Патент на изобретение №2205980

(54) НАСОС (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Изобретение может быть использовано как гидравлический насос. Гидравлический насос содержит насосный механизм, имеющий приводной вал. Этот вал присоединен к входному валу посредством гибкого соединения, такого как шлицевое соединение. Корпус полностью охватывает приводной вал, а герметизирующее уплотнение расположено между корпусом и входным валом. Опорный подшипник передает аксиальные усилия на входной вал к корпусу. Это устройство обеспечивает сбалансированные гидравлические усилия на оба конца приводного вала, тем самым уменьшая трение и износ, 3 с. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к насосам, таким как гидравлический насос, и особенно к насосу, который поддерживает сбалансированные аксиальные усилия на насосном механизме даже в случае высоких входных и выходных давлений.

Гидравлическая система, описанная в патенте Тайбена, США 5916139, включает насос, силовой привод и резервуар. В одном варианте работы вход насоса связан с резервуаром, а выход – присоединен к силовому приводу. В другом варианте работы вход насоса соединен с силовым приводом, а выход – с резервуаром. Эта система сталкивает относительно высокие жидкостные давления, как на входе насоса, так и на выходе. Как разъясняется в патенте Тайбена, такие давления могут проявиться в нежелательных аксиальных нагрузках на насосный механизм вследствие высокого внутреннего давления насоса. Насос, раскрытый в патенте Тайбена решает эту потенциальную проблему наличием герметизирующих уплотнений на обоих концах приводного вала насоса. Таким образом, гидравлические аксиальные силы на приводном валу сбалансированы, и трение и общий износ уменьшены.

Один потенциальный недостаток насоса, проиллюстрированного в патенте Тайбена, заключается в том, что требуется два герметизирующих уплотнения для вала. К тому же при некоторых обстоятельствах манжетные уплотнения такого типа, как это показано в патенте Тайбена, могут быть причиной износа на уплотненном валу и протечек.

Настоящее изобретение направлено на создание усовершенствованного насоса, который хорошо подходит для использования в случаях наличия высоких внутренних давлений насоса и который устраняет потенциальные недостатки, описанные выше.

Согласно первому варианту выполнения насос содержит насосный механизм, имеющий приводной вал, содержащий внутренний и наружный конец, входной вал, содержащий внутренний конец и наружный конец, гибкое соединение, расположенное между внутренним концом входного вала и наружным концом приводного вала, корпус, расположенный вокруг гибкого соединения, наружного конца приводного вала и внутреннего конца входного вала, уплотнение, расположенное между корпусом и входным валом, и опорный подшипник, расположенный между корпусом и входным валом, при этом упомянутое гибкое соединение передает жидкостное давление в корпусе к наружному концу приводного вала, посредством чего жидкостное давление на наружном конце приводного вала стремится существенно сбалансировать жидкостное давление на внутреннем конце приводного вала.

Насосный механизм содержит приводную шестерню, смонтированную на приводном валу, и ведомую шестерню, смонтированную на ведомом шестеренчатом валу, при этом приводная шестерня зацепляется с ведомой шестерней для получения шестеренчатого насосного действия.

Гибкое соединение содержит первую шлицевую поверхность на наружном конце приводного вала и вторую шлицевую поверхность на внутреннем конце входного вала, зацепляемую с первой шлицевой поверхностью, при этом первая шлицевая поверхность выполнена по форме таким образом, чтобы расположиться внутри и быть соединенной со второй шлицевой поверхностью.

Внутренний конец входного вала содержит ступицу, имеющую вторую шлицевую поверхность, а между ступицей и корпусом размещен опорный подшипник.

Внутренний и наружный концы приводного вала расположены внутри корпуса и находятся под внутренним гидравлическим давлением насоса, охваченного корпусом.

Уплотнение представляет собой механическое уплотнение.

