ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС
AUGER-CENTRIFUGAL PUMP

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано преимущественно в турбонасосных агрегатах жидкостных ракетных двигателей ЖРД.
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 не предназначен для системы топливопитания ЖРД.
Известен шнекоцентробежный насос, содержащий корпус, крыльчатку и шнек, установленные на валу (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 не применимы в ракетной технике.
Задачей изобретения является улучшение кавитационных свойств насоса.
Технический результат достигнут за счет того, в шнекоцентробежном насосе, содержащем корпус и установленные на валу шнек и крыльчатку, согласно изобретению шнек выполнен с бандажом, между торцом бандажа шнека и торцом крыльчатки выполнена магнитная муфта, а между валом и шнеком установлен магнитный подшипник, шнек установлен с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны входа насоса пружинами автомата управления нагрузкой шнека. Пружины могут быть установлены внутри корпуса насоса и упираться с одной стороны в корпус насоса, а с другой - в торец бандажа шнека со стороны входа насоса. Автомат управления нагрузкой шнека может содержать кроме пружин направляющие для пружин, стакан, сцентрированный во втулке, установленной в свою очередь в корпусе насоса перед шнеком, и средство предотвращения проворота стакана. На торце стакана и на торце бандажа со стороны входа насоса могут быть закреплены контактные кольца торцового уплотнения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 схематично изображен шнекоцентробежный насос, продольный разрез;
на фиг.2 - узел. А на фиг.1.
Шнекоцентробежный насос (фиг.1) содержит установленные на валу 1 крыльчатку 2 со ступицей 3, шнек 4 с втулкой 5 и бандажом 6, образующие ротор. Ротор установлен консольно на подшипнике 7 внутри корпуса 8. Корпус 8 содержит входной патрубок 9 с полостью «Б» и выходной патрубок 10 с полостью «Г». Между крыльчаткой 2 и шнеком 4 (между торцами бандажа и торцом крыльчатки) выполнена магнитная муфта 11, которая содержит ведущие магниты 12 на торце крыльчатки 2 и ведомые магниты 13 на торце бандажа 6. Шнек 4 установлен на валу 1 на магнитном подшипнике 14. Магнитный подшипник 14 содержит магниты вала 15 и магниты шнека 16, обращенные друг к другу одноименными магнитными полюсами. На заднем торце крыльчатки 2 выполнено уплотнение 17, предназначенное для ограничения утечек перекачиваемого продукта и разгрузки осевой силы на подшипник 7.
Шнек 4, точнее его бандаж 6, (фиг.2) подпружинен со стороны, противоположной магнитной муфте 11 пружинами 18 автомата управления нагрузкой шнека 19, установленными в несквозных отверстиях «Е», выполненных в корпусе 8. В автомат управления нагрузкой шнека также входят (фиг.2) направляющие для пружин 20, установленные на торце стакана 21. Стакан 21 сцентрирован на втулке 22, которая установлена в корпусе 8. Средство предотвращения проворота стакана 23 выполнено, например, в виде радиального штифта, запрессованного во втулку 22 и выступающего в продольном пазу «Ж», выполненном в стакане 24. Между бандажом 6 и автоматом для управления нагрузкой шнека 19 установлено торцовое уплотнение 24, состоящее из контактных колец 25 и 26, одно из которых закреплено на торце стакана 21, а другое - на торце бандажа 6 со стороны входа в насос.
При работе насоса пружины 18 упираются одним торцом в торец стакана 21, далее сжимают контактные кольца 25 и 26 и максимально сближают ведущий и ведомый магниты 13 и 12 магнитной муфты 11. При запуске насоса шнек 4 вращается с той же скоростью, что и крыльчатка 2, что благоприятно сказывается на кавитационных свойствах насоса. При выходе шнекоцентробежного насоса на максимальный режим, давление перекачиваемого продукта в полости «В» будет больше, чем это необходимо из условия отсутствия кавитации на входе в крыльчатку 2. Но в то же время из-за большой скорости вращения шнека 4 создадутся условия возникновения кавитации на входе в шнек 4. Повышенное давление в полости «В» переместит шнек 4 в сторону входа в насос, при этом сожмутся пружины 18 и дальнейшее перемещение прекратится. Зазор δ между ведомыми 13 и ведущими 12 магнитами магнитной муфты 11 увеличится, и автоматически уменьшится момент, передаваемый с крыльчатки 2 на шнек 4. Частота вращения шнека 4 уменьшится и улучшатся условия для предотвращения кавитации на входе в шнек 4.
При падении давления в полости «В» происходит обратный процесс.
Это значительно улучшит кавитационные свойства насоса, например, при частоте вращения вала 100000 об/мин можно получить скорость вращения шнека 4 порядка 5000…10000 об/мин, т.е. предельную по кавитационным свойствам шнека скорость. При этом на одной ступени центробежного насоса будет получено максимально возможное повышение давления при минимальном весе и габаритах насоса, что имеет решающее значение для ракетных двигателей.
Применение изобретения позволяет:
1. Значительно улучшить кавитационные свойства насоса за счет уменьшения скорости вращения шнека, применения консольной схемы и размещения пружин автомата управления нагрузкой шнека внутри корпуса.
2. Спроектировать насос очень большой мощности за счет размещения магнитной муфты на большом диаметре - на торце бандажа шнека.
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, что имеет первостепенное значение в ракетной технике.
5. Обеспечить автоматическое регулирование кавитационных свойств насоса.
6. Улучшить смазку магнитных подшипников.
7. Разгрузить осевые силы, действующие на ротор насоса.
8. Уменьшить утечки перекачиваемого продукта на вход в насос.