ГЕРМЕТИЧНЫЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭЛЕКТРОНАСОС
SEALED MULTI-STAGE CENTRIFUGAL ELECTRIC PUMP

Изобретение относится к насосостроению, в частности к насосам необъемного вытеснения с вращательным движением рабочих органов и может быть использовано для перекачивания различных жидкостей.
Известен герметичный центробежный электронасос по авторскому свидетельству № SU 182519 А1 с устройством для уравновешивания осевого усилия при помощи двухсторонних радиальных зазоров между поясками из антифрикционного материала, вставленными в колесо корпус, и разгрузочных отверстий на втулочном диске колеса, отличающегося тем что, с целью повышения объемного к.п.д. насоса, он снабжен двумя дисками, установленными по обе стороны рабочего колеса параллельно ему.
Недостатком конструкции данного электронасоса является то, что радиальные опоры не промываются потоком перекачиваемой жидкости, что негативно сказывается на ресурсе. Также электродвигатель в данной конструкции отводит тепло только посредством теплообмена с окружающей средой и теплообмена с зоной стоячей жидкости между ротором и статором.
Известен герметичный центробежный электронасос по авторскому свидетельству № SU 1366702 А1, содержащий корпус, размещенное в нем на валу рабочее колесо, передний и задний подшипниковые узлы, крышку и устройство разгрузки от осевых усилий, включающее перегородку с осевыми каналами, и диск, отличающийся тем, что, с целью увеличения ресурса насоса путем предотвращения вскипания жидкости в заднем подшипниковом узле, диск установлен на валу за задним подшипниковым узлом, а перегородка размещена между диском и крышкой.
Недостатком данного электронасоса также является отсутствие прямого тока жидкости через заднюю подшипниковую опору. Конструктивно разгружающая опора выполнена в виде отдельного элемента, что снижает точность сборки конструкции и повышает виброактивность изделия. Также схема осевой разгрузки электронасоса не позволяет обеспечить равную жесткость в осевом направлении при изменении частоты вращения, что негативно сказывается на ресурсе в условиях работы с переменной частотой вращения. Отвод тепла также возможен только путем теплового обмена с непроточной жидкостью находящейся внутри корпуса электронасоса.
Известен многоступенчатый центробежный электронасос по авторскому свидетельству № SU 1758289 А1, содержащий электродвигатель, корпусные элементы, по меньшей мере две ступени с рабочими колесами, расположенными с разных сторон электродвигателя, обращенные всасывающими частями от последнего и имеющие ведущие диски, образующие с корпусом задние пазухи, при этом между ведущим диском рабочего колеса ступени низкого давления и статорным элементом насоса образован зазор.
Недостатками данного электронасоса является то, что использование замыкающего канала между группами симметрично расположенных центробежных колес, для их последовательного соединения вне корпуса насоса усложняет его конструкцию и ухудшает распределение температурных полей. Также конструкция данного электронасоса не обладает достаточным кавитационным запасом при увеличении частоты вращения ротора для использования с рабочими телами пониженной вязкости в широком температурном диапазоне.
Проведенный анализ патентных и научно-технических источников информации показал, что наиболее близким по технической сути является электронасосный агрегат (патент № US 3,022,739, дата подачи заявки 1957.07.24, дата публикации 1962.02.27). Агрегат содержит электродвигатель, корпусные элементы, радиально-упорные подшипниковые узлы, входную и выходную ступени с центробежными колесами, расположенными с разных сторон по оси электродвигателя и обращенными всасывающими частями от последнего, ступени сообщены между собой посредством каналов в корпусе статора электродвигателя; входной и выходной диффузоры, направляющий аппарат выходной ступени в корпусе электронасоса.
Основным недостатком ближайшего аналога является использование сильно разгруженных подшипниковых узлов в конструкции при установке центробежных колес на значительном удалении от опорной поверхности, это влечет за собой снижение жесткости роторной системы, что может привести к возникновению резонансов в широком спектре частот.
Сниженная жесткость роторной системы может приводить к повышенному уровню вибрации из-за пульсаций жидкости, которые обусловлены тем, что конструкция второй ступени предполагает радиальный отвод жидкости от колеса. Это создает повышенную нагрузку на подшипники и повышает уровень вибраций.
Также конструкция данного агрегата не обладает достаточным кавитационным запасом при увеличении частоты вращения ротора для использования с рабочими телами пониженной вязкости в широком температурном диапазоне.
Целью данного изобретения является увеличение ресурса электронасоса, работающего в широком диапазоне температур и в условиях пониженного давления в контуре рециркуляции жидкости.