Согласно второму варианту выполнения насос содержит шестеренчатую насосную систему с приводной шестерней, смонтированной на приводном шестеренчатом валу, и ведомую шестерню, смонтированную на ведомом шестеренчатом валу, при этом упомянутый приводной шестеренчатый вал имеет внутренний конец и шлицевой наружный конец, ведомый шестеренчатый вал содержит внутренний и наружный конец. Насос содержит также входной вал, имеющий шлицевой внутренний конец, зацепляемый со шлицевым наружным концом приводного шестеренчатого вала, корпус, содержащий первую часть, которая удерживает шестеренчатые валы при вращении, и вторую часть, которая удерживает при вращении приводной вал, герметичное уплотнение, расположенное между корпусом и входным валом, и опорный подшипник, расположенный между корпусом и входным валом, при этом первый и второй концы приводного шестеренчатого вала и первый и второй концы ведомого шестеренчатого вала – все расположены внутри корпуса и все находятся под внутренним гидравлическим давлением насоса, охваченного корпусом.

Уплотнение представляет собой механическое уплотнение.

Согласно третьему варианту выполнения насос, содержит насосный механизм, имеющий приводной вал, содержащий внутренний конец и наружный конец, входной вал, содержащий внутренний конец и наружный конец, соединение, расположенное между внутренним концом входного вала и наружным концом приводного вала, корпус, расположенный вокруг соединения, наружного конца приводного вала и внутреннего конца входного вала, при этом упомянутое соединение передает жидкостное давление, созданное насосным механизмом, к наружному концу приводного вала, посредством чего давление жидкости на наружном конце приводного вала и давление жидкости на внутреннем конце приводного вала создает соответствующие осевые гидравлические силы на входной вал, таким образом, уменьшая асимметричные осевые нагрузки на приводной вал.

Давление жидкости на наружном конце приводного вала и давление жидкости на внутреннем конце приводного вала создает существенно сбалансированные осевые гидравлические силы на приводной вал.

Упомянутое соединение включает шлицевое соединение.

Конструкция насоса включает уплотнение, расположенное между корпусом и входным валом и представляющее собой механическое уплотнение.

Конструкция насоса включает опорный подшипник, расположенный между корпусом и входным валом.

Внутренний конец входного вала включает ступицу, при этом ступица имеет шлицевую поверхность, а опорный подшипник установлен между ступицей и корпусом.

Насосный механизм включает приводную шестерню, установленную на приводном валу, и ведомую шестерню, установленную на ведомом шестеренчатом валу, упомянутая приводная шестерня зацеплена с ведомой шестерней для создания шестеренчатого насосного действия.

Внутренний конец и наружной конец приводного вала расположены внутри корпуса и находятся под внутренним гидравлическим давлением насоса, охваченного корпусом.

Приведенные выше сведения не направлены на ограничение объема заявленного изобретения.

Краткое описание чертежей:
– на фиг.1 показан вид насоса в поперечном сечении, который составляет предпочтительное выполнение заявляемого изобретения;
– на фиг. 2 – вид в поперечном сечении по линии 2-2 фиг. 1;
– на фиг. 3 – увеличенный вид частей входного вала, механического уплотнения и опорных подшипников на фиг. 1.

Детальное описание наиболее предпочтительных воплощений.

Фиг. 1 и 2 показывают соответственно виды поперечного сечения насоса 10, который включает насосный механизм 12. В этом выполнении насосный механизм 12 включает шестеренчатую систему, содержащую приводную шестерню 14, смонтированную на приводном шестеренчатом валу 16, имеющем внутренний конец 18 и наружный конец 20. Приводная шестерня 14 находится в зубчатом зацеплении с ведомой шестерней 22, которая смонтирована на ведомом шестеренчатом валу 24, имеющем внутренний конец 26 и наружный конец 28.

Как лучше показано на фиг. 2, насос 10 включает корпус 30, имеющий первую часть 32, которая определяет внутренний входной проход 34 и наружный проход 36 в сообщении с шестеренчатой камерой 38. Шестерни 14 и 22 смонтированы для вращения в шестеренчатой камере посредством втулок 40, в которых размещены валы 16 и 24 (фиг.1). Втулки 40 удерживаются на месте амортизационными пластинами 42, размещенными рядом с внутренними стопорными пластинами 44. Также предусмотрен вкладыш 46, который удерживается на месте наружной стопорной пластиной 48.

Внутренние стопорные пластины 44 и амортизационные пластины 42 традиционно используются в шестеренчатых насосах и хорошо известны специалисту в этой области. Амортизационные пластины 42 могут быть, например, выполнены из латуни, а внутренние стопорные пластины 44 могут быть выполнены из стали.

