RU2402690C1

RU2402690C1 - Axial progressive-cavity pump (pcp)

Info

Publication number: RU2402690C1
Application number: RU2009114548/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Голубов (RU); Александр Николаевич Голубов; Вадим Георгиевич Семенов (RU); Вадим Георгиевич Семенов; Вячеслав Николаевич Фомин (RU); Вячеслав Николаевич Фомин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн")
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2010-10-27

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed pump comprises drive shaft 3 with at least one pair of gears 2 and 5 eccentrically fitted thereon, plates 7 arranged on end faces of said gears, shaft axial locking elements and drive spring 11 of shaft 3. The latter seats in bearing holes made in plates 7 while shaft locking elements is made up of lock ring 9 fitted in annular groove 9 made on the shaft outer surface between inner gear 2 and one of disks 7 fitted in annular groove 10 made on face of inner gear 2 engaged with said plate. Depth of groove 10 is larger than thickness of lock ring 9. The latter can be, for example a split ring.

EFFECT: reduced number friction pairs, amplitude of shaft displacements, wear in shaft axial locking elements and higher reliability.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области авиадвигателестроения и, в частности, к маслонасосам системы смазки авиационного газотурбинного двигателя (ГТД).The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing and, in particular, to oil pumps for the lubrication system of an aircraft gas turbine engine (GTE).

Известен осевой героторный насос, содержащий приводной вал, установленную на нем по меньшей мере одну пару эксцентрично расположенных шестерен, размещенные по их торцам диски, элементы осевой фиксации вала и приводную рессору вала (Т.М.Башта. «Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем», Москва, «Машиностроение», 1974 г., стр.352, рис.135).Known axial gerotor pump containing a drive shaft, mounted on it at least one pair of eccentrically arranged gears, disks placed at their ends, elements of axial shaft fixing and drive shaft spring (T. M. Bashta. "Volumetric pumps and hydraulic hydraulic motors" , Moscow, "Engineering", 1974, p. 352, Fig. 135).

К недостатку известного насоса следует отнести низкую надежность работы элементов осевой фиксации приводного вала. Осевое смещение вала в обе стороны ограничивается благодаря упору тел качения в боковые поверхности беговых дорожек в обоймах подшипника. При длительной работе насоса с высокой частотой вращения (n>10000 об/мин) и при больших радиальных нагрузках на подшипник, например при больших перепадах давления (ΔР>8 кгс/см²), происходит интенсивный износ как беговых дорожек, так и тел качения подшипников, что приводит к нарушению осевой фиксации вала (осевой люфт вала относительно корпуса резко возрастает).The disadvantage of this pump is the low reliability of the elements of the axial fixation of the drive shaft. The axial displacement of the shaft in both directions is limited due to the emphasis of the rolling elements in the lateral surfaces of the treadmills in the bearing cages. During long-term operation of the pump with a high speed of rotation (n> 10000 rpm) and at large radial loads on the bearing, for example, at large pressure drops (ΔР> 8 kgf / cm ² ), intense wear of both treadmills and rolling elements occurs bearings, which leads to a violation of the axial fixing of the shaft (axial play of the shaft relative to the housing increases sharply).

Как известно, работающий авиационный ГТД подвержен вибрационным нагрузкам, действующим на многие элементы его конструкции, в том числе и на вал насоса с нарушенной осевой фиксацией, что может привести к разрушению насоса и отказу двигателя в работе.As you know, a working aircraft gas turbine engine is subject to vibrational loads acting on many elements of its design, including the pump shaft with impaired axial fixation, which can lead to destruction of the pump and engine failure.

Следует обратить внимание на то, что при нарушении осевой фиксации приводного вала происходит относительное смещение масляных каналов в дисках и корпусе относительно масляных каналов в приводном валу, внутрь которого подается масло для смазки подшипников, при этом наступает «масляное голодание» подшипников, что также приводит к поломке насоса.It should be noted that in case of violation of the axial fixation of the drive shaft, the oil channels in the disks and the housing are relatively displaced relative to the oil channels in the drive shaft, into which oil is supplied to lubricate the bearings, while there is an “oil starvation” of the bearings, which also leads to pump breakdown.

Весьма существенным недостатком известного героторного насоса является консольное расположение шестерен на валу, так как оно не допускает сочетания различного количества секций (параллельно работающих насосов) и ступеней (последовательно работающих насосов) в одном блоке, что крайне важно для авиационного агрегата.A very significant drawback of the known gerotor pump is the cantilever arrangement of gears on the shaft, since it does not allow a combination of a different number of sections (parallel running pumps) and stages (sequentially running pumps) in one unit, which is extremely important for an aircraft unit.

Задачей изобретения является повышение надежности осевой фиксации приводного вала героторного насоса.The objective of the invention is to increase the reliability of axial fixation of the drive shaft of the gerotor pump.

