RU2342563C1 - Pump unit - Google Patents

Abstract

FIELD: motors and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to pump engineering and may be used in fuel feeding systems of aviation engines. The pump unit contains composed body with inlet and outlet channels. Pinion gears of gear-type pump are mounted on supports inside the pump unit body. Driving gear is coupled with the driving torsion bar. The screw-type centrifugal pump impeller is also included into the pump unit. Pumped medium is collected in the sump, which is available at pump outlet. Gear-type pump outlet is connected with the outlet channel of the unit. The unit is provided with revolvable shaft with one end being fixed to driving gear of gear-type pump and the other end is coupled with the centrifugal pump impeller. In addition the impeller is installed in the unit inlet part and provided with the open-type vortex pump located between the screw-type centrifugal pump impeller and gear-type pump. The vortex pump is represented with vortex impeller and vortex channel fixed to the shaft and located in unit body boring. As minimum, vortex pump inlet is coupled with at least one radial channel with the pumped medium sump. Vortex channel is linked with the gear-type pump inlet. There is a pocket coupled with drain channel on the above radial channel periphery.

EFFECT: high pressure of the pumped medium is continuously maintained at the pump unit outlet and air and fuel fumes are removed from the pump liquid.

1 dwg

Description

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в системах топливопитания авиационных двигателей.The invention relates to a pump engineering and can be used in fuel supply systems of aircraft engines.

Известно насосное устройство, содержащее сборный корпус, в котором на опорах смонтированы шестерни шестеренного насоса. Через отверстие одной из шестерен пропущена рессора, скрепленная с данной шестерней (ведущая шестерня). Соосно ведущей шестерне в корпусе смонтировано рабочее колесо шнекоцентробежного насоса, кинематически связанное с рессорой, которая соединяет в единую кинематическую цепь ведущую шестерню шестеренного насоса и рабочее колесо шнекоцентробежного насоса. Для приведение во вращение шестерен шестеренного насоса и рабочего колеса шнекоцентробежного насоса предназначена входная рессора, скрепленная с ведущей шестерней. Для исключения утечек перекачиваемой среды в конструкции насосного устройства предусмотрены уплотнительные элементы, а на хвостовике ведущей шестерни помещено торцовое уплотнение с уплотнительной манжетой.A pumping device is known comprising a prefabricated housing in which gears of a gear pump are mounted on bearings. Through the hole of one of the gears a spring is passed, fastened with this gear (pinion gear). Coaxially with the driving gear, the impeller of the screw-centrifugal pump is mounted kinematically connected to the spring, which connects the driving gear of the gear pump and the impeller of the screw-centrifugal pump into a single kinematic chain. To bring the gears of the gear pump and the impeller of the screw centrifugal pump into rotation, the inlet spring is fastened to the pinion gear. To prevent leaks of the pumped medium, sealing elements are provided in the design of the pumping device, and a mechanical seal with a sealing collar is placed on the shank of the drive gear.

Для осуществления работы насосного устройства прикладывают вращательный момент к входной рессоре, вращение с которой передается на ведущую шестерню шестеренного насоса и через рессору на рабочее колесо шнекоцентробежного насоса, то есть оба насоса практически одновременно вступают в работу. Перекачиваемая среда, например, топливо, каждым из насосов подается под высоким давлением для питания двигателя (см. а.с. СССР №800424, кл.F04С 11/00, 1981 г.) - наиболее близкий аналог.To carry out the operation of the pumping device, a torque is applied to the inlet spring, the rotation of which is transmitted to the pinion gear of the gear pump and through the spring to the impeller of the screw centrifugal pump, that is, both pumps come into operation almost simultaneously. The pumped medium, for example, fuel, is supplied by each pump under high pressure to power the engine (see USSR AS No. 800424, class F04C 11/00, 1981) - the closest analogue.