Как показано на фиг.1, насос 10 также включает входной вал 50, имеющий внутренний конец 52 и наружный конец 54. Внутренний конец 52 образует ступицу 56, и ступица 56 поддерживает радиально проходящий фланец 58.

В этом воплощении наружный конец 20 приводного шестеренчатого вала 16 определяет первую шлицевую поверхность, а ступица 56 определяет вторую шлицевую поверхность, имеющую форму для соединения и зацепления с первой шлицевой поверхностью. Шлицевые поверхности приводного шестеренчатого вала 16 и входного вала 50 образуют гибкое соединение между двумя валами. Даже если не требуется, в этом воплощении приводной шестеренчатый вал 16 формирует плечо 60 между приводной шестерней 14 и наружным концом 20.

Корпус 30 также включает вторую часть 64, которая поддерживает входной вал 50 для вращения. Радиальные подшипники 70 смонтированы между входным валом 50 и второй частью 64 корпуса 30. Опорный подшипник 72 смонтирован между фланцем 58 и второй частью 64 корпуса 30. Между входным валом 50 и второй частью 64 корпуса 30 также смонтировано герметизирующее уплотнение, такое, как механическое уплотнение 74.

Фиг. 3 показывает в увеличенном виде механическое уплотнение 74 фиг. 1. Уплотнение 74 включает стопор 92, уплотненный со второй частью 64 корпуса 30 (не показан на фиг. 3). Стопор 92 удерживает первый кольцевой уплотняющий элемент 96, который проходит вокруг входного вала 50. Уплотнение 74 также включает второй стопор 94, уплотненный к входному валу 50. Второй стопор 94 удерживает второй кольцевой уплотняющий элемент 98 в скользящем уплотняющем контакте с первым уплотняющим элементом 96 посредством пружин 100.

Механические уплотнения, такие, как уплотнение 74, хорошо известны специалисту в этой области. Пригодное уплотнение может быть приобретено у компании Джона Крана (Канзас Сити, Миссури).

Краевое уплотнение смонтировано между входным валом 50 и второй частью 64 корпуса 30. Выделяющее влагу отверстие 76 сформировано во второй части 64 между механическим уплотнением 74 и краевым уплотнением 78 (фиг.1).

Особенное воплощение, показанное на чертежах, также включает управляющий контрольный клапан 80, который исполняет функцию клапана 16 вышеупомянутого патента Тайбена. Являясь полезным в некоторых применениях, управляющий контрольный клапан 80 и байпасный клапан 82 не являются существенными аспектами этого изобретения.

Корпус 30 определяет камеру 90, в которой вращается ступица 56. Жидкостное давление в камере 90 по существу равно жидкостному давлению в других частях насоса, как, например, на смежных внутренних концах 18 и 26 валов 16 и 24. Гибкое соединение, содержащее шлицевые поверхности приводного шестеренчатого вала 16 и входного вала 50, формирует относительно свободное соединение, которое гарантирует, что гидравлическое давление в камере 90 передано к крайней концевой поверхности приводного шестеренчатого вала 16.

В примере по фиг. 1 отсылочное обозначение A₁ использовано для зоны внутреннего конца 18 приводного шестеренчатого вала 16. Зона A₁ также равна зоне внутреннего конца 26 и зоне наружного конца 28 ведомого шестеренчатого вала 24. Отсылочное обозначение А₂ использовано для зоны плеча 60, и обозначение А₃ использовано для зоны наружного конца 20 приводного шестеренчатого вала 16. Во всех случаях зоны измерены в плане, поперечном к продольной оси соответствующих валов.

Должно быть понятно, что зона A₁ равна сумме зоны А₂ и зоны А₃. В то время, как все зоны A₁, A₂ и А₃ находятся по существу под одним и тем же гидравлическим давлением внутри насоса 10, аксиальные гидравлические усилия на приводной вал 16 по существу сбалансированы. Аксиальные гидравлические усилия на входном валу 50 передаются посредством опорного подшипника 72, что по существу уменьшает износ и трение. Благодаря шлицевой связи между приводным валом 16 и входным валом 50 обеспечивается аксиальное, а также ограниченное радиальное движение между ними, приводной шестеренчатый вал 16 и приводная шестерня 14 свободны, чтобы “плавать” в корпусе 30 таким путем, при котором сводится к минимуму износ и трение.

