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, 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.
Наиболее близким к изобретению является шнекоцентробежный 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 c 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.
Кроме того, утечки через заднее уплотнение крыльчатки сбрасываются в дренаж, что ухудшает КПД насоса.
Задачей изобретения является улучшение кавитационных свойств насоса и повышение его КПД.
Технический результат достигается за счет того, что в шнекоцентробежном насосе, содержащем крыльчатку со ступицей, установленную на валу, и шнек, согласно изобретению вал выполнен полым, внутри него установлен дополнительный вал, на одном конце которого установлен шнек, внутри дополнительного вала установлено рабочее колесо гидротурбины в форме шнека и выполнен канал возврата перекачиваемого продукта из гидротурбины на вход насоса, а внутри вала на коническом выступе, выполненном вдоль его оси, установлен сопловой аппарат гидротурбины. Между валом и дополнительным валом может быть установлен, по меньшей мере, один промежуточный подшипник. Промежуточный подшипник может быть выполнен магнитным.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 схематично изображен шнекоцентробежный насос, продольный разрез;
на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.
Шнекоцентробежный 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. Дополнительный вал 6 проходит внутри вала 1 и установлен, по меньшей мере, на одном промежуточном подшипнике 7, который установлен внутри ступицы 3. На одном конце дополнительного вала 6, со стороны входа в насос, установлен шнек 8, а внутри промежуточного вала установлено и жестко с ним связано рабочее колесо гидротурбины 9. Внутри вала 1 на коническом выступе 10 установлен сопловой аппарат 11 гидротурбины 9. К корпусу 5 подстыкованы входной корпус 12, имеющий полость «Б» и выходной корпус 13, имеющий полость «В». Между шнеком 8 и крыльчаткой 2 образована полость «Г». Со стороны заднего торца крыльчатки 2 выполнена разгрузочная полость «Д». На заднем торце ступицы 3 крыльчатки 2 выполнено заднее уплотнение 14, предназначенное для ограничения утечек перекачиваемого продукта и разгрузки осевой силы, действующей на подшипник 4. В передней части крыльчатки 2 выполнено переднее уплотнение 15. Переднее уплотнение 15 сводит до минимума утечки перекачиваемого продукта, перетекающие между корпусом 5 и крыльчаткой 2. На ступице 3 крыльчатки 2 выполнены отверстия «Е», сообщающие полость внутри крыльчатки 2 и внутреннюю полость «Ж». На торце вала 1 выполнен конический выступ 10, на котором закреплен сопловой аппарат 11 гидротурбины 9. Внутренняя полость «Ж» сообщается с осевым отверстием «И» внутри дополнительного вала б. Осевое отверстие «И» сообщается с входом в крыльчатку 2, т.е. с полостью «Г» радиальными отверстиями «К».
Осевое отверстие «И» и радиальные отверстия «К» образуют канал возврата перекачиваемого продукта из рабочего колеса гидротурбины 9 на вход в крыльчатку 2. Если бы был осуществлен перепуск этого расхода продукта на вход в шнек 8, то это бы ухудшило кавитационные характеристики насоса. Между крыльчаткой 2 и шнеком 8 может быть установлен направляющий козырек 16, выполненный с радиусным участком для того, чтобы расход перекачиваемого продукта, проходящий через рабочее колесо центростремительной гидротурбины 9, смешивался с основным расходом перекачиваемого продукта без образования вихрей, приводящих к снижению КПД насоса.
При включении привода (не показан) раскручивается вал 1 с крыльчаткой 2. Внутри крыльчатки 2 и на выходе из нее повышается давление перекачиваемого продукта, и его часть (10%…15%) через отверстия «Е» поступает во внутреннюю полость «Ж». Потом через сопловой аппарат 11 гидротурбины 9 и через отверстие «И» дополнительного вала 6 продукт поступает на вход в рабочее колесо гидротурбины 9, выполненное в форме шнека, раскручивает его, далее проходит в выходную полость осевого отверстия «И» и потом по радиальным отверстиям «К» (фиг.1 и 2) возвращается на вход в крыльчатку 2. Наличие направляющего козырька 16 с радиусным участком позволяет ввести этот расход перекачиваемого продукта в основной расход перекачиваемого продукта практически параллельно оси насоса, т.е. без дополнительных потерь, возникающих при смешении потоков, направленных под большим углом друг к другу. Дополнительный вал 6 вследствие небольшого расхода перекачиваемого продукта, проходящего через гидротурбину 9 (10%…15% от общего расхода), вращается значительно медленнее, чем вал 1, т.е. шнек 8 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 отверстий «Е» можно настроить оптимальный режим работы шнека 8. Для этого в отверстия «Е» могут быть ввернуты калиброванные жиклеры (на фиг.1 и 2 не показано). Это позволит получать одинаковые кавитационные характеристики насосов при их серийном изготовлении.
Разгрузочная полость «Д» в этой схеме не связана с внутренней полостью «Ж», это позволяет осуществлять доводку системы разгрузки осевых сил и кавитационных свойств насоса независимо друг от друга, что облегчит доводку очень мощных насосов.
Утечки перекачиваемого продукта, которые прошли через заднее уплотнение 13, могут использоваться для смазки подшипника 4. Давление в разгрузочной полости «Д» будет меньше, чем в полости на выходе из насоса «В», это позволит уменьшить осевую силу, действующую на подшипник 4 в сторону входа в насос, и в идеальном случае разгрузить осевое усилие до нулевого значения. Кроме того, удается разгрузить осевые силы, действующие на дополнительный подшипник 7, т.к. осевые силы, создаваемые шнеком 8 и гидротурбиной 9 направлены в противоположные стороны.
Применение изобретения позволит следующее.
Значительно улучшить кавитационные свойства насоса за счет уменьшения скорости вращения шнека и применения консольной схемы.
Повысить КПД насоса за счет возврата утечек перекачиваемого продукта на вход в насос.
Облегчить доводку насоса путем отдельной доводки системы разгрузки осевых сил и кавитационных свойств насоса.
Повысить прочность крыльчатки насоса за счет отказа от отверстий в его ступице и усиления ступицы.
Спроектировать насос очень большой мощности за счет повышения частоты вращения крыльчатки.
Предотвратить срыв потока перекачиваемого компонента в насосе вследствие кавитации на его входе.
Создать насос с минимальным весом и габаритами при большом напоре и производительности за счет компактного расположения гидротурбины, имеющей форму шнека внутри дополнительного вала.
Разгрузить осевые силы, действующие на ротор насоса, на подшипник и на дополнительный подшипник, т.к. осевые силы, создаваемые шнеком и гидротурбиной, направлены в противоположные стороны. Устранить утечки перекачиваемого продукта в дренаж.
Обеспечить при необходимости смазку и охлаждение всех подшипников насоса перекачиваемым продуктом.