В результате анализа выполнения данного насосного устройства необходимо отметить, что данное устройство представляет два скомпонованных в одном корпусе насоса (шестеренный и шнекоцентробежный), каждый из которых обеспечивает подачу топлива в топливную систему. Однако конструкция данного насосного устройства не позволяет обеспечить устойчивую работу устройства на разных режимах, а также обеспечить заданное постоянное давление перекачиваемой среды на выходе насосного устройства при больших перепадах по высоте расходной емкости и входного патрубка насосного устройства при сохранении минимальных габаритов последнего.As a result of the analysis of the implementation of this pumping device, it should be noted that this device represents two pumps arranged in one housing (gear and screw centrifugal), each of which provides fuel supply to the fuel system. However, the design of this pumping device does not allow for stable operation of the device in different modes, as well as to provide a predetermined constant pressure of the pumped medium at the outlet of the pumping device at large differences in height of the flow capacity and inlet pipe of the pumping device while maintaining the minimum dimensions of the latter.

Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции насосного агрегата, небольшого по габаритам и массе, обеспечивающего поддержание постоянного высокого давления перекачиваемой среды на выходе, в том числе на всех режимах работы и при значительных перепадах высот емкости с перекачиваемой жидкостью, и входного патрубка насосного агрегата, а также обеспечивающего удаление из перекачиваемой жидкости воздуха и паров топлива.The objective of the present invention is to develop a design of the pumping unit, small in size and weight, ensuring constant high pressure of the pumped medium at the outlet, including at all operating modes and with significant differences in the heights of the tank with the pumped liquid, and the inlet pipe of the pumping unit, as well as providing removal from the pumped liquid of air and fuel vapors.

Поставленная задача обеспечивается тем, что в насосном агрегате, содержащем сборный корпус с входным и выходным каналами, в котором на опорах смонтированы шестерни шестеренного насоса, ведущая из них соединена с приводным торсионом, рабочее колесо шнекоцентробежного насоса, на выходе которого имеется выполненный в корпусе сборник перекачиваемой среды, причем выход шестеренного насоса связан с выходным каналом насосного агрегата, новым является то, что насосный агрегат снабжен установленным в корпусе с возможностью вращения валом, один конец которого соединен с ведомой шестерней шестеренного насоса, а на другом его конце закреплено рабочее колесо шнекоцентробежного насоса, установленное на входе насосного агрегата, который дополнительно снабжен вихревым насосом открытого типа, размещенным между рабочим колесом шнекоцентробежного насоса и шестеренным насосом и выполненным в виде размещенного в расточке корпуса и закрепленного на валу вихревого колеса и вихревого канала, выполненного в корпусе, вход вихревого насоса соединен, как минимум, одним радиальным каналом со сборником перекачиваемой среды, а вихревой канал связан со входом шестеренного насоса, при этом на периферии вихревого канала выполнен карман, к которому подведен дренажный канал.The task is ensured by the fact that in the pump unit, which contains a prefabricated housing with input and output channels, in which gears of the gear pump are mounted on the bearings, the driving one of them is connected to the drive torsion, the impeller of the screw centrifugal pump, at the outlet of which there is a collection pumped medium, and the output of the gear pump is connected with the output channel of the pump unit, it is new that the pump unit is equipped with a shaft mounted in the housing with the possibility of rotation, the end of which is connected to the driven gear of the gear pump, and on its other end the impeller of the screw centrifugal pump is mounted, installed at the inlet of the pump unit, which is additionally equipped with an open type vortex pump located between the impeller of the screw centrifugal pump and the gear pump and made in the form of a bore the casing and the vortex wheel fixed on the shaft and the vortex channel made in the casing, the inlet of the vortex pump is connected by at least one radial channel to about the collection of the pumped medium, and the vortex channel is connected to the input of the gear pump, while on the periphery of the vortex channel there is a pocket to which the drainage channel is connected.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом, на котором представлен насосный агрегат, осевой разрез.The essence of the claimed invention is illustrated by the drawing, which shows the pump unit, axial section.

Насосный агрегат выполнен в виде сборного корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 каналами. В корпусе смонтирован шестеренный насос, выполненный в виде двух шестерен 4 и 5. Шестерня 4 установлена с возможностью вращения в опорах 6 и 7, а шестерня 5 - в опорах 8 и 9. Шестерня 4 соединена с приводной рессорой 10 и является ведущей для шестеренного насоса. В осевое отверстие шестерни 5 (ведомая шестерня) концом пропущен вал 11 и скреплен с шестерней 5.The pump unit is made in the form of a prefabricated housing 1 with input 2 and output 3 channels. A gear pump is mounted in the housing, made in the form of two gears 4 and 5. Gear 4 is mounted rotatably in bearings 6 and 7, and gear 5 is mounted in bearings 8 and 9. Gear 4 is connected to the drive spring 10 and is a drive for the gear pump . In the axial hole of the gear 5 (driven gear), the shaft 11 is passed by the end and fastened to the gear 5.