Указанная задача решается тем, что в известном осевом героторном насосе, содержащем приводной вал, установленную на нем по меньшей мере одну пару эксцентрично расположенных шестерен, размещенные по их торцам диски, элементы осевой фиксации вала и приводную рессору вала, согласно изобретению, вал установлен в опорных отверстиях, выполненных в дисках, а элементы фиксации вала выполнены в виде стопорного кольца, установленного в кольцевой проточке, размещенной на наружной поверхности вала между внутренней шестерней и одним из дисков, и заведенного в кольцевой паз, выполненный в торце внутренней шестерни, контактирующей с этим диском, причем глубина паза больше толщины стопорного кольца.This problem is solved by the fact that in the known axial gerotor pump containing a drive shaft mounted on it at least one pair of eccentrically arranged gears, disks placed at their ends, axial shaft fixing elements and a drive shaft spring, according to the invention, the shaft is mounted in the bearings holes made in the disks, and the shaft fixing elements are made in the form of a retaining ring mounted in an annular groove located on the outer surface of the shaft between the inner gear and one of the disks, and dennogo in an annular groove formed in the inner end of the pinion in contact with this disk, the groove depth is greater than the thickness of the locking ring.

Осевая фиксация вала с помощью стопорного кольца, установленного в кольцевой проточке вала и размещенного внутри кольцевого паза в торце внутренней (ведущей) шестерни, позволит отказаться от использования в качестве элементов осевой фиксации вала деталей опорного подшипника, имеющих высокий износ при работе насоса, что повысит надежность фиксации вала.Axial shaft fixation with a retaining ring installed in the annular groove of the shaft and placed inside the annular groove in the end face of the internal (drive) gear will allow the use of thrust bearing parts having high wear during pump operation, which will increase reliability fixing the shaft.

Подпружинив вал со стороны приводной рессоры, имеется возможность сократить время контакта левого торца вращающегося вместе с валом стопорного кольца с неподвижным диском, при этом правый торец стопорного кольца, заведенный в кольцевой паз в торце внутренней шестерни, будет вращаться вместе с ней, что исключит появление трущихся пар при работе насоса и износ элементов осевой фиксации приводного вала.By springing the shaft on the side of the drive spring, it is possible to reduce the contact time of the left end of the locking ring rotating with the shaft with the fixed disk, while the right end of the locking ring, wound in the ring groove in the end of the inner gear, will rotate with it, which will prevent friction steam during the operation of the pump and wear of the axial fixing elements of the drive shaft.

Выполнив стопорное кольцо отдельно от вала, получим возможность при контакте кольца с неподвижным диском уменьшить скорость скольжения стопорного кольца относительно диска, так как оно имеет возможность проворачиваться в кольцевой проточке вала, что сокращает потери мощности насоса на трение.Having performed the retaining ring separately from the shaft, we will be able to reduce the sliding speed of the retaining ring relative to the disk when the ring contacts the fixed disk, since it has the ability to rotate in the annular groove of the shaft, which reduces the pump’s friction power loss.

Наличие центральных отверстий в обоих дисках дает возможность выполнить приводной вал двухопорным, что позволит установить на нем несколько пар шестерен нескольких параллельно работающих насосов в едином корпусе.The presence of central holes in both disks makes it possible to make the drive shaft bi-support, which will allow it to install several pairs of gears of several pumps running in parallel in a single housing.

На фиг.1 показан продольный разрез двухсекционного осевого героторного насоса;Figure 1 shows a longitudinal section of a two-section axial gerotor pump;

на фиг.2 - поперечный разрез А-А фиг.1;figure 2 is a transverse section aa of figure 1;

на фиг.3 изображены стопорные кольцо;figure 3 shows the retaining ring;

на фиг.4 изображено пружинное стопороное кольцо.figure 4 shows the snap ring.

Героторный насос содержит корпус 1, в котором размещены две пары находящихся в зацеплении шестерен. Внутренняя (ведущая) шестерня 2 соединена с приводным валом 3 через цилиндрическую шпонку 4. Внешняя (ведомая) шестерня 5 установлена внутри эксцентрикового кольца 6. По торцам шестерен размещены деки 7, через центральные отверстия в которых пропущен вал 3. Крайние диски 7 являются опорными для вала 3. Между передним диском 7 и внутренней шестерней 2 в кольцевой проточке 8 вала 3 установлено разрезное стопорное кольцо 9, заведенное в кольцевой паз 10 в торце внутренней шестерни 2, причем глубина паза 10 больше толщины стопорного кольца 9. Вал 3 посредством шлицевого соединения связан с приводной рессорой 11, а между торцами вала 3 и рессоры установлена пружина сжатия 12.The gerotor pump comprises a housing 1, in which two pairs of gears are engaged. The internal (driving) gear 2 is connected to the drive shaft 3 through a cylindrical key 4. The external (driven) gear 5 is installed inside the eccentric ring 6. At the ends of the gears there are decks 7, through the central holes in which the shaft 3 is passed. The extreme disks 7 are supporting for shaft 3. Between the front disk 7 and the inner gear 2 in the annular groove 8 of the shaft 3 is installed a split retaining ring 9, wound in an annular groove 10 at the end of the inner gear 2, and the depth of the groove 10 is greater than the thickness of the retaining ring 9. The shaft 3 CMV is associated with a spline drive leaf spring 11, and between the ends of the shaft 3 and the spring compression spring 12 is installed.

