RU2168655C1

RU2168655C1 - Centrifugal gear pump

Info

Publication number: RU2168655C1
Application number: RU99122860/06A
Authority: RU
Inventors: А.В. Андреев; А.Н. Голубов; Е.Ю. Марчуков; В.Г. Семенов; В.М. Чепкин
Original assignee: Андреев Анатолий Васильевич; Голубов Александр Николаевич; Марчуков Евгений Ювенальевич; Семенов Вадим Георгиевич; Чепкин Виктор Михайлович
Priority date: 1999-11-01
Filing date: 1999-11-01
Publication date: 2001-06-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; pumps used in oil systems of aircraft gas-turbine engines. SUBSTANCE: centrifugal external gear pump includes gears provided with radial impellers at their end faces. Axial- flow wheel is mounted before each impeller. Leading edges of at least two blades of radial impeller which are multiple of number of blades of axial-flow wheel are matched with trailing edges of axial-flow wheel. Tail-piece of axial-flow wheel is passed through impeller inside gear and is locked relative to it. Adjoining end faces of gear and impeller are provided with retainers to exclude their relative turn. EFFECT: increased positive suction head due to relative orientation in the course of assembly of blade profiles of axial-flow wheel and radial impellers. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и касается устройства центробежно-шестеренных насосов, применяемых в гидросистемах машин и, в частности, в маслосистемах авиационных газотурбинных двигателей для подачи и откачки масла. The invention relates to the field of mechanical engineering and relates to the device of centrifugal gear pumps used in hydraulic systems of machines and, in particular, in oil systems of aircraft gas turbine engines for supplying and pumping oil.

Известен центробежно-шестеренный насос наружного зацепления, содержащий снабженные с торцов предвключенными радиальными крыльчатками шестерни [1]. Known centrifugal gear pump for external gearing, containing gears provided from the ends with upstream radial impellers [1].

Наличие во входных полостях насоса предвключенных радиальных крыльчаток обеспечивает наиболее полное заполнение междузубовых впадин в определенном диапазоне соотношений между шириной и диаметром шестерен (а следовательно, крыльчаток). The presence of upstream radial impellers in the pump inlet cavities ensures the most complete filling of the interdental cavities in a certain range of relations between the width and diameter of the gears (and, therefore, the impellers).

При больших величинах отношений ширины шестерни к ее наружному диаметру снижаются антикавитационные свойства насоса и падает его объемный коэффициент полезного действия. Известно, что для повышения антикавитационных свойств центробежных насосов перед радиальной крыльчаткой устанавливают предвключенное осевое колесо (шнек) [2]. К недостатку известного решения следует отнести отсутствие конструктивных мер, направленных на упорядочение потока жидкости на выходе из осевого колеса, а точнее в пространстве между решетками лопаток осевого предвключенного колеса и центробежной крыльчатки. Течение жидкости в указанном пространстве связано с сопротивлениями, возникающими при местном изменении сечений, а также нестационарностью потока, вытекающего из одной лопаточной решетки (осевого колеса) и втекающего в другую лопаточную решетку (центробежной крыльчатки). With large values of the ratio of the width of the gear to its outer diameter, the anti-cavitation properties of the pump decrease and its volumetric efficiency decreases. It is known that to increase the anti-cavitation properties of centrifugal pumps, an upstream axial wheel (auger) is installed in front of the radial impeller [2]. A disadvantage of the known solution is the lack of constructive measures aimed at streamlining the fluid flow at the exit of the axial wheel, and more precisely in the space between the lattices of the blades of the axial upstream wheel and the centrifugal impeller. The fluid flow in the indicated space is associated with the resistances arising from a local change in the cross sections, as well as the unsteadiness of the flow flowing from one scapular lattice (axial wheel) and flowing into another scapular lattice (centrifugal impeller).

Гидравлические потери, вызванные указанными выше сопротивлениями, ухудшают кавитационные качества насоса, что может привести к кавитационной эрозии не только в осевом колесе и центробежной крыльчатке, но и в шестеренной ступени насоса. Следует заметить, что для выравнивания поля скоростей и давлений иногда ставят направляющие аппараты, вызывающие значительное усложнение насосного агрегата, а выполнение каналов или пазов в лопастях осевого насоса для повышения антикавитационных свойств приводит не только к нежелательному ослаблению лопастей, но и к снижению напора осевого колеса. К недостатку известного решения следует отнести и сложную фиксацию осевого предвключенного колеса и радиальной крыльчатки, которая осуществляется посредством шлицевого и резьбового соединений и требует введения специальных контровочных элементов, выступающих в проточную часть насоса, что приводит не только к дополнительным возмущениям потока жидкости на входе в осевое колесо, по и к усложнению агрегата. Hydraulic losses caused by the above resistances worsen the cavitation properties of the pump, which can lead to cavitation erosion not only in the axial wheel and centrifugal impeller, but also in the gear stage of the pump. It should be noted that to equalize the velocity and pressure fields, guiding devices are sometimes installed, causing a significant complication of the pump unit, and the implementation of channels or grooves in the axial pump vanes to increase anti-cavitation properties leads not only to an undesirable weakening of the vanes, but also to a decrease in the axial wheel head. A disadvantage of the known solution is the difficult fixation of the axial upstream wheel and the radial impeller, which is carried out by means of spline and threaded connections and requires the introduction of special locking elements protruding into the flow part of the pump, which leads not only to additional perturbations of the fluid flow at the inlet to the axial wheel , by and to complication of the unit.

