RU2263822C2 - Шестеренный насос - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области машиностроения. Шестеренный насос содержит корпус, в котором расположены шестеренные роторы. Шестеренные роторы снабжены подшипниковыми втулками подшипников скольжения, смазка которых осуществлена с помощью перекачиваемой среды. Они имеют, по меньшей мере, один охладительный канал, который выполнен таким образом, что обеспечено изменение степени охлаждения по периферии подшипника скольжения и/или в его радиальном направлении таким образом, что наибольшая интенсивность охлаждения имеет место в области наименьшей ширины зазора. Обеспечен оптимальный режим отвода тепла от подшипника скольжения. 13 з.п. ф-лы, 12 ил.

Description

Изобретение относится к шестеренному насосу.

В шестеренных насосах известного типа важным фактором, от которого решающим образом зависит максимально допустимая скорость, а значит и производительность насоса, является температура подшипника. Смазывание подшипников скольжения обычно осуществляется с помощью перекачиваемой среды, при этом в случае высокой вязкости перекачиваемой среды в зазоре подшипника имеет место выделение большого количества энергии. Определенная температура является для перекачиваемой среды максимально допустимой, поэтому скорость, а тем самым и производительность насоса ограничены. Это особенно важно в том случае, когда перекачиваемая среда представляет собой расплавленный пластик, максимально допустимая температура которого находится в пределах от 300 до 350°С.

В Европейском патенте ЕР 0715078 А2 описан шестеренный насос общего типа, имеющий охладительные каналы, выполненные в подшипнике скольжения с извивами. Хотя разница в температуре перекачиваемой среды и охладителя может изменяться ввиду увеличения температуры охладителя в охладительном трубопроводе, влияние на режим охлаждения невозможно.

В патенте Великобритании GB 264105 А описываются подшипники, верхняя половина которых содержит охладительные каналы, которые соединены между собой с извивами на определенных расстояниях. Охладительные каналы расположены на определенных расстояниях. Нижняя половина соединена с охватывающей выемкой, в которую открываются отверстия охладительных каналов, по которым протекает и через которые отводится охладитель.

В патенте Великобритании GB 1124147 А описаны подшипники, которые выполнены с возможностью охлаждения; при этом внешние кольца подшипников расположены в неразрезном вкладыше, который содержит винтовой охватывающий охладительный канал постоянного поперечного сечения. Только в области входного и выходного отверстий отсекание на коротком участке позволяет увеличивать или уменьшать площадь поперечного сечения этого охладительного канала.

Охлаждаемые подшипники скольжения известны также из патента Германии DE 349786 С, эти подшипники снабжены охладительными каналами, которые расположены параллельно центральной продольной оси подшипника на одинаковых расстояниях друг от друга и которые соединены между собой с извивами.

Из Европейского патента ЕР 0607999 В1 известен шестеренный вал, снабженный охладительными каналами.

Изобретение основывается на том знании, что развитие процесса нагревания в подшипнике скольжения различно по его периферии и вдоль его центральной продольной оси.

Задачей изобретения является создание шестеренного насоса общего типа, в котором обеспечен оптимальный режим отвода тепла от подшипника скольжения.

Технический результат достигается тем, что в шестеренном насосе, содержащем корпус, который имеет сторону всасывания и сторону подачи, два находящихся в зацеплении шестеренных ротора, расположенных в корпусе, выполненных с возможностью перемещения перекачиваемой среды от стороны всасывания к стороне подачи и снабженных на своих концах подшипниковыми втулками, и подшипники скольжения, каждый из которых выполнен с возможностью охвата подшипниковой втулки с образованием зазора и смазка которых осуществлена с помощью перекачиваемой среды путем обеспечения для нее возможности протекания через зазор и которые имеют, по меньшей мере, по одному охладительному каналу, согласно изобретению, по меньшей мере, один охладительный канал выполнен таким образом, что обеспечена различная степень охлаждения подшипника скольжения по его периферии и/или в радиальном направлении таким образом, что наибольшая интенсивность охлаждения имеет место в области наименьшей ширины зазора.

Кроме того, охладительные каналы расположены в большем количестве на угловую единицу в области периферии подшипников скольжения, где они расположены более плотно, чем в других областях периферии подшипников скольжения.

Кроме того, охладительные каналы имеют поверхности разных размеров.