В корпусе 1 имеется расточка (позицией не обозначена), в которой размещено рабочее (вихревое) колесо 12 вихревого насоса открытого типа, закрепленное на средней части вала 11, на другом конце которого закреплено размещенное в корпусе шнекоцентробежное колесо 13, обращенное к входному каналу 2. Выход шестеренного насоса сообщен с выходным каналом 3.In the housing 1 there is a bore (not indicated by the position), in which the working (vortex) wheel 12 of the open type vortex pump is mounted, fixed on the middle part of the shaft 11, at the other end of which there is a screw centrifugal wheel 13 located in the housing, facing the inlet channel 2. The output of the gear pump is in communication with the output channel 3.

В корпусе 1 за шнекоцентробежным колесом 13 образована полость (сборник перекачиваемой среды) 14, которая как минимум одним радиальным каналом 15 связана с входом 16 вихревого насоса. В корпусе 1, напротив рабочего колеса 12 выполнен вихревой канал 17 с карманом 18 на его периферии. Периферийная часть вихревого канала каналом 19 связана со входом шестеренного насоса, а карман 18 - каналом 20 - с дренажом.In the housing 1, behind the screw centrifugal wheel 13, a cavity (a collection of the pumped medium) 14 is formed, which is connected by at least one radial channel 15 to the inlet 16 of the vortex pump. In the housing 1, opposite the impeller 12, a vortex channel 17 is made with a pocket 18 at its periphery. The peripheral part of the vortex channel channel 19 is connected to the input of the gear pump, and the pocket 18 - channel 20 - with drainage.

Для предотвращения утечек перекачиваемой среды в процессе эксплуатации насосного агрегата предусмотрено уплотнение 21 и дренажная система 22.To prevent leakage of the pumped medium during operation of the pump unit, a seal 21 and a drainage system 22 are provided.

Нетрудно заметить, что насосный агрегат состоит из трех модулей: модуля высокого давления - шестеренного насоса, выход которого соединен с каналом 3, подкачивающего модуля, представляющего собой центробежное колесо; модуля вихревого насоса открытого типа, состоящего из рабочего колеса и вихревого канала (каналов). В зависимости от требований, предъявляемых к системе; например, топливопитания двигателя, тип колеса вихревого насоса, а также количество и вид вихревых каналов могут быть различными.It is easy to notice that the pump unit consists of three modules: a high-pressure module - a gear pump, the output of which is connected to channel 3, a booster module, which is a centrifugal wheel; open-type vortex pump module, consisting of an impeller and a vortex channel (s). Depending on the requirements for the system; for example, the fuel supply of the engine, the type of vortex pump wheel, and the number and type of vortex channels can be different.

Таким образом, насосный агрегат представляет скомпонованные в одном корпусе шестеренный насос высокого давления, вихревой насос и центробежный насос. Шестеренный насос обеспечивает высокое давление в системе топливопитания двигателя, причем в режиме запуска при всасывании топлива через заполняемый воздухом трубопровод данный насос выполняет функцию напорного сепарирующего колпака.Thus, the pump unit is a high pressure gear pump, a vortex pump and a centrifugal pump arranged in a single housing. The gear pump provides high pressure in the fuel supply system of the engine, and in the start-up mode when the fuel is sucked through the air-filled pipeline, this pump performs the function of a pressure separating cap.

Вихревой насос совместно с шестеренным насосом обеспечивает самовсасывание топлива и смеси топлива с его парами и воздухом из расходного бака, обеспечивает отделение паров и воздуха и их удаление через дренажный канал, а также создает давление топлива, необходимое для безкавитационной работы шестеренного колеса во всем диапазоне работы двигателя.The vortex pump together with the gear pump provides self-priming of the fuel and fuel mixture with its vapors and air from the supply tank, ensures the separation of vapors and air and their removal through the drainage channel, and also creates the fuel pressure necessary for the cavitation-free operation of the gear wheel in the entire range of engine operation .

