ЛОПАСТНОЙ НАСОС
IMPELLER PUMP

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в турбонасосных агрегатах (ТНА) ракетной техники.
Для высокооборотных турбонасосных агрегатов, применяемых в ракетной технике, одними из основных показателей совершенства агрегата, определяющего весовые характеристики как ТНА, так и двигательной установки, являются всасывающая способность насосов, т.е. их антикавитационные качества, и конструктивная надежность, в частности решения задачи охлаждения подшипниковых опор.
Для повышения антикавитационных качеств насосов имеется достаточно много технических решений.
Например, в техническом решении по авторскому свидетельству СССР №954635 с приоритетом от 01.06.1976 г. показана конструкция насоса с повышенными антикавитационными качествами за счет впрыска активной жидкости высокого давления, взятой из полости высокого давления насоса или из накопительной камеры утечек, через пустотелые лопатки направляющего аппарата, установленного перед входом в рабочее колесо насоса.
Недостатком этого технического решения является снижение коэффициента полезного действия (КПД) насоса за счет частичного расхода жидкости высокого давления не по прямому назначению.
Задача охлаждения подшипника здесь не рассматривается.
Известно техническое решение по патенту РФ №2412378, взятое за прототип, не имеющее этих недостатков. В нем использован винтовой насос для охлаждения подшипника, установленного во входном патрубке насоса, путем прокачки части жидкости с входа в насос через подшипник, и повышения антикавитационных качеств насоса благодаря обеспечению дополнительного подпора жидкости перед лопаточным колесом.
Несмотря на экономичность и компактность технического решения по прототипу, область его применения для повышения антикавитационных качеств, где оно может быть эффективно использовано, ограничена, в основном, малорасходными шнекоцентробежными насосами.
Это качество прототипа обусловлено тем, что подача активной жидкости на вход в лопаточную систему осуществлена на диаметре винтового насоса, а образование кавитационных каверн происходит на максимальном диаметре лопастного колеса, где наибольшая величина окружной скорости его входной кромки. Чем больше размерность насоса, тем больше максимальный диаметр лопастного колеса превосходит диаметр винтового насоса и тем меньше эффективность винтового насоса для повышения всасывающей способности лопастного колеса.
Изобретение направлено на расширение области применения по расходу через насос конструктивного решения с использованием винтового насоса для охлаждения подшипника.
Для этого в лопастном насосе, содержащем боковой входной патрубок для подвода жидкости, направляющий лопаточный аппарат, установленный в кольцевом входном коллекторе, вал, проходящий сквозь входной коллектор с зазором, лопастное колесо и подшипник, размещенные на валу по обе стороны зазора, отверстия во входном коллекторе для соединения его полости с полостью подшипника и винтовой насос, выполненный на валу по длине зазора, с входом со стороны подшипника и выходом в сторону лопастного колеса, в отличие от прототипа после винтового насоса по ходу течения жидкости выполнена кольцевая камера во входном коллекторе, лопатки лопаточного аппарата имеют щелевые каналы напротив периферийной части лопастного колеса, соединенные с кольцевой камерой, при этом в зазоре между валом и входным коллектором после кольцевой камеры перед лопастным колесом выполнен уплотнительный узел.
Такое конструктивное решение обеспечивает подачу активной жидкости после винтового насоса на оптимальном диаметре входной кромки лопастного колеса, что обеспечивает требуемые антикавитационные качества насоса, при этом полностью обеспечивается надежное охлаждение подшипника.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где приведена схема лопастного насоса на фиг. 1, на фиг. 2 - сечение А-А, на фиг. 3 - сечение Б-Б.
Лопастной насос содержит боковой входной патрубок 1 для подвода жидкости, в кольцевом входном коллекторе 2 которого установлен направляющий лопаточный аппарат 3, вал 4, проходящий сквозь входной коллектор с зазором, лопастное колесо 5 и подшипник 6, размещенные на валу по обе стороны зазора, отверстия 7 во входном коллекторе для соединения его полости с полостью подшипника и винтовой насос 8, выполненный на валу по длине зазора, с входом со стороны подшипника и выходом в сторону лопастного колеса.
В зазоре между валом 4 и входным коллектором 2 перед лопастным колесом 5 выполнен уплотнительный узел 9, а после винтового насоса 8 - кольцевая камера 10 во входном коллекторе, лопатки 11 лопаточного аппарата 3 имеют щелевые каналы 12 напротив периферийной части лопастного колеса 5, соединенные с кольцевой камерой 10 отверстиями 13. При работе лопастного насоса жидкость прокачивается винтовым насосом 8 через подшипник 6, охлаждая его, и поступает в кольцевую камеру 10, через отверстия 13 к щелям 12 лопаток 11 направляющего аппарата 3 и далее через щели 12 на вход 14 лопастного колеса 5.
Данное конструктивное решение позволяет активную жидкость винтового насоса 8 подать в полость 14 перед лопастным колесом 5 на необходимом диаметре, обеспечивающем повышение антикавитационных качеств насоса, что позволяет расширить диапазон его применения по расходам жидкости через насос. При этом сохраняется функция обеспечения надежного охлаждения подшипника лопастного насоса.