Кроме того, охладительные каналы имеют различные формы поперечного сечения.

Кроме того, отдельные охладительные каналы, по меньшей мере, частично имеют поверхности со сниженной теплопроводностью.

Кроме того, в охладительном канале установлен изолирующий вкладыш.

Кроме того, между изолирующим вкладышем и подшипником скольжения выполнен зазор.

Кроме того, по меньшей мере, один охладительный канал частично теплоизолирован с помощью изолятора на стороне, обращенной вовне в радиальном направлении от центральной продольной оси.

Кроме того, охладительные каналы соединены с образованием, по меньшей, мере двух отдельных контуров охлаждения.

Кроме того, охладительные каналы соединены последовательно.

Кроме того, охладительные каналы соединены в подшипнике скольжения параллельно.

Кроме того, по меньшей мере, один охладительный канал выполнен цилиндрическим и имеет в поперечном сечении кольцеобразную форму.

Кроме того, по меньшей мере, один охладительный канал снабжен изолирующей оболочкой.

Кроме того, по меньшей мере, один охладительный канал имеет форму винтовой линии.

Обычно наибольшее количество энергии выделяется в том месте, где зазор подшипника, то есть зазор между опорным участком вала и корпусом подшипника, самый малый; это место максимального сдвига обладающей высокой степенью вязкости перекачиваемой среды. Это область, в которой имеет место превращение механической энергии в тепловую с особо высокой интенсивностью. В этой области требуется интенсивное охлаждение.

Краткое описание прилагаемых чертежей.

На фиг.1 показан шестеренный насос в разрезе по линии I-I (см. фиг.2).

На фиг.2 показан шестеренный насос в разрезе по линии II-II (см. фиг.1).

На фиг.3 показан первый вариант подшипников скольжения, вид по стрелке III (см. фиг.2).

На фиг.4 показан подшипник скольжения в продольном разрезе по линии IV-IV (см. фиг.3).

На фиг.5 показан второй вариант подшипников скольжения, аналогично проиллюстрированному на фиг.3, вид в плане.

На фиг.6 показан третий вариант подшипников скольжения, аналогично проиллюстрированному на фиг.3, вид в плане.

На фиг.7 показан четвертый вариант подшипников скольжения, аналогично проиллюстрированному на фиг.3, вид в плане.

На фиг.8 показан пятый вариант подшипников скольжения, аналогично проиллюстрированному на фиг.3, вид в плане.

На фиг.9 в аксонометрии показан шестой вариант подшипников скольжения.

На фиг.10 в аксонометрии с частичным разрезом показан седьмой вариант подшипников скольжения.

На фиг.11 показан подшипник скольжения, проиллюстрированный на фиг.10, поперечное сечение по линии XI-XI (см. фиг.10).

На фиг.12 в аксонометрии показан восьмой вариант подшипника скольжения.

Подробное описание изобретения.

Шестеренный насос, показанный на фиг.1 и 2, имеет корпус 1, в котором расположены два шестеренных ротора 2 и 3. Эти шестеренные роторы 2 и 3 имеют периферийные зубчатые области 4 и 5, соответственно, при этом периферийные зубчатые области 4 и 5 шестеренных роторов 2 и 3 находятся в зацеплении между собой. Кроме того, шестеренные роторы 2 и 3 с центральными продольными осями 6 и 7 включают валы 8 и 9, соответственно. Эти валы 8 и 9 расположены соосно продольным осям 6 и 7 шестеренных роторов 2 и 3 соответственно и имеют жесткое соединение с периферийными зубчатыми областями 4 и 5 соответствующего шестеренного ротора, при этом на одном конце каждого из шестеренных роторов 4 и 5 имеется приводной вал 10.

По обе стороны периферийных зубчатых областей 4 и 5 шестеренных роторов 2 и 3 расположены подшипники скольжения 11, 12, 13 и 14, для которых обеспечена опора на корпус 1, при этом валы 8 и 9 введены в эти подшипники скольжения через посредство подшипниковых втулок 15, 16, 17 и 18 с возможностью вращения. Фронтальные части корпуса 1 закрыты двумя крышками 19 и 20, которые зафиксированы с возможностью разъема с помощью винтов 21 (показаны условно). Валы 8 и 9 выполнены с выходом за пределы корпуса 1 через отверстия 22, выполненные в крышках 19 и 20. Валы 8 и 9 уплотнены в отверстиях 22 с помощью уплотнений 23.