В то время, как оба конца приводного шестеренчатого вала 16 и оба конца ведомого шестеренчатого вала 24 размещены внутри корпуса и находятся под внутренним гидравлическим давлением насоса, аксиальные усилий на этих валах сбалансированы, и износ и трение сведены до минимума.

Одно существенное преимущество насоса 10 заключается в том, что он работает эффективно и надежно даже когда подвержен высокому давлению у входного прохода 34. Например, насос 10 может быть использован в гидравлической системе, описанной в патенте США 5916139. В этой системе давление в резервуаре выборочно приложено к входу насоса, чтобы существенно уменьшить силу, необходимую для приведения в работу насоса. В обычных насосах высокое давление на входе может выразиться в нежелательных аксиальных нагрузках на насосный механизм вследствие высокого внутреннего давления насоса. Насос 10 преодолевает эту проблему путем балансировки аксиальных усилий на шестеренчатые валы, как описано выше.

Насос 10 пригоден для использования в широком многообразии случаев и не ограничен для особых применений, описанных выше.

Конечно, должно быть понятно, что множество изменений и модификаций может быть сделано в предпочтительном воплощении, описанным выше. Это изобретение не ограничено для использования в шестеренчатых насосах, а может быть применено и в других типах насосов, включая насосы, использующие насосные механизмы лопастного или поршневого типа.

Шлицевое соединение между входным валом 50 и приводным валом 16 является только одним примером гибкого соединения. Могут быть использованы и другие гибкие соединения, включая, например, цепочные сцепки и гибкие соединения, известные под торговыми названиями Броунинг, Пара-флекс и Лавджой.

Опорный подшипник 72, показанный на чертежах, является только одним примером опорного подшипника, при этом могут быть применены и другие опорные подшипники. Например, вместо шариковых подшипников или подшипников втулочного типа могут быть использованы роликовые подшипники. Также опорный подшипник может быть сформирован как часть радиального подшипника. Опорный подшипник может быть размещен в других местах вдоль входного вала, нежели размещение, показанное на чертежах. Например, опорный подшипник может быть скомбинирован с радиальным подшипником и размещен в любом желаемом месте вдоль входного вала.

Подобным образом шариковые подшипники, радиальные подшипники втулочного типа или другие типы роликовых подшипников могут быть заменены иллюстрированными радиальными подшипниками.

Механическое уплотнение 74 может быть заменено герметичными уплотнениями другого типа, включая, например, манжетные уплотнения. Использование термина “герметичное уплотнение” предназначено, чтобы определить уплотнение, способное уплотнить гидравлический поток, сжатый до давления по меньшей мере в 500 пси.

Корпус 30 показан в предпочтительном выполнении как включающий две отдельные части, удерживаемые вместе резьбовым соединением. Конечно, нужно иметь ввиду, что первая и вторая части корпуса могут быть выполнены как единая целая конструкция. Когда используются отдельные элементы, связь между первой и второй частями корпуса может быть размещена в любой желаемой точке, чтобы облегчить изготовление и сборку.

Приведенное детальное описание раскрывает только некоторые из множества форм, которые может принять заявляемое изобретение. По этой причине это детальное описание пояснено посредством чертежа и не ограничено. В формуле приведены пункты, включающие все эквиваленты, которые предназначены, чтобы определить объем этого изобретения.

Формула изобретения

1. Насос, содержащий насосный механизм, имеющий приводной вал, содержащий внутренний и наружный конец, входной вал, содержащий внутренний конец и наружный конец, гибкое соединение, расположенное между внутренним концом входного вала и наружным концом приводного вала, корпус, расположенный вокруг гибкого соединения, наружного конца приводного вала и внутреннего конца входного вала, уплотнение, расположенное между корпусом и входным валом, и опорный подшипник, расположенный между корпусом и входным валом, при этом упомянутое гибкое соединение передает жидкостное давление в корпусе к наружному концу приводного вала, посредством чего жидкостное давление на наружном конце приводного вала стремится существенно сбалансировать жидкостное давление на внутреннем конце приводного вала.

