the chamber of the working body 1 so that in the space between the body 1 and the side of the swirler 9 there is formed a liquid flow channel, and on the other two sides tangentially to the surrounding driven gear 5 and the driving gear 4. Thus, in the pump variant with three driven gears 5 there are three swirlers 9, and in the case of four driven gears 5 - four swirlers. Moreover, a rear cover 2 is screwed to the working body 1, in which three or four bearings 3 are mounted, cooperating with the driven gears 5, and an additional bearing cooperating with the drive gear 4. A sealing ring 7 is also mounted in the rear cover 3, through which the shaft of the drive gear 4 passes. Furthermore, in the collector 6 there is one liquid outlet opening 8 located centrally, and in the working body 1 in its lateral part there are three or four inlet openings IN located opposite the driven gears 5, and three or four outlet openings OUT from the chamber of the working body 1 located in its upper part, to which the collector 6 is attached. These OUT openings are arranged at the contact points of the drive gear 4 with the driven gear 5 and the swirler 9.

Zasada działania pompy według wynalazku przedstawia się następująco, koło zębate napędowe obracając się wprawia w ruch koła zewnętrzne. Pozwala to na zasysanie cieczy przez otwory boczne w korpusie roboczym. Następnie odpowiedni kształt korpusu oraz przestrzeń między zębami kół zewnętrznych tworzy przestrzeń wraz z cieczą, która jest tłoczona zębami koła wewnętrznego. Zjawisko to także się tyczy przestrzeni między zębami koła wewnętrznego. Pompowana ciecz następnie otworami wylotowymi korpusu dostaje się do kolektora. Ruch cieczy podczas samego pompowania jest równoległy do osi kół zębatych zamiast prostopadle, co jest największą innowacją niniejszej konstrukcji.The operating principle of the pump according to the invention is as follows: the rotating drive gear sets the outer gears in motion. This allows liquid to be drawn in through the side openings in the working body. The appropriate shape of the body and the space between the teeth of the outer gears then creates a space with the liquid, which is then pumped by the teeth of the inner gear. This phenomenon also applies to the space between the teeth of the inner gear. The pumped liquid then flows through the body's outlet openings into the collector. The movement of the liquid during pumping is parallel to the axis of the gears instead of perpendicular, which is the greatest innovation of this design.

Claims

1. A quasi-planetary gear pump with three or four driven gears and a driving gear, characterized in that it consists of a collector (6) connected to the working body (1), in the chamber of which three or four bearings (3) are mounted, in which three or four driven gears (5) are mounted, respectively, and a centrally located and also bearing-mounted driving gear (4) meshing with each driven gear (5), wherein the driven gears (5) are arranged in relation to each other so that they do not mesh with each other, and next to each of them there is a swirler (9) with a shape adapted on one side to the shape of the working body chamber, creating a liquid flow channel, and on two sides tangentially to the surrounding driven gear (5) and the driving gear (4), furthermore a rear cover (2) is screwed to the working body (1), in which three or four bearings (3) are also mounted, cooperating with the driven gears (5) and an additional bearing cooperating with the drive gear (4), a sealing ring (7) is also mounted in the rear cover (3), through which the shaft of the drive gear (4) passes, moreover, in the collector (6) there is one liquid outlet opening (8) located centrally, and in the working body (1), in its lateral part, there are three or four inlet openings (IN) located opposite the driven gears (5) and three or four outlet openings (OUT) from the chamber of the working body 1 located in its upper part, to which the collector (6) is attached, these openings (OUT) are arranged at the contact points of the drive gear (4) with the driven gear (5) and the swirler (9).