ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС
AUGER WHEEL PUMP

Изобретение относится к центробежным насосам и может быть использовано в тех областях машиностроения, где требуются высокооборотные насосы для перекачки криогенных жидкостей, например, таких как жидкий водород, с высокими антикавитационными свойствами.
Широко известны шнекоцентробежные насосы, содержащие центробежное колесо с передним и задним буртом щелевых уплотнений, а на входе в центробежное колесо установлен шнек (см. книгу «Высокооборотные лопастные насосы» под редакцией Б.В. Овсянникова и В.Ф. Чебаевского, М.: Машиностроение, 1975, с.209, рис.3.46).
Указанный насос при перекачке низкокипящих жидкостей имеет недостаток, заключающийся в том, что нагретая жидкость в полости центробежного колеса, истекая из щелевого уплотнения переднего бурта, поступает на вход в центробежное колесо в область пониженного давления, где при определенных давлениях жидкости за шнеком переходит в парообразное состояние, что приводит к срыву работы насоса.
Известен также насос, взятый за прототип (см. патент РФ №2246041, заявка №2003116159 от 03.06.2003 г.), который устраняет недостаток шнекоцентробежных насосов, перекачивающих криогенную жидкость.
В насосе