При вращении приводной рессоры 11 начинает вращаться связанный с ним вал 3. Крутящий момент от вала 3 через шпонки 4 передается внутренним шестерням 2. Внутренние шестерни 2 приводят во вращение внешние шестерни 5, которые начинают вращаться внутри эксцентриковых колец 6, ось которых смещена по отношению к оси внутренних шестерен 2 на величину эксцентриситета, равного 2,75 мм, при этом происходит перемещение объемов масла из полости всасывания в полость нагнетания корпуса 1 (направление движения масла показано стрелками а фиг.1).When the drive spring 11 rotates, the shaft 3 connected to it starts to rotate. The torque from the shaft 3 is transmitted through the dowels 4 to the internal gears 2. The internal gears 2 rotate the external gears 5, which begin to rotate inside the eccentric rings 6, whose axis is offset with respect to the axis of the internal gears 2 by the amount of eccentricity equal to 2.75 mm, while there is a movement of oil volumes from the suction cavity to the discharge cavity of the housing 1 (the direction of oil movement is shown by arrows and figure 1).

При работе насоса пружина 12 будет стремиться переместить вал 3 вправо (усилие пружины сжатия составляет ≈0,5 кгс), при этом левая кромка кольцевой проточки 8 упрется в левый торец стопорного кольца 9, который отойдет от торца переднего неподвижного диска 7 и прижмется другим торцом (правым) в торец кольцевого паза 10 внутренней шестерни 2. Осевое усилие, действующее на вал 3 вправо, будет восприниматься торцом диска 7, расположенного со стороны задней стенки передней пары шестерен 2 и 5.When the pump is operating, the spring 12 will tend to move the shaft 3 to the right (the compression spring forces ≈0.5 kgf), while the left edge of the annular groove 8 abuts against the left end of the retaining ring 9, which will move away from the end of the front fixed disk 7 and be pressed by the other end (right) at the end of the annular groove 10 of the inner gear 2. The axial force acting on the shaft 3 to the right will be perceived by the end face of the disk 7 located on the side of the rear wall of the front pair of gears 2 and 5.

При перемещении вала 3 влево контакт левого торца стопорного кольца 9 с передним неподвижным диском 7 будет кратковременным, так как под действием усилия пружины 12 вал 3 опять переместится вправо и потянет за собой стопорное кольцо 9. Таким образом обеспечивается минимальный износ элементов осевой фиксации приводного вала 3 при работе героторного насоса, а амплитуда перемещений вала может быть получена не более 0,1 мм, так как, в основном, разница двух размеров (глубина кольцевого паза 10 и толщины стопорного кольца 9) определяет величину смещения вала 3, а торцовый зазор в шестернях 2 и 5 и торцовый зазор стопорного кольца в кольцевой проточке 8 выполняются минимальными. Через раскрытый торцовый зазор с левой стороны передней пары шестерен 2 и 5 будет просачиваться масло из полости нагнетания в полость всасывания; оно обеспечит как смазку торца стопорного кольца 9, так и его охлаждение, а боковая стенка кольцевого паза 10 внутренней шестерни 2 предотвратит выпадение двух половинок стопорного кольца 9 при действии на них центробежных сил от вращения вала 3.When moving the shaft 3 to the left, the contact of the left end face of the retaining ring 9 with the front stationary disk 7 will be short-term, since under the action of the spring force 12, the shaft 3 will again move to the right and pull the retaining ring 9. This minimizes the wear of the axial fixation elements of the drive shaft 3 during operation of the gerotor pump, and the amplitude of the shaft movements can be obtained no more than 0.1 mm, since, basically, the difference in two sizes (the depth of the annular groove 10 and the thickness of the retaining ring 9) determines the amount of tions of the shaft 3, and a gap in the socket 2 and the gears 5 and socket gap retaining ring in the annular groove 8 are performed minimal. Through the open end gap on the left side of the front pair of gears 2 and 5, oil will leak from the injection cavity into the suction cavity; it will provide both lubrication of the end face of the retaining ring 9 and its cooling, and the side wall of the annular groove 10 of the inner gear 2 will prevent the loss of two halves of the retaining ring 9 when centrifugal forces act on them from rotation of the shaft 3.

Изобретение повышает надежность работы героторного насоса, а также позволяет уменьшить его габариты и массу.The invention improves the reliability of the gerotor pump, and also allows to reduce its dimensions and weight.

Claims

1. An axial gerotor pump containing a drive shaft, mounted on it at least one pair of eccentrically arranged gears, disks placed at their ends, elements of axial fixing of the shaft and drive spring of the shaft, characterized in that the shaft is installed in the support holes made in the disks and the shaft fixation elements are made in the form of a retaining ring installed in an annular groove located on the outer surface of the shaft between the internal gear and one of the disks, and wound in an annular groove made in the end face morning gears contacting with the disk, the groove depth is greater than the thickness of the locking ring.

2. An axial gerotor pump according to claim 1, characterized in that a compression spring is installed between the shaft end and the drive spring.

3. Axial gerotor pump, characterized in that the circlip is split.