ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС
TWO-STAGE CENTRIFUGAL PUMP

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в системах терморегулирования изделий космической техники, а также в других областях техники.
Известен двухступенчатый центробежный насос, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, размещенные в корпусе вал, установленный на подшипниках, две неподвижные относительно корпуса втулки, в выточках каждой из которых размещено одно из двух закрепленных на валу рабочих колес, выход первого из которых через переводной канал сообщен со входом второго рабочего колеса, и одно подвижное уплотнение, отделяющее жидкостную полость от подшипников вала насоса (В.В. Малюшенко, «Динамические насосы», атлас, М., «Машиностроение», 1984 г, стр. 68, рис. 113, лист 46). Недостатком этого двухступенчатого центробежного насоса является низкий ресурс, что вызвано значительными осевыми и радиальными усилиями на подшипники вала насоса.
Этого недостатка лишен двухступенчатый центробежный насос, выбранный в качестве прототипа, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, установленные в его цилиндрической расточке неподвижные относительно корпуса две втулки и размещенный между ними вкладыш, вал, установленный внутри вкладыша на подшипниках, размещенные в выточках каждой из втулок и закрепленные на валу рабочие колеса, выход первого из которых через переводной канал на наружной поверхности вкладыша сообщен со входом второго рабочего колеса (патент Российской федерации №2695869 по МПК: F04D 1/06, 2019 г.).
Недостатком этого двухступенчатого центробежного насоса является значительный уровень шума, вызванный передачей вибраций вала насоса на корпус и жестко присоединенные к нему трубопроводы системы терморегулирования. Вибрации вала насоса вызваны как пульсациями давления на лопатках рабочих колес, что вызывает циркуляционные радиальные нагрузки на подшипники вала, так и наличием дисбаланса вала с рабочими колесами. Передача этих вибраций через вкладыш на корпус насоса и присоединенные к нему трубопроводы вызывают звуковые колебания воздуха в герметичном отсеке космического летательного аппарата (КЛА). Указанный шум препятствует применению прототипа в герметичных отсеках КЛА из-за вредного воздействия на здоровье космонавтов.
Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является снижение шума.
Этот результат достигается за счет того, что в известный двухступенчатый центробежный насос, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, установленные в его цилиндрической расточке неподвижные относительно корпуса две втулки и размещенный между ними вкладыш, вал, установленный внутри вкладыша на подшипниках, размещенные в выточках каждой из втулок и закрепленные на валу рабочие колеса, выход первого из которых через переводной канал на наружной поверхности вкладыша сообщен со входом второго рабочего колеса, согласно изобретению, введены обойма, размещенная внутри выполненной во вкладыше концентрично его наружной поверхности цилиндрической расточки, и закрывающая эту расточку с торца крышка, неподвижно присоединенная к вкладышу, подшипники установлены во внутренней полости обоймы неподвижно относительно нее, при этом обойма установлена с радиальным зазором относительно цилиндрической расточки вкладыша и с осевыми зазорами между одним своим торцом и стенкой расточки вкладыша, а также между другим своим торцом и крышкой, причем между обоймой и вкладышем с крышкой установлены виброизоляторы в радиальном и осевом направлениях.
На чертеже приведен пример конкретного выполнения двухступенчатого центробежного насоса, продольный разрез.
