ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС
AUGER CENTRIFUGAL PUMP

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано преимущественно для перекачки жидкостей, не содержащих абразивных включений, в любых отраслях техники.
Известен шнекоцентробежный насос по RU 2094660 С1, 27.10.1997, содержащий разъемный корпус, центробежные рабочие колеса (крыльчатки), шнек, вал и опорные узлы в виде подшипников скольжения и качения. Насос имеет плохие кавитационные свойства.
Наиболее близким к изобретению является шнекоцентробежный насос по RU 2106534 С1, 10.03.1998. Известный шнекоцентробежный насос содержит корпус, крыльчатку со ступицей, к торцу которой подсоединен основной вал, и шнек. Шнек улучшает кавитационные свойства насоса, т.к. он обладает лучшими кавитационными свойствами, чем центробежная крыльчатка. Шнек обеспечивает повышение кавитационных свойств насоса, но он механически связан с рабочим колесом насоса и имеет с ним одинаковую угловую скорость вращения. Это не позволяет эксплуатировать насос на очень больших оборотах, например 40…100 тыс. об/мин, поэтому такие насосы в настоящее время не применяются.
Задачей создания изобретения является улучшение кавитационных свойств насоса.
Технический результат достигается за счет того, что в шнекоцентробежном насосе, содержащем крыльчатку со ступицей, к торцу которой подсоединен основной вал, согласно изобретению основной вал выполнен полым, внутри него на двух подшипниках установлен дополнительный вал, на одном конце которого установлен шнек, на противоположном конце дополнительного вала выполнен упорный бурт, на входе в насос установлен тороидальный корпус с полостью и сопловым аппаратом гидротурбины, а на бандаже шнека установлены рабочие лопатки гидротурбины, выход из насоса трубопроводом соединен с полостью тороидального корпуса.
В ступице крыльчатки могут быть выполнены отверстия, между валами выполнено уплотнение, а в основном валу - отверстия для обеспечения смазки подшипников.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично изображен шнекоцентробежный насос, продольный разрез.
Шнекоцентробежный насос содержит основной вал 1, который выполнен пустотелым. К основному валу 1 прикреплена крыльчатка 2, имеющая ступицу 3. Основной вал 1 установлен на основном подшипнике 4 в корпусе 5. Дополнительный вал 6 проходит внутри вала 1 и установлен на двух подшипниках 7 и 8, которые установлен внутри вала 1. Подшипник 7 является упорным и воспринимает осевые нагрузки. На одном конце дополнительного вала 6, со стороны входа в насос, установлен шнек 9, имеющий бандаж 10, а на другом конце - упорный бурт 11 для передачи осевой силы на подшипник 7. К корпусу 5 подстыкованы входной корпус 12, имеющий полость 13, и выходной корпус 14, имеющий полость 15. Между шнеком 9 и крыльчаткой 2 образована полость 16. Со стороны заднего торца крыльчатки 2 выполнена разгрузочная полость 17. В ступице 3 крыльчатки 2 выполнены отверстия 18, выходящие в полость 19 перед подшипником 7. За подшипником 7 выполнена полость 20. На заднем торце ступицы 3 крыльчатки 2 выполнено заднее уплотнение 21, предназначенное для ограничения утечек перекачиваемого продукта и разгрузки осевой силы, действующей на основной подшипник 4. В передней части крыльчатки 2 выполнено переднее уплотнение 22. Переднее уплотнение 22 сводит до минимума утечки перекачиваемого продукта, перетекающие между корпусом 5 и крыльчаткой 2.
Перед основным подшипником 4 выполнена полость 23, а за ним - полость 24. С полостью 24 сообщается дренажный штуцер 25. Внутри основного вала 1 выполнены отверстия 33. Основной вал 1 уплотнен уплотнением 26, а между основным и дополнительным валами 1, 6 выполнено уплотнение 34. Уплотнения 26 и 34 уплотняют полости подшипников 4 и 7.
На внешней поверхности бандажа 10 шнека 9 выполнены рабочие лопатки 27 гидротурбины, а внутри входного корпуса 12 установлен тороидальный корпус 28 с полостью 29 и сопловым аппаратом 30 на его торце, расположенным против рабочих лопаток 27 гидротурбины. К полости 29 подсоединен трубопровод 31, другой конец которого соединен с полостью 15 выходного корпуса 14. В трубопроводе 31 установлен жиклер 32.
При включении привода (не показан) раскручивается основной вал 1 с крыльчаткой 2. Внутри крыльчатки 2 и на выходе из нее повышается давление перекачиваемого продукта. Часть продукта (10…15%) из полости 15 по трубопроводу 31 поступает в полость 29 и далее через сопловой аппарат 30 гидротурбины - на рабочее колесо 27 гидротурбины и раскручивает его вместе со шнеком 9. Это расход перекачиваемого продукта возвращается на вход в крыльчатку 2. Дополнительный вал 6 и шнек 9, вследствие небольшого расхода перекачиваемого продукта, проходящего через рабочее колесо 27 гидротурбины (10…15% от общего расхода) вращается значительно медленнее, чем основной вал 1, т.е. шнек 9 вращается с меньшими оборотами, чем крыльчатка 2. Это благоприятно сказывается на кавитационных свойствах насоса в целом и одновременно позволяет спроектировать крыльчатку 2 для работы на очень больших скоростях, что уменьшает вес и габариты насоса. Подбором диаметра жиклера 32 можно настроить оптимальный режим работы шнека 9. Это позволит получать одинаковые кавитационные характеристики насосов при их серийном изготовлении.
Утечки перекачиваемого продукта, которые прошли через заднее уплотнение 21, используются для смазки основного подшипника 4, поступают в полость 23 и далее через основной подшипник 4 в дренажный штуцер 25 и на вход насоса или сбрасываются, если перекачиваемый продукт неядовитый и утечки перекачиваемого продукта небольшие. Давление в разгрузочной полости 17 будет меньше, чем в полости 15 на выходе из насоса. Это позволит уменьшить осевую силу, действующую на основной подшипник 4 в сторону входа в насос, и в идеальном случае разгрузить осевое усилие до нулевого значения.
Часть расхода проходит через отверстия 18 и полость 20 на смазку и охлаждение подшипника 7, а далее через отверстия 33 отводятся в полость 24, а затем в дренажный штуцер 25 и на вход насоса или сбрасываются. Уплотнения 26 и 34 предотвращают утечку перекачиваемого продукта.
Применение изобретения позволяет:
1. Значительно улучшить кавитационные свойства насоса за счет уменьшения скорости вращения шнека и применения консольной схемы.
2. Спроектировать насос очень большой мощности за счет повышения частоты вращения крыльчатки.
3. Предотвратить срыв потока перекачиваемого компонента в насосе, ранее возникающего вследствие кавитации на его входе.
4. Создать насос с минимальным весом и габаритами при большом напоре и производительности за счет вращения основного вала с максимально возможной частотой вращения.
5. Разгрузить осевые силы, действующие на основной подшипник.
6. Уменьшить утечки перекачиваемого продукта в дренаж,
7. Обеспечить смазку и охлаждение всех подшипников насоса перекачиваемым продуктом.
8. Увеличить КПД насоса.