Герметичный многоступенчатый центробежный электронасос, содержащий электродвигатель, корпусные элементы, радиально-упорные подшипниковые узлы, входную и выходную ступени с центробежными колесами, расположенными с разных сторон по оси электродвигателя и обращенными всасывающими частями от последнего, ступени сообщены между собой посредством каналов в корпусе статора электродвигателя; направляющий аппарат выходной ступени в корпусе электронасоса, отличающийся тем, что направляющий аппарат имеет выход по оси насоса, осевые поверхности радиально-упорных подшипниковых узлов образуют с центробежными колесами узлы осевой разгрузки, а перед всасывающей частью центробежного колеса первой ступени по ходу движения жидкости установлен предвключенный шнек.
Техническим результатом является увеличение ресурса работы, в том числе при широком диапазоне температур и пониженном входном давлении.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1 и фиг. 2.
На фиг. 1 изображен общий вид герметичного многоступенчатого центробежного электронасоса и два разреза.
На фиг. 2 показан изометрический вид с разрезом, демонстрирующим движение жидкости.
Многоступенчатый центробежный электронасос содержит (см. фиг. 1): предвключенный шнек поз. 1, центробежное колесо первой ступени закрытого типа поз. 2, центробежное колесо второй ступени закрытого типа поз. 3, ротор с постоянными магнитами поз. 4, статор электродвигателя поз. 5, входной диффузор поз. 6, корпус поз. 7 с каналами поз. 8, направляющий аппарат выходной ступени поз. 9 с входными отверстиями поз. 10 и выходными поз. 11, выходной диффузор поз. 12, радиально-упорные подшипниковые узлы поз. 13.
Использование направляющего аппарата 9, отличительной особенностью которого является то, что выходные отверстия поз. 11 равномерно распределены по окружности направляющего аппарата и направлены по оси насоса (фиг. 1), позволяет сократить массогабаритные параметры электронасоса и снизить значение радиальной нагрузки на ротор, что позволит снизить вибрационную активность и увеличить ресурс работы электронасоса.
Использование радиально-упорных подшипниковых узлов поз. 13, осевая поверхность которых конструктивно совмещена с центробежными колесами поз. 2 и поз. 3, образуя узел осевой разгрузки, позволяет повысить жесткость роторной системы электронасоса и обеспечить возможность ее регулирования для снижения виброактивности, что в свою очередь повышает ресурс электронасоса.
Добавление в конструкцию предвключенного шнека поз. 1 позволяет существенно увеличить кавитационный запас в работе электронасоса при пониженных входных давлениях.
Герметичный многоступенчатый центробежный электронасос работает следующим образом (см. фиг. 2): рабочее тело попадает в насос через входной диффузор поз. 6, затем попадает на предвключенный шнек поз. 1, после чего поступает на лопатки центробежного колеса первой ступени закрытого типа поз. 2, далее жидкость проходит через N каналов поз. 8 в корпусе поз. 7, где жидкость равномерно распределяется и охлаждает статор электродвигателя поз. 4, проходит через входные отверстия поз. 10 направляющего аппарата поз. 9 (ток жидкости показан на фиг. 2), и попадает на лопатки центробежного колеса второй ступени поз. 3, далее через выходные отверстия поз. 11 направляющего аппарата поз. 9 уходит из электронасоса через выходной диффузор поз. 12. При этом часть жидкости совершает рециркуляцию между областью за крыльчаткой второй ступени и областью за крыльчаткой первой ступени посредством каналов в направляющем аппарате, позволяющим осуществлять проточное движение жидкости в области износа подшипниковых узлов поз. 13.
Поток жидкости при движении через выходные отверстия поз. 11 направляющего аппарата поз. 9 распределяется равномерно по всей окружности, что приводит к снижению пульсаций на выходе центробежного колеса второй ступени поз. 3, это в свою очередь - к снижению радиальной динамической нагрузки и вибрации и в итоге приводит к увеличению ресурса электронасоса.
Узлы осевой разгрузки, образованные осевыми поверхностями радиально-упорных подшипниковых узлов поз. 13 и осевых поверхностей центробежных колес поз. 2 и поз. 3, в процессе работы электронасоса уравновешивают осевые динамические нагрузки. Объединение осевых поверхностей указанных составных частей существенно повышает жесткость конструкции, что снижает вероятность возникновения резонансов в широком спектре частот, уменьшает уровень вибрации и в итоге - к увеличению ресурса.
Предвключенный шнек поз. 1, формирует для центробежного колеса первой ступени поз. 2 равномерный поток жидкости с повышенным давлением. Это повышает кавитационный запас при работе с пониженным входным давлением, уменьшает пульсации жидкости и уровень вибрации, увеличивая ресурс электродвигателя.
Данное изобретение может быть использовано при создании систем терморегулирования космических аппаратов и элементов систем наземной эксплуатации, где требуется надежное обеспечение непрерывного напора рабочей жидкости при длительной эксплуатации и сниженной виброактивности.
Таким образом, заявляемое изобретение позволило получить технический результат, а именно увеличен ресурс работы герметичного многоступенчатого центробежного электронасоса, в том числе при широком диапазоне температур и пониженном входном давлении.