ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС
SCREW-TYPE 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.
Наиболее близким к изобретению является шнекоцентробежный насос, содержащий корпус и установленные на валу шнек и крыльчатку (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 достигается за счет того, что в шнекоцентробежном насосе, содержащем корпус и установленные на валу шнек и крыльчатку, согласно изобретению крыльчатка выполнена с входным участком, внутри которого установлен шнек, который выполнен с втулкой и бандажом, между входным участком и бандажом выполнена коническая магнитная муфта и два цилиндрических магнитных подшипника, шнек установлен с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны входа насоса пружиной автомата управления нагрузкой шнека, установленной на валу. Пружина может быть установлена внутри стакана и упираться с одной стороны в его внутренний торец, а с другой через крышку и контактные кольца - в торец втулки шнека со стороны входа насоса.
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». Со стороны заднего торца крыльчатки 2 выполнена разгрузочная полость «Д».
Крыльчатка 2 выполнена с входным участком «Е», внутри которого установлен шнек 4.
Между входным участком «Е» и шнеком 4 (точнее его бандажом) выполнена коническая магнитная муфта 11, которая содержит ведущие магниты 12 на входном участке «Е» крыльчатки 2 и ведомые магниты 13 на бандаже 6. Кроме того, с обеих сторон конической магнитной муфты 11 выполнены магнитные подшипники 14. Каждый магнитный подшипник 14 содержит магниты крыльчатки 15 и магниты шнека 16, обращенные друг к другу одноименными магнитными полюсами. Наружная поверхность бандажа 8 выполнена ступенчатой и содержит две цилиндрические части «Ж» и «И» для установки магнитных подшипников 14 и конический участок между ними «К» для установки магнитов магнитной муфты 11.
На заднем торце ступицы 3 крыльчатки 2 выполнено уплотнение 17, предназначенное для ограничения утечек перекачиваемого продукта и разгрузки осевой силы, действующей на подшипник 7.
Шнек 4 подпружинен со стороны входа насоса пружинами 18 автомата 19 управления нагрузкой шнека, установленными внутри стакана 20. Стакан 20 прижат к валу 1 болтом 21 и закрыт с противоположной стороны крышкой 22. На торце крышки 22 и на торце втулки шнека 5 выполнены контактные кольца 23 и 24. Контактные кольца одновременно служат для уплотнения от утечек перекачиваемого продукта между валом 1 и втулкой 5 шнека 4. Крышка 22 зафиксирована от проворота штифтом 25, установленным в стакане 20 и выступающим в продольном пазу «Л» для обеспечения осевого перемещения крышки 22 относительно стакана 20.
При работе пружина 18 упирается одним торцом в торец стакана 2 и далее и максимально сближает ведущий 12 и ведомый 13 магниты  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 «Б» 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 5 между ведомыми 13 и ведущими 12 магнитами магнитной муфты 11 увеличится, и автоматически уменьшится момент, передаваемый с крыльчатки 2 на шнек 6. Частота вращения шнека 4 уменьшится и улучшатся условия для предотвращения кавитации на входе в шнек 4.
Контактные кольца 23 и 24 необходимы вследствие того, что вал 1 и шнек вращаются с разными оборотами и для уплотнения зазора между валом 1 и втулкой 5 шнека 4. При падении давления в полости «В» происходит обратный процесс, т.е. шнек 1 перемещается в сторону крыльчатки 2, тем самым процесс регулирования нагрузки на магнитную муфту полностью автоматизирован. Это значительно улучшает кавитационные свойства насоса, например при частоте вращения вала 100000 об/мин можно получить скорость вращения шнека 5 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 стакана на валу;
2) спроектировать насос очень большой мощности за счет размещения магнитной муфты на большом диаметре и на большой поверхности: на наружной поверхности 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.