На фиг.2 изображена плоскость, проходящая через продольные оси 6 и 7 шестеренных роторов 2 и 3 перпендикулярно плоскости, в которой расположена сторона всасывания 24 насоса с одной стороны от шестеренных роторов 2 и 3, при этом сторона подачи 25 (сторона напора) находится на противоположной стороне. При вращении шестеренчатых роторов 2 и 3 в направлениях, показанных стрелками 26 и 27 соответственно, обеспечено прохождение их зубьев 28 и 29 вдоль внутренней поверхности 30 стенки корпуса 1 почти без зазора. С помощью зубьев 28 и 29 обеспечен перенос жидкости (перекачиваемой среды) со стороны всасывания 24 на сторону подачи 25 в направлении, показанном стрелкой 31.

Корпус 1 снабжен каналами 32 для терморегулирующей жидкости. Смазка подшипников скольжения 11-14 осуществлена с помощью перекачиваемой среды, которая, как правило, имеет повышенную вязкость или представляет собой перекачиваемую среду, вязкую по природе, например расплавленный пластик. Для этой цели на стороне подачи 25 насоса выполнены смазочные каналы 33, соединенные с зазором или зазорами 34 соответствующего подшипника скольжения, при этом зазоры 34 параллельны соответствующим продольным осям 6 и 7, при этом с помощью перекачиваемой среды обеспечена смазка между подшипниковыми втулками 15-18 валов 8 и 9 и соответствующими подшипниками скольжения 11-14. Возвращение перекачиваемой среды от подшипников скольжения 11-14 на сторону всасывания 24 обеспечено через посредство возвратных каналов 35, при этом часть возвратных каналов 35 выполнена в крышках 19 и 20, а другая часть - в корпусе 1. Таким образом, протекание перекачиваемой среды через подшипники скольжения 11-14 обеспечено в направлении, обозначенном стрелкой 36, от стороны подачи 25 к стороне всасывания 24.

Обеспечено охлаждение подшипников скольжения 11-14. Для этой цели в крышках 19 и 20 выполнены предназначенные для подачи охладителя каналы 37, которые соединены с одним или несколькими охладительными каналами 38, выполненными в подшипниках скольжения 13 и 14. В крышках 19 и 20 между валами 8 и 9 выполнены переливные каналы 39, соединенные с соответствующими охладительными каналами 38, выполненными в подшипниках скольжения 11 и 12. Обеспечено протекание охладителя от охладительных каналов 38 в подшипниках скольжения 11 и 12 через выпускной канал 40. Таким образом, протекание охладителя по каналам обеспечено в направлении, показанном стрелкой 41.

Далее следует описание различных вариантов осуществления охладительных каналов 38. Конструкция их в каждом из подшипников скольжения 11-14 идентична или зеркальна, поэтому последующее описание будет относиться только к конструкции системы охлаждения подшипника скольжения 12.

В варианте осуществления изобретения, проиллюстрированном на фиг.3 и 4, подшипники скольжения 12а и 14а имеют непрерывные охладительные каналы 38а, идентичные по форме поперечного сечения, ориентированные параллельно продольным осям 6 и 7 и при этом имеющие извивы, различие же состоит в распределении охладительных каналов по периферии подшипников скольжения 12а и 14а. Как можно видеть на фиг.3, каждый из подшипников скольжения имеет область 42, в которой охладительные каналы 38а находятся сравнительно близко друг к другу. Следовательно, отвод тепла от подшипника скольжения в этой области будет значительно больше, чем в других его областях, где расстояние между охладительными каналами 38а значительно больше. Площадь поверхности отвода тепла, приходящаяся на угловую единицу "а", в области 42 больше, чем в других областях периферии подшипника скольжения.

В другом варианте осуществления изобретения, который проиллюстрирован на фиг.5, охладительные каналы 38b также имеют извивы, как без детализации показано на фиг.4. Однако их теплообменные поверхности имеют разные площади, приходящиеся на угловую единицу "а" по периферии подшипника скольжения. Таким образом, охладительные каналы 38b имеют разные формы поперечного сечения. Например, охладительный канал 38b' имеет круговое поперечное сечение, охладительный канал 38b" имеет поперечное сечение в форме овала, охладительный канал 38b'" имеет поперечное сечение в форме звездочки, охладительный канал 38b"" имеет поперечное сечение в форме квадрата. Эти охладительные каналы 38b имеют теплообменные поверхности, различающиеся формой и/или размерами.