Задача изобретения - повышение надежности работы насоса за счет увеличения кавитационного запаса путем направленной взаимной ориентации в процессе сборки лопаточных профилей осевой и радиальных крыльчаток, способствующей выравниванию поля скоростей и давлений в потоке жидкости, вытекающей из лопаточной решетки осевой крыльчатки и входящей в лопаточную решетку радиальной крыльчатки, и за счет упрощения конструкции путем быстроразъемного соединения всех элементов качающего узла насоса (шестерня, радиальная крыльчатка, осевая крыльчатка) посредством осевой крыльчатки, выполняющей функции не только преднасоса, но и крепежные и стопорящие функции. The objective of the invention is to increase the reliability of the pump by increasing the cavitation margin by directional mutual orientation during the assembly of the blade profiles of the axial and radial impellers, which helps to equalize the velocity field and pressure in the fluid flow flowing from the blade lattice of the axial impeller and entering the radial impeller blade grid, and due to the simplification of the design by quick-disconnect connection of all elements of the pumping pump assembly (gear, radial impeller, axial impeller TKA) by an axial impeller performs the function not only prednasosa but fastening and latching function.

Указанная цель достигается тем, что в центробежно-шестеренном насосе наружного зацепления, содержащем шестерни, снабженные с торцов предвключенными радиальными крыльчатками, перед каждой радиальной крыльчаткой установлено предвключенное осевое колесо так, что входные кромки по меньшей мере двух из лопаток радиальной крыльчатки, кратных числу лопаток осевого колеса, совмещены с выходными кромками осевого колеса, хвостовик которого пропущен через радиальную крыльчатку внутрь шестерни и зафиксирован относительно последней как в осевом, так и в радиальном направлении, причем примыкающие друг к другу торцы шестерни и крыльчатки снабжены фиксаторами от взаимного поворота; фиксатор от взаимного поворота шестерни и радиальной крыльчатки выполнен в виде цилиндрического выступа на торце крыльчатки, входящего в сопряженное углубление на торце шестерни. This goal is achieved by the fact that in the centrifugal gear pump of the external gearing, which contains gears equipped with upstream radial impellers at the ends, an upstream axial wheel is installed in front of each radial impeller so that the input edges of at least two of the radial impeller vanes that are multiples of the number of axial vanes wheels, aligned with the output edges of the axial wheel, the shank of which is passed through the radial impeller into the gear and fixed relative to the latter as in axial m, and in the radial direction, moreover, the ends of the gear and the impellers adjacent to each other are provided with clamps from mutual rotation; the latch from the mutual rotation of the gear and the radial impeller is made in the form of a cylindrical protrusion at the end of the impeller, which is included in the conjugate recess at the end of the gear.

При кратном совмещении входных кромок лопаток радиальной крыльчатки с выходными кромками лопаток осевого колеса (шнека) достигается перемещение жидкости по межлопаточным каналам крыльчатки и шнека с минимальными гидравлическими потерями, так как несовмещенные входные кромки лопаток радиальной крыльчатки располагаются симметрично относительно выходных кромок лопаток шнека (посередине межлопаточных каналов шнека). Наибольший эффект будет получен, когда входные кромки всех лопаток радиальной крыльчатки совмещены с выходными кромками всех лопаток шнека (например, на приведенном ниже чертеже изображен насос, содержащий трехлопаточную радиальную крыльчатку, на входе которой установлен трехзаходный шнек). When the input edges of the blades of the radial impeller are combined with the output edges of the blades of the axial wheel (auger), fluid is transported along the interscapular channels of the impeller and the screw with minimal hydraulic losses, since the incompatible input edges of the blades of the radial impeller are located symmetrically with respect to the output edges of the auger blades (in the middle of the interscapular channels screw). The greatest effect will be obtained when the input edges of all the blades of the radial impeller are aligned with the output edges of all the blades of the screw (for example, the pump below shows a three-blade radial impeller with a three-way screw at the inlet).