2. Насос по п. 1, в котором насосный механизм содержит приводную шестерню, смонтированную на приводном валу, и ведомую шестерню, смонтированную на ведомом шестеренчатом валу, при этом приводная шестерня зацепляется с ведомой шестерней для получения шестеренчатого насосного действия.

3. Насос по п.1, в котором гибкое соединение содержит первую шлицевую поверхность на наружном конце приводного вала и вторую шлицевую поверхность на внутреннем конце входного вала, зацепляемую с первой шлицевой поверхностью.

4. Насос по п.3, в котором первая шлицевая поверхность выполнена по форме таким образом, чтобы расположиться внутри и быть соединенной со второй шлицевой поверхностью.

5. Насос по п. 4, в котором внутренний конец входного вала содержит ступицу, имеющую вторую шлицевую поверхность, и в котором между ступицей и корпусом размещен опорный подшипник.

6. Насос по п.1, в котором оба внутренний и наружный концы приводного вала расположены внутри корпуса и находятся под внутренним гидравлическим давлением насоса, охваченного корпусом.

7. Насос по п.1, в котором уплотнение представляет собой механическое уплотнение.

8. Насос, содержащий шестеренчатую насосную систему с приводной шестерней, смонтированной на приводном шестеренчатом валу, и ведомую шестерню, смонтированную на ведомом шестеренчатом валу, при этом упомянутый приводной шестеренчатый вал имеет внутренний конец и шлицевой наружный конец, ведомый шестеренчатый вал содержит внутренний и наружный конец, а также содержащий входной вал, имеющий шлицевой внутренний конец, зацепляемый со шлицевым наружным концом приводного шестеренчатого вала, корпус, содержащий первую часть, которая удерживает шестеренчатые валы при вращении, и вторую часть, которая удерживает при вращении приводной вал, герметичное уплотнение, расположенное между корпусом и входным валом, и опорный подшипник, расположенный между корпусом и входным валом, при этом первый и второй концы приводного шестеренчатого вала и первый и второй концы ведомого шестеренчатого вала – все расположены внутри корпуса и все находятся под внутренним гидравлическим давлением насоса, охваченного корпусом.

9. Насос по п.8, в котором уплотнение представляет собой механическое уплотнение.

10. Насос, содержащий насосный механизм, имеющий приводной вал, содержащий внутренний конец и наружный конец, входной вал, содержащий внутренний конец и наружный конец; соединение, расположенное между внутренним концом входного вала и наружным концом приводного вала; корпус, расположенный вокруг соединения, наружного конца приводного вала и внутреннего конца входного вала, при этом упомянутое соединение передает жидкостное давление, созданное насосным механизмом к наружному концу приводного вала, посредством чего давление жидкости на наружном конце приводного вала и давление жидкости на внутреннем конце приводного вала создает соответствующие осевые гидравлические силы на входной вал, таким образом уменьшая асимметричные осевые нагрузки на приводной вал.

11. Насос по п.10, в котором давление жидкости на наружном конце приводного вала и давление жидкости на внутреннем конце приводного вала создает существенно сбалансированные осевые гидравлические силы на приводной вал.

12. Насос по п.10, в котором соединение включает шлицевое соединение.

13. Насос по п.10, включающий уплотнение, расположенное между корпусом и входным валом.

14. Насос по п.13, в котором уплотнение представляет собой механическое уплотнение.

15. Насос по п. 13, включающий опорный подшипник, расположенный между корпусом и входным валом.

16. Насос по п. 14, в котором внутренний конец входного вала включает ступицу, при этом ступица имеет шлицевую поверхность, а опорный подшипник установлен между ступицей и корпусом.

17. Насос по п.10, в котором насосный механизм включает приводную шестерню, установленную на приводном валу, и ведомую шестерню, установленную на ведомом шестеренчатом валу, упомянутая приводная шестерня зацеплена с ведомой шестерней для создания шестеренчатого насосного действия.

18. Насос по п. 10, в котором оба внутренний конец и наружной конец приводного вала расположены внутри корпуса и находятся под внутренним гидравлическим давлением насоса, охваченного корпусом.

РИСУНКИ