В варианте осуществления изобретения, который проиллюстрирован на фиг.6, в подшипниках скольжения 12с и 14с выполнены охладительные каналы 38а, которые имеют извивы как в варианте, проиллюстрированном на фиг.4. В области сравнительно низкого выделения энергии выполнены охладительные каналы 38с, имеющие теплообменные поверхности изменяющегося профиля для регулирования передачи тепла, приходящегося на единицу площади поверхности охладительного канала 38с, от соответствующего подшипника скольжения 12с или 14с к охладителю. Это может быть осуществлено путем придания поверхностям различной степени шероховатости, чем обеспечено влияние на коэффициент теплопередачи. Возможно также использование материалов с разными коэффициентами теплопередачи. В охладительный канал 38с" вставлен изолирующий вкладыш 43, выполненный из твердотельного материала. В охладительный канал 38с" вставлен изолирующий вкладыш 44, при этом между изолирующим вкладышем 44 и материалом подшипника скольжения 14с обеспечен некоторый зазор 45.

В варианте осуществления изобретения, который проиллюстрирован на фиг.7, в подшипниках скольжения 12d и 14d выполнены охладительные каналы 38а, которые имеют извивы как в варианте, проиллюстрированном на фиг.4. Некоторые охладительные каналы, которые обозначены позицией 38d', на части своей периферии, обращенной в сторону, противоположную продольным осям 6 и 7, снабжены теплоизоляторами 46, благодаря чему отвод тепла обеспечен преимущественно от областей валов 8 и 9, в то время как от внешних областей подшипников скольжения, то есть от корпуса 1, отвод тепла будет уменьшен.

В варианте осуществления изобретения, который проиллюстрирован на фиг.8, в каждом из подшипников скольжения 12е и 14е предусмотрено по два выполненных с извивами охладительных канала 38е' и 38е". Подача охладителя в эти охладительные каналы 38е' и 38е" осуществлена раздельно, при этом охладитель, подаваемый в разные охладительные каналы, может быть разной природы и может быть разным по теплоемкости. Протекание охладителя по охладительным каналам 38е' и 38е" имеет место в направлениях, обозначенных стрелками 41е' и 41е". Регулирование расхода охладителя (количество в единицу времени) через охладительные каналы 38е' и 38е" и его температуры может быть осуществлено раздельно для каждого из охладительных каналов 38е' и 38е".

Как можно видеть из фиг.9, на которой проиллюстрирован еще один вариант осуществления изобретения, охладительные каналы 38f могут быть расположены не только последовательно, то есть один за другим, как это имело место в ранее рассмотренных вариантах осуществления предлагаемого изобретения, но протекание охладителя может быть обеспечено также по параллельным каналам. В этом варианте в подшипнике скольжения 12f выполнены охладительные каналы 38f, через которые обеспечено протекание охладителя в одном и том же направлении, обозначенном стрелками 41f. Вблизи двух концов подшипника скольжения 12f выполнены соединительные каналы 47 и 48. Имеется также возвратный канал 49, отведенный от соединительного канала 48, где охладитель собирается после прохождения через охладительные каналы 38f, для соединения с переливным каналом 39 или выпускным каналом 40. Разумеется, в этом варианте также охладительные каналы 38f могут иметь разную форму и разное распределение, как и в рассмотренных выше вариантах, проиллюстрированных на фиг.3 - 8.

В варианте осуществления изобретения, проиллюстрированном на фиг.10 и 11, подшипник скольжения 12 состоит из двух частей - он включает внутреннюю подшипниковую гильзу 50 и внешнюю подшипниковую гильзу 51, между которыми образован кольцевой цилиндрический охладительный канал 38g, который разделен разделительной стенкой 52, ориентированной параллельно продольной оси 6, так что обеспечены принудительное проведение потока охладителя в направлении, обозначенном стрелкой 41g, через охладительный канал 38g и выпуск его в направлении, обозначенном стрелкой 41"". Для уменьшения поступления тепла, то есть энергии, со стороны корпуса 1 внешняя подшипниковая гильза 51 покрыта изолирующей оболочкой 53. Таким образом, имеет место неравномерный отвод тепла от вала 8.