Крепление радиальной крыльчатки к шестерне через хвостовик шнека и взаимная фиксация от поворота крыльчатки и шестерни позволили полностью отказаться от использования специальных крепежных деталей (например, стяжной болт, гайка, контровочная отгибная шайба и т.п.), что значительно упростило конструкцию насоса. The fastening of the radial impeller to the gear through the auger shank and the mutual fixation from the rotation of the impeller and the gear made it possible to completely abandon the use of special fasteners (for example, a coupling bolt, nut, lock-off washer, etc.), which greatly simplified the design of the pump.

Направленная взаимная ориентация лопаточных профилей радиальной крыльчатки и шнека обеспечивает стабильность кавитационных характеристик у разных комплектов насоса и их взаимозаменяемость к процессе эксплуатации. The directed mutual orientation of the blade profiles of the radial impeller and the screw ensures the stability of the cavitation characteristics of different pump sets and their interchangeability to the operation process.

Из уровня техники неизвестны центробежно-шестеренные насосы, у которых перед каждой радиальной крыльчаткой установлено предвключенное осевое колесо так, что входные кромки по меньшей мере двух из лопаток радиальной крыльчатки, кратных числу лопаток осевого колеса, совмещены с выходными кромками осевого колеса, хвостовик которого пропущен через радиальную крыльчатку внутрь шестерни и зафиксирован относительно последней как в осевом, так и в радиальном направлениях, причем примыкающие друг к другу торцы шестерни и крыльчатки снабжены фиксаторами от взаимного поворота; фиксатор от взаимного поворота шестерни и радиальной крыльчатки выполнен в виде цилиндрического выступа па торце крыльчатки, входящего в сопряженное углубление на торце шестерни. The centrifugal gear pumps are not known from the prior art, in which an upstream axial wheel is mounted in front of each radial impeller so that the input edges of at least two of the radial impeller vanes that are multiples of the number of axial wheel vanes are aligned with the output edges of the axial wheel, the shank of which is passed through radial impeller inside the gear and fixed relative to the latter both in axial and in radial directions, and the ends of the gear and the impellers adjacent to each other are provided iksatorami the relative rotation; the latch from the mutual rotation of the gear and the radial impeller is made in the form of a cylindrical protrusion at the end of the impeller, which is included in the conjugate recess at the end of the gear.

На чертеже изображен общий вид быстроходного центробежно-шестеренного насоса. The drawing shows a General view of a high-speed centrifugal gear pump.

В корпусе 1 насоса размещены шестерни 2, выполненные за одно целое с валиками 3, установленными на опорных подшипниках 4. На торцовых сторонах шестерен выполнены углубления 5, входящие в зацепление с цилиндрическими выступами 6, выполненными на прилегающих к шестерням 2 сторонах крыльчаток 7, установленных под зубчатым венцом шестерен 2 в кольцевых расточках 8. Кроме расточек 8 в шестернях 2 у окружности ножек зубьев выполнены еще и кольцевые расточки 9, сообщающие междузубовые впадины шестерен 2 через проточную часть крыльчаток 7 с полостями всасывания 10. В корпусе 1 насоса установлены втулки 11 с разделителями 12, размещенными на части окружности внутри кольцевых расточек 9 шестерен 2. Между разделителями 12 в корпусе 1 выполнена полость, сообщающаяся с полостью нагнетания 13. Перед радиальными крыльчатками 7 установлены многозаходные шнеки 14. Число лопастей крыльчатки 7 кратно числу лопастей шнека 14, поэтому как минимум две выходные кромки лопаток шнека 14 могут быть совмещены с двумя входными кромками лопаток крыльчатки 7. В этом положении крыльчатка 7 и шнек 14 зафиксированы относительно шестерни 2 посредством фиксатора 15, установленного в совместно обработанные отверстия в валике 3 и хвостовике 16 шнека 14. Так как шестерня 2 и крыльчатка 7 от взаимного проворота уже зафиксированы посредством зацепления выступа 6 в углубление 5, все три элемента качающего узла насоса (шестерня 2, радиальная крыльчатка 7 и шнек 14) будут составлять единое целое. In the pump housing 1, gears 2 are placed integrally with rollers 3 mounted on thrust bearings 4. On the end faces of the gears, recesses 5 are made, which engage with cylindrical protrusions 6 made on the sides of the impellers 7 adjacent to the gears 2, mounted under a ring of gears 2 in the annular bores 8. In addition to the bores 8 in the gears 2, ring bores 9 are also made near the circumference of the tooth legs, communicating the interdental cavities of the gears 2 through the flow part of the impellers 7 with cavities sun 10. In the pump housing 1, bushings 11 are installed with spacers 12 located on a circumference inside the annular bore 9 of the gears 2. Between the spacers 12 in the housing 1 there is a cavity communicating with the discharge cavity 13. Multiple augers 14. are installed in front of the radial impellers 7. Number the impeller blades 7 is a multiple of the number of auger blades 14, therefore, at least two output edges of the auger blades 14 can be combined with two input edges of the impeller blades 7. In this position, the impeller 7 and the auger 14 are fixed, relate But gear 2 by means of a latch 15 installed in the jointly machined holes in the roller 3 and the shank 16 of the screw 14. Since the gear 2 and the impeller 7 from mutual rotation are already fixed by engaging the protrusion 6 in the recess 5, all three elements of the pump pump assembly (gear 2 , the radial impeller 7 and the screw 14) will be a single unit.