Шнекоцентробежный насос предназначен для расширения диапазона самовсасывания и бескавитационной работы насосного агрегата по высотам.The screw centrifugal pump is designed to expand the range of self-priming and cavitation-free operation of the pump unit in height.

Предложенная конструкция насосного агрегата позволяет быстро компоновать устройство в зависимости от требований к системе топливопитания двигателя.The proposed design of the pumping unit allows you to quickly assemble the device depending on the requirements of the fuel supply system of the engine.

Учитывая, что все модули насосного агрегата размещены в одном корпусе и функционируют от одного привода, то это позволяет значительно (примерно на 50%) уменьшить массу насосного агрегата.Considering that all modules of the pumping unit are located in one housing and operate from one drive, this can significantly (approximately 50%) reduce the weight of the pumping unit.

Предложенная компоновка насосного агрегата обеспечивает его эффективную работу на оборотах от 1000 об/мин до 10000 об/мин и выше, а также самовсасывание топлива с его парами и воздухом из расходного бака, расположенного ниже входного канала насосного агрегата до 2,5 м.The proposed arrangement of the pumping unit ensures its effective operation at revolutions from 1000 rpm to 10000 rpm and higher, as well as self-priming of fuel with its vapor and air from the supply tank located below the inlet channel of the pumping unit up to 2.5 m.

Конструкция узлов и элементов, входящих в насосный агрегат (насосов, опор, уплотнений и пр.) является известной, она не составляет предмета патентной охраны и в материалах данной заявки подробно не раскрыта.The design of the nodes and elements included in the pumping unit (pumps, bearings, seals, etc.) is known, it does not constitute a subject of patent protection and is not disclosed in detail in the materials of this application.

Согласование характеристик шестеренного, вихревого и шнекоцентробежного насосов обеспечивается с помощью известных средств и рассчитывается по известным методикам.Coordination of the characteristics of gear, vortex and screw centrifugal pumps is provided using known means and is calculated by known methods.

Насосный агрегат работает следующим образом.The pump unit operates as follows.

При включении привода насосного агрегата вращательный момент передается на приводную рессору 10, которая приводит во вращение скрепленное с ней ведущее колесо 4 шестеренного насоса. Ведущее колесо 4 приводит во вращение ведомое колесо 5, а последнее - скрепленный с ней вал 11, а следовательно, и закрепленные на нем колеса 12 и 13. Все механизма агрегата при его включении практически одновременно вступают в работу. Топливо из емкости (бака) всасывается вихренвым колесом 13 через входной канал 2 и по рабочим поверхностям колеса нагнетается в сборник 14, создавая в нем избыточное давление, вследствие чего топливо по радиальному каналу 15 подается на вход 16 вихревого насоса, где оно захватывается лопастями вихревого колеса 12 и получает от него энергию. Перемещаясь по вихревому каналу 17 и снова переходя в межлопаточные полости рабочего колеса 12, топливо многократно увеличивает свой напор. Воздух и пары топлива отбрасываются на периферию вихревого канала 17 в карман 18 и отводятся по каналу 20 в дренаж.When you turn on the drive of the pump unit, the torque is transmitted to the drive spring 10, which drives the drive wheel 4 of the gear pump attached to it. The driving wheel 4 drives the driven wheel 5, and the last - the shaft 11 attached to it, and therefore the wheels 12 and 13 attached to it. All the mechanism of the unit, when it is turned on, comes into operation almost simultaneously. The fuel from the tank (tank) is absorbed by the vortex wheel 13 through the inlet channel 2 and is pumped along the working surfaces of the wheel into the collector 14, creating excessive pressure in it, as a result of which the fuel is fed through the radial channel 15 to the inlet 16 of the vortex pump, where it is captured by the vortex wheel blades 12 and receives energy from him. Moving along the vortex channel 17 and again passing into the interscapular cavities of the impeller 12, the fuel repeatedly increases its pressure. Air and fuel vapors are thrown to the periphery of the vortex channel 17 in the pocket 18 and are discharged through the channel 20 into the drainage.