Двухступенчатый центробежный насос содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. В цилиндрической расточке 4 корпуса 1 установлены неподвижно относительно него две втулки 5 и 6 и размещенный между ними вкладыш 7. Насос снабжен обоймой 8, размещенной внутри выполненной во вкладыше 7 концентрично его наружной поверхности цилиндрической расточки 9, и закрывающей эту расточку с торца крышкой 10, неподвижно присоединенной к вкладышу 7 винтами 11. Во внутренней полости обоймы 8 неподвижно относительно нее установлены подшипники 12 (в данном примере конкретного исполнения завальцованы краями обоймы 8), в которых установлен вал 13 с закрепленными на нем рабочими колесами 14 и 15. Рабочие колеса 14 и 15 размещены в выточках 16 и 17 втулок 5 и 6 соответственно. Колеса 14 и 15 закреплены на валу 13 посредством гаек 18 и 19. Выход 20 первого колеса 14 через переводной канал 21 (условно показан штриховой линией) на наружной поверхности вкладыша 7 сообщен со входом 22 второго рабочего колеса 15. Во внутренней полости обоймы 8 между подшипниками 12 установлено с радиальным зазором по отношению к валу 13 кольцо 23. Сама обойма 8 установлена с радиальным зазором 5 относительно цилиндрической расточки 9 вкладыша 7 и с осевыми зазорами у между одним своим торцом 24 и стенкой 25 расточки 9 вкладыша 7, а также между другим своим торцом 26 и крышкой 10. Между обоймой 8 и вкладышем 7 с крышкой 10 установлены виброизоляторы 27 в радиальном и 28 в осевом направлениях. Виброизоляторы 27 и 28 выполнены в виде резиновых колец. Втулки 5 и 6 и вкладыш 7 выполнены с наружным диаметром, равным диаметру цилиндрической расточки 4 корпуса 1. Насос снабжен упором 29, поджимающей обе втулки 5 и 6 и размещенный между ними вкладыш 7 к торцу 30 цилиндрической расточки 17 корпуса 1. Неизменное угловое положение втулок 5 и 6 и вкладыша 7 относительно корпуса 1 обеспечивается посредством штифтов 31 и 32. Для соединения с приводным устройством (муфтой или электродвигателем, не показаны) вал 13 снабжен выступами 33. Рабочие колеса 14 и 15 установлены на валу 13 на шпонках 34 и 35 соответственно. Для приведения вала 13 во вращение одновременно с обеспечением внешней герметичности насоса могут быть использованы либо герметичная муфта вместе с приводным электродвигателем любого типа (не показаны), либо герметичный электродвигатель (например, типа БК-2 по ОСТ В 16 0.515.054-80, имеющий герметизирующую металлическую гильзу между ротором и статором) с муфтой (не показан).
Двухступенчатый центробежный насос работает следующим образом: при вращении от приводного устройства (не показано) вала 13 в подшипниках 12 он через шпонки 34 и 35 приводит во вращение рабочие колеса 14 и 15. Рабочее колесо 14 перекачивает жидкость от патрубка 2 через выход 20 первого колеса 14, переводной канал 21 на вход 22 рабочего колеса 15. Рабочее колесо 15 перекачивает жидкость от своего входа в патрубок 3. Кольцо 23, размещенное между подшипниками 12, снижает перетечки рабочей жидкости от колеса 15 к колесу 14 за счет малого зазора между внутренним диаметром кольца 23 и наружным диаметром вала 13. При этом вибрации вала 13, вызванные пульсациями давления на лопатках рабочих колес 14 и 15 и наличием дисбаланса вала 13 с рабочими колесами 14 и 15 через подшипники 12 передаются на обойму 8, а далее через виброизоляторы 27 и 28 - на вкладыш 7 и крышку 10, и далее - на корпус 1. При этом значительная часть энергии колебаний обоймы 8 поглощается виброизоляторами 27 и 28. Механика работы виброизоляторов, их конструкции и методы расчета достаточно известны в технике (см., например, Ляпунов В.Т., Лавендел Э.Э., Шляпочников С.А., Резиновые виброизоляторы: Справочник: - Л.: Судостроение, 1988 г.). Соответственно, на вкладыш 7 и крышку 10, и далее - на корпус 1 вибрации передаются существенно ослабленными, что приводит к снижению вызываемых колебаниями корпуса 1 акустических колебаний окружающего воздуха, т.е. воспринимаемого космонавтами шума. Зазоры 8 и у служат ограничителями перемещения обоймы 8, чтобы предотвратить возможное касание вращающимися рабочими колесами 14 и 15 неподвижных втулок 5 и 6, вкладыша 7 и крышки 10. Их величина определяется методами обычного проектирования. Но, как показывает практика, осевые смещения вала при работе практически отсутствуют (поскольку нагрузки от дисбаланса направлены радиально), а радиальные смещения обоймы 8 уравновешиваются при радиальных деформациях виброизоляторов 28 порядка 0,1 мм.
В результате использования изобретения существенно снижается шум, излучаемый корпусом 1 насоса, за счет поглощения значительной части энергии вибраций обоймы 8 с валом 13 и рабочими колесами 14 и 15 виброизоляторами 27 и 28. Указанные преимущества позволяют рекомендовать заявленное изобретение к использованию в агрегатах обитаемых отсеков космической техники.