Фиксатор 15 контрится от выпадания внутренней обоймой ближайшего к шестерне опорного подшипника 4. The latch 15 is locked against falling out of the inner race of the pillow block 4 closest to the gear.

Качающий узел насоса - быстроразъемный. При смещении узла вправо фиксатор 15 открывается, выскакивает из отверстий в хвостовике 16 и шестерне 2 и все элементы качающего узла насоса разнимаются. The pumping unit is quick disconnect. When the node is shifted to the right, the latch 15 opens, pops out of the holes in the shank 16 and gear 2 and all the elements of the pumping pump assembly are separated.

При работе насоса приводится во вращение ведущий валик 3. Шестерни 2, крыльчатки 7 и шнеки 14 также начнут вращаться как единое целое. В результате воздействия лопаток шнека 14 поступившая в его межлопаточные каналы жидкость из полости 10 будет выходить из шнека 14 с более высоким давлением и скоростью, чем на входе. When the pump is running, the drive roller 3 is driven into rotation. Gears 2, impellers 7 and screws 14 will also begin to rotate as a unit. As a result of the impact of the blades of the screw 14, the fluid entering its interscapular channels from the cavity 10 will exit the screw 14 with a higher pressure and speed than at the inlet.

Благодаря совмещению выходных кромок лопаток трехзаходного шнека 14 с входными кромками лопаток трехлопаточной радиальной крыльчатки 7 осуществляется плавное перетекание жидкости из проточной части шнека 14 в проточную часть радиальной крыльчатки 7. By combining the output edges of the blades of the three-way screw 14 with the input edges of the blades of the three-blade radial impeller 7, fluid flows smoothly from the flow part of the screw 14 to the flow part of the radial impeller 7.

При этом значительно уменьшаются гидравлическое сопротивление, возникающее при местном изменении сечений, а также из-за нестационарности потока, связанной с выравниванием поля скоростей и давлений потока жидкости при переходе из одной лопаточной решетки в другую. Выйдя из шнека 14 жидкость попадает в межлопаточные каналы крыльчатки 7, создающие основной напор, под действием которого она откидывается в расточки 9 шестерен 2 и через впадины зубьев последних переносится в зону нагнетания 13, отделенную от полостей 10 разделителями 12 и стенкой корпуса 1. Следует заметить, что крутящий момент от шестерни 2 передается крыльчатке 7 через сопряженные между собой углубление 5 и выступ 6, а к шнеку 14 через фиксатор 15, надежно удерживаемый в отверстиях хвостовика 16 шнека 14 и валике 3 внутренней обоймой подшипника 4. In this case, the hydraulic resistance arising from a local change in the cross sections is significantly reduced, as well as due to the unsteadiness of the flow associated with the equalization of the velocity field and pressure of the fluid flow during the transition from one blade grid to another. Leaving the auger 14, the liquid enters the interscapular channels of the impeller 7, which creates the main pressure, under the influence of which it is folded into the bores of 9 gears 2 and through the hollows of the teeth of the latter is transferred to the discharge zone 13, separated from the cavities 10 by dividers 12 and the wall of the housing 1. It should be noted that the torque from the gear 2 is transmitted to the impeller 7 through the recess 5 and the protrusion 6, which are interconnected, and to the screw 14 through the latch 15, which is securely held in the holes of the shank 16 of the screw 14 and the shaft 3 of the inner race of the bearing 4.

Источники информации
1. А.с. СССР N 336426, опубликованное в 1972 г.Sources of information
1. A.S. USSR N 336426, published in 1972

2. А.с. СССР N 270505 от 1969 г. 2. A.S. USSR N 270505 from 1969

Claims

1. A centrifugal gear pump with external gearing, comprising gears provided with upstream radial impellers at the ends, characterized in that a preincluded axial wheel is installed in front of each radial impeller so that the input edges of at least two of the radial impeller vanes are multiple of the number of vanes axial wheels, combined with the output edges of the axial wheel, the shank of which is passed through the radial impeller into the gears and fixed relative to the latter, and adjacent to each other to each other, the ends of the gears and impellers are equipped with clamps from mutual rotation.

2. The pump according to claim 1, characterized in that the latch from the mutual rotation of the gear and the radial impeller is made in the form of a cylindrical protrusion at the end of the impeller, which enters the mating recess at the end of the gear.