Сепарированное от воздуха и паров топливо от вихревого насоса по каналу 19 под давлением, достаточным для безкавитационной работы шестеренного насоса, подается на вход шестеренного насоса, проходя через который под заданным высоким давлением подается в выходной канал 3, а оттуда - в систему топливопитания двигателя.The fuel separated from air and vapors from the vortex pump through the channel 19 under pressure sufficient for the gear pump to operate without cavitation is fed to the gear pump inlet, passing through which it is supplied to the output channel 3 under a given high pressure, and from there to the engine fuel supply system.

Таким образом, согласованная работа модулей насосного агрегата обеспечивает: самовсасывание топлива из топливной емкости со значительным перепадом уровня топлива и оси входного канала агрегата; очистку топлива путем удаления из него паров и воздуха, обеспечение подачи очищенного топлива под постоянным высоким давлением вне зависимости от пульсаций давления на входе агрегата; создание высокого давления постоянного значения в системе топливопитания двигателя.Thus, the coordinated operation of the modules of the pumping unit provides: self-priming fuel from the fuel tank with a significant difference in fuel level and the axis of the input channel of the unit; fuel cleaning by removing vapors and air from it, ensuring the supply of purified fuel at a constant high pressure regardless of pressure pulsations at the unit inlet; creation of high pressure of constant value in the fuel supply system of the engine.

Топливо, просочившееся в процессе функционирования насосного агрегата через уплотнение 21, отводится через дренаж 22.Fuel leaked during the operation of the pumping unit through the seal 21 is discharged through the drain 22.

Несомненным достоинством конструкции насосного агрегата, кроме указанного выше, является и то, что она легко собирается и разбирается, что весьма важно при обслуживании и ремонте агрегата, а также то, что компонуя агрегат модулями с различными характеристиками, можно в значительной степени регулировать параметры насосного агрегата.The undoubted advantage of the design of the pumping unit, in addition to the above, is that it is easy to assemble and disassemble, which is very important during maintenance and repair of the unit, as well as the fact that by uniting the unit with modules with different characteristics, it is possible to significantly control the parameters of the pumping unit .

Claims (1)

Насосный агрегат, содержащий сборный корпус с входным и выходным каналами, в котором на опорах смонтированы шестерни шестеренного насоса, ведущая из них соединена с приводным торсионом, рабочее колесо шнекоцентробежного насоса, на выходе которого имеется выполненный в корпусе сборник перекачиваемой среды, причем выход шестеренного насоса связан с выходным каналом насосного агрегата, отличающийся тем, что насосный агрегат снабжен установленным в корпусе с возможностью вращения валом, один конец которого скреплен с ведомой шестерней шестеренного насоса, а на другом его конце закреплено рабочее колесо шнекоцентробежного насоса, установленное на входе насосного агрегата, который дополнительно снабжен вихревым насосом открытого типа, размещенным между рабочим колесом шнекоцентробежного насоса и шестеренным насосом и выполненным в виде размещенного в расточке корпуса и закрепленного на валу вихревого колеса и вихревого канала, выполненного в корпусе, вход вихревого насоса соединен как минимум одним радиальным каналом со сборником перекачиваемой среды, а вихревой канал связан со входом шестеренного насоса, при этом на периферии вихревого канала выполнен карман, к которому подведен дренажный канал.A pump unit comprising a prefabricated housing with input and output channels, in which gears of a gear pump are mounted on bearings, the drive gear of which is connected to a drive torsion bar, an impeller of a screw centrifugal pump, at the outlet of which there is a collection of pumped medium made in the housing, and the output of the gear pump is connected with the output channel of the pumping unit, characterized in that the pumping unit is equipped with a shaft mounted in the housing for rotation, one end of which is attached to the driven gear a gear pump, and on its other end, an impeller of the screw centrifugal pump is mounted, installed at the inlet of the pump unit, which is additionally equipped with an open type vortex pump located between the impeller of the screw centrifugal pump and the gear pump and made in the form of a swirl placed in a bore and fixed to the shaft the wheel and the vortex channel made in the housing, the inlet of the vortex pump is connected by at least one radial channel to the collector of the pumped medium, and the vortex channel L is connected to the inlet of a gear pump, with the periphery of the vortex channel is formed pocket, which is brought to the drainage channel.