В варианте осуществления изобретения, проиллюстрированном на фиг.12, так же, как и в варианте, проиллюстрированном на фиг.10 и 11, использована так называемая мокрая подшипниковая гильза. Подшипник скольжения 12h состоит из внешней подшипниковой гильзы 51' и внутренней подшипниковой гильзы 50'. В теле внешней подшипниковой гильзы 51" выполнены охладительные каналы 38h'и 38h", имеющие форму винтовой линии, которыми образованы отдельные контуры охлаждения. Охладитель подается в эти охладительные каналы 38h' и 38h" в направлениях, обозначенных стрелками 41h' и 41h", соответственно, при этом охладитель, подаваемый в разные охладительные каналы, может иметь разную температуру и/или может подаваться с разным расходом (количество в единицу времени).

В рассмотренных выше вариантах осуществления изобретения преимущественно описаны такие конструкции, в которых охладительные каналы 38 двух подшипников скольжения 11 и 13 или 12 и 14, расположенных на одной стороне шестеренных роторов 2 и 3, соединены последовательно, однако должно быть понятно, что возможны и такие технические решения, при которых подача потока охладителя в охладительные каналы осуществлена по отдельности или параллельно. В таких случаях переливной канал 39 может быть заменен, например, линией отвода или подачи охладителя.

Claims (14)

1. Шестеренный насос, содержащий корпус (1), который имеет сторону (24) всасывания и сторону (25) подачи, два находящихся в зацеплении шестеренных ротора (2 и 3), расположенных в корпусе (1), выполненных с возможностью перемещения перекачиваемой среды от стороны всасывания (24) к стороне подачи (25) и снабженных на своих концах подшипниковыми втулками (15-18), и подшипники скольжения (11-14), каждый из которых выполнен с возможностью охвата подшипниковой втулки (15-18) с образованием зазора, смазка которых осуществлена с помощью перекачиваемой среды путем обеспечения для нее возможности протекания через зазор и которые имеют, по меньшей мере, по одному охладительному каналу (38), отличающийся тем, что, по меньшей мере, один охладительный канал (38) выполнен таким образом, что обеспечена различная степень охлаждения подшипника скольжения (11-14) по его периферии и/или в радиальном направлении таким образом, что наибольшая интенсивность охлаждения имеет место в области наименьшей ширины зазора.

2. Шестеренный насос по п.1, отличающийся тем, что охладительные каналы (38а) расположены в большем количестве на угловую единицу (а) в области (42) периферии подшипников скольжения (12а и 14а), где они расположены более плотно, чем в других областях периферии подшипников скольжения (12а и 14а).

3. Шестеренный насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что охладительные каналы (38b', 38b", 38b"' и 38b"") имеют поверхности разных размеров.

4. Шестеренный насос по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что охладительные каналы (38b', 38b", 38b'" и 38b"") имеют различные формы поперечного сечения.

5. Шестеренный насос по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что отдельные охладительные каналы (38с", 38с" и 38d'), по меньшей мере, частично имеют поверхности со сниженной теплопроводностью.

6. Шестеренный насос по п.5, отличающийся тем, что в охладительном канале (38с', 38с") установлен изолирующий вкладыш (43, 44).

7. Шестеренный насос по п.6, отличающийся тем, что между изолирующим вкладышем (44) и подшипником скольжения (14с) выполнен зазор (45).

8. Шестеренный насос по п.5, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один охладительный канал (38d) частично теплоизолирован с помощью изолятора (46) на стороне, обращенной вовне в радиальном направлении от центральной продольной оси (6, 7).

9. Шестеренный насос по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что охладительные каналы (38е' и 38е") соединены с образованием, по меньшей мере, двух отдельных контуров охлаждения.

10. Шестеренный насос по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что охладительные каналы (38а, 38b, 38с, 38d и 38е) соединены последовательно.

11. Шестеренный насос по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что охладительные каналы (38f) соединены в подшипнике скольжения (12f) параллельно.

12. Шестеренный насос по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один охладительный канал (38g) выполнен цилиндрическим и имеет в поперечном сечении кольцеобразную форму.

13. Шестеренный насос по п.12, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один охладительный канал (38g) снабжен изолирующей оболочкой (54).

14. Шестеренный насос по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один охладительный канал (38h', 38h") имеет форму винтовой линии.

Images