ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС
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, содержащий разъемный корпус, центробежные рабочие колеса (крыльчатки), шнек, вал и опорные узлы в виде подшипников скольжения и качения (RU 2094660 С1, 27.10.1997). Насос имеет плохие кавитационные свойства.
Известен центробежный насос, содержащий крыльчатку со ступицей, установленную на валу, и шнек (RU 2106534 С1, 10.03.1998). 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 изобретения является улучшение кавитационных свойств насоса.
Технический результат достигается за счет того, что в центробежном насосе, содержащем крыльчатку со ступицей, установленную на валу, и шнек, согласно изобретению внутри ступицы установлены промежуточный и внутренний валы, при этом на концах промежуточного вала установлены соответственно первый шнек и рабочее колесо второй ступени гидротурбины, а на концах внутреннего вала второй шнек и рабочее колесо первой ступени гидротурбины, сопловые аппараты обеих ступеней гидротурбины установлены в полости внутри ступицы, в ступице выполнены сквозные отверстия, соединяющие полость крыльчатки с полостью в ступице, после второй ступени гидротурбины выполнен канал перекуска для возврата перекачиваемого продукта между первым и вторым шнеками. Канал перепуска может быть выполнен в виде несквозного осевого отверстия во внутреннем валу и радиальных отверстий, размещенных между шнеками и выходящих внутрь несквозного отверстия.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 схематично изображен центробежный насос, продольный разрез;
на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.
Центробежный насос (фиг.1) содержит вал 1, который выполнен пустотелым. На валу 1 установлена крыльчатка 2 со ступицей 3. Вал 1 установлен на подшипнике 4 в корпусе 5. Промежуточный вал 6 проходит внутри ступицы 3 и установлен внутри нее, по меньшей мере, на одном промежуточном подшипнике 7. С одной стороны (со стороны входа в крыльчатку 2) на промежуточном валу установлен второй шнек 8, а с другой стороны - рабочее колесо первой ступени гидротурбины 9. Сопловой аппарат 10 первой ступени гидротурбины 9 установлен перед рабочим колесом первой ступени гидротурбины 9 (со стороны входа насоса). Внутренний вал 11 установлен внутри промежуточного вала 6 на подшипниках 12, установленных между валами 6 и 11. В качестве подшипников 7 и 12 могут быть применены подшипники скольжения или игольчатые подшипники. На одном конце внутреннего вала 11, со стороны входа в насос, установлен первый шнек 13, а на другом конце - рабочее колесо второй ступени гидротурбины 14. Перед рабочим колесом второй ступени гидротурбины 14 установлен сопловой аппарат 15 второй ступени гидротурбины 14, закрепленный внутри ступицы 3. Для восприятия осевых нагрузок на валы 6 и 11 служат контактные кольца 16, установленные на их торцах.
К корпусу 5 подстыкованы входной корпус 17, имеющий полость «Б» и выходной корпус 18, имеющий полость «В». Между первым шнеком 13 и вторым шнеком 8 образована полость «Г». Между корпусом 5 и крыльчаткой 2 выполнено переднее уплотнение 19. Со стороны заднего торца крыльчатки 2 на ее ступице 3 выполнены заднее уплотнение 20 и разгрузочная полость «Д». В ступице 3 крыльчатки 2 выполнены отверстия «Е», выходящее в полость перед гидротурбиной «Ж», за рабочим колесом второй ступени гидротурбины 14 выполнена полость «И».
Внутри внутреннего вала 11 выполнено несквозное отверстие «К», в которое выходят радиальные отверстия «Л», размещенные между шнеками 8 и 13 и служащие для возврата части расхода перекачиваемого продукта на вход в насос между шнеками 13 и 8. Если бы был осуществлен перепуск этого расхода продукта на вход в шнек 13, как это всегда делается при наличии одного шнека, это бы ухудшило кавитационные характеристики насоса.
При включении привода (не показан), раскручивается вал 1 с крыльчаткой 2. Внутри крыльчатки 2 и на выходе из нее, т.е. в полости «В» повышается давление перекачиваемого продукта, и его часть (10%…15%) через отверстия «Е» поступает в полость «Ж» и далее проходит последовательно сопловой аппарат 10 первой ступени гидротурбины 9, рабочее колесо первой ступени гидротурбины 9, сопловой аппарат второй ступени гидротурбины 15 и рабочее колесо первой ступени гидротурбины 14, при этом раскручиваются рабочие колеса гидротурбин 9 и 14 и валы 6 и 11 и шнеки 13 и 8. Шнек и 13 и 8 значительно повышают давление на входе в крыльчатку 2, тем самым предотвращая кавитацию на входе в нее. Первый шнек 13 повышает давление между шнеками 13 и 8, т.е. в полости «Г», создавая благоприятные условия с точки зрения предотвращение кавитации на входе во второй шнек 8, даже с учетом перепуска подогретого перекачиваемого продукта. С учетом того, что первый шнек 13 вращается в 3…10 раз медленнее, чем крыльчатка 2, на его входе кавитация исключена. Второй шнек 8 вращается со скоростью в 2…3 раза медленнее, чем крыльчатка 2, что также благоприятно сказывается на его кавитационных качествах. Утечки перекачиваемого продукта, которые прошли через заднее уплотнение 20, могут использоваться для смазки подшипника 4 и поступают в дренаж и на вход в насос или сбрасываются, если перекачиваемый продукт не ядовитый и утечки перекачиваемого продукта небольшие.
Применение изобретения позволяет:
1. Значительно улучшить кавитационные свойства насоса за счет применения двух шнеков, уменьшения скоростей вращения шнеков и применения консольной схемы.
2. Спроектировать насос очень большой мощности за счет повышения частоты вращения крыльчатки до предельно допустимой по прочности.
3. Предотвратить срыв потока перекачиваемого компонента в насосе вследствие кавитации на его входе.
4. Создать насос с минимальным весом и габаритами при большом напоре и производительности.
5. Разгрузить осевые силы, действующие на ротор насоса и на дополнительный подшипник, т.к. осевые силы, создаваемые шнеком и гидротурбиной, направлены в противоположные стороны.
6. Уменьшить утечки перекачиваемого продукта в дренаж.
7. Увеличить КПД насоса.