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 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 тем, 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, на противоположном конце дополнительного вала установлена гидротурбина, против которой в ступице крыльчатки выполнены отверстия, между ступицей крыльчатки и дополнительным валом выполнен канал возврата перекачиваемого продукта из гидротурбины на вход насоса. Между валом и дополнительным валом может быть установлен, по меньшей мере, один подшипник. Вал может быть соединен с валом привода через муфту.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 схематично изображен шнекоцентробежный насос, продольный разрез;
на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 с каналами в дополнительном валу;
на фиг.3 - то же с центральным отверстием и радиальными отверстиями в дополнительном валу.
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 вала 1. На одном конце дополнительного вала 6, со стороны входа в насос, установлен шнек 8, а на другом - гидротурбина 9. При этом гидротурбина 9 установлена за крыльчаткой 2 или внутри нее в специальной полости. К корпусу 5 подстыкованы входной корпус 10, имеющий полость Б, и выходной корпус 11, имеющий полость В. Между шнеком 8 и крыльчаткой 2 образована полость Г. Со стороны заднего торца крыльчатки 2 выполнена разгрузочная полость Д. В ступице 3 крыльчатки 2 выполнены отверстия Е, выходящее в полость перед гидротурбиной Ж, за гидротурбиной выполнена полость И. На заднем торце ступицы 3 крыльчатки 2 выполнено заднее уплотнение 12, предназначенное для ограничения утечек перекачиваемого продукта и разгрузки осевой силы, действующей на подшипник 8. В передней части крыльчатки 2 выполнено переднее уплотнение 13. Переднее уплотнение 13 сводит до минимума утечки перекачиваемого продукта, перетекающие между корпусом 5 и крыльчаткой 2.
Перед подшипником 4 выполнена полость К, а за ним - полость Л. С полостью Л сообщается дренажный штуцер 14. Каналы М (фиг.1 и 2) сообщают полости И и Г и служат для возврата расхода перекачиваемого продукта на вход в крыльчатку 2. Если бы был осуществлен перепуск этого расхода продукта на вход в насос (шнек 8), то это бы ухудшило кавитационные характеристики насоса. Вместо каналов М может быть выполнены центральное отверстие Н и радиальные отверстия П внутри дополнительного вала 6 (фиг.3). Уплотнения 15 и 16 уплотняют полости подшипников 4 и 7. В валу 1 между подшипниками 4 и 7 выполнены радиальные отверстия Р, предназначенные для дренажа утечек, проходящих через подшипник 7. Между крыльчаткой 2 и шнеком 8 может быть установлен направляющий козырек 17, выполненный с радиусным участком, для того, чтобы расход перекачиваемого продукта, проходящий через гидротурбину 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 на гидротурбину 9, раскручивает ее и далее проходит в полость И, потом по каналу М возвращается на вход в крыльчатку 2. Наличие направляющего козырька 17 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 (19%…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…3 не показано). Это позволит получать одинаковые кавитационные характеристики насосов при их серийном изготовлении.
Утечки перекачиваемого продукта, которые прошли через заднее уплотнение 12, используются для смазки подшипника 4 и поступают в полость К и далее в дренажный штуцер 14 и на вход в насос или сбрасываются, если перекачиваемый продукт не ядовитый и утечки перекачиваемого продукта небольшие. Давление в разгрузочной полости Д будет меньше, чем в полости на выходе В из насоса, 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, удалось разгрузить осевые силы, действующие на дополнительный подшипник, т.к. осевые силы, создаваемые шнеком и гидротурбиной, направлены в противоположные стороны.
Часть расхода, проходящего через гидротурбину 9, из полости И поступает на смазку и охлаждение промежуточного подшипника 7 и далее через отверстия Р - в полость К. Уплотнения 15 и 16 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 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. Обеспечить смазку и охлаждение всех подшипников насоса перекачиваемым продуктом.
8. Увеличить КПД насоса.