Центробежно-шестеренный насос

Изобретение относится к области авиационных газотурбинных двигателей, использующих блок совмещённых насосов, состоящих из центробежной ступени низкой напорности (ЦС) и шестерённой ступени высокой напорности (ШС).

Известен шестеренный насос (см. патент РФ №2263822, F04C2/08 от 01.06.2001 г.), содержащий две шестерни с цапфами и подшипники скольжения, в которых вращаются цапфы каждой шестерни насоса. В указанном устройстве дополнительный отвод тепла из зоны контакта цапф шестерён с подшипниками скольжения производится за счёт подачи в зону контакта рабочей жидкости высокого давления с выхода шестерённого насоса (ШН), которая проходит по зазору между цапфами шестерён и подшипниками скольжения в зону входа в ШС.

Недостатком данного устройства является использование для удаления тепла из зон трения, по торцам и цапфам шестерен рабочей жидкости с выхода из ШН, нагретой после прохождения через ШС высокого давления, что снижает ресурс и КПД насоса, а также увеличивает степень износа подшипников скольжения.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является центробежно-шестерённый насос (ЦШН) (см. патент РФ №2260715, F04D13/12 от 09.02.2004 г.), содержащий ЦС с рабочим колесом и ШС с ведущей и ведомой шестернями, цапфы которых установлены в подвижных и неподвижных подшипниках скольжения. В указанном прототипе используется такая же схема охлаждения (удаление тепла из зон трения по торцам и цапфам шестерен осуществляется рабочей жидкостью с выхода из ШС, нагретой после прохождения через ШС высокого давления).

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является уменьшение износа подшипников, а также увеличение КПД и ресурса ЦШН.

Для достижения указанного технического результата в ЦШН, содержащем корпус, в котором расположены ШС с ведущей и ведомой шестернями, цапфы которых установлены в подвижных и неподвижных подшипниках-подпятниках скольжения (далее - подшипниках), ЦС с крыльчаткой (рабочим колесом, кинематически связанной с ведущей шестерней), в крыльчатке выполнены отверстия, а в подшипниках-подпятниках кольцевые и продольные проточки, расположенные в зонах трения торцами и цапфами шестерен и соединяющие вход в ШС со входом в ЦС, через отверстия, выполненные в крыльчатке.

Выполнение в подшипниках проточек, а в крыльчатке отверстий для протока рабочей (охлаждающей) жидкости, поступающей из полости входа в ШС позволяет уменьшить износ подшипников, а также увеличить КПД и ресурс ЦШН.

Конструкция предлагаемого ЦШН представлена на фиг. 1. На фиг. 2 представлено направление потока рабочей жидкости в подвижных подшипниках. На фиг.3 представлено направление потока рабочей жидкости в неподвижных подшипниках.

В корпусе 1, между крышкой 2 и фланцем 3 располагаются ЦС и ШС, состоящие из подвижных подшипников 4, 5 и неподвижных подшипников 6, 7, в которых установлены на цапфах ведущая 8 и ведомая 9 шестерни. На ведущей шестерни 8 соосно установлена крыльчатка 10 ЦН с отверстиями 11. На торцах подшипников 4, 5, 6, 7 выполнены кольцевые проточки 12-15, и подведённые к ним в зоне контакта с цапфами продольные проточки 16-19.

Центробежно-шестерённый насос работает следующим образом:

От привода двигателя крутящий момент передаётся на ведущую шестерню 8 и крыльчатку 10.

Рабочая жидкость поступает на вход ЦС через отверстие в крышке 2 под давлением Рвх и выталкивается под давлением Рцн на вход в ШС.

Ведомая шестерня 9 приводится во вращение от ведущей шестерни 8 и они образует (совместно) ШС высокой напорности. Жидкость со входа в ШС (давление Рцн) подается в зоны трения по торцам шестерен через кольцевые проточки 12-15 подшипников 4-7 и далее по подведенным к подшипникам продольным проточкам 16-19 (см. фиг.2 и фиг.3) поступает в полость А, при этом жидкость отводит тепло из зон трения от разогретых деталей качающего узла ШС. Нагретая жидкость выводится из полости А на вход в ЦС через отверстия 11 в крыльчатке 10, тем самым унося избыточное тепло из ШС. Помимо охлаждающей функции продольные проточки 16-19 выполняют функцию смазки цапф шестерён.

Такое техническое решение позволяет уменьшить износ подшипников, а также увеличить КПД ЦШН, так как для охлаждения не расходуется жидкость высокого давления, и ресурс ЦШН, так как температура на входе в ШС ниже температуры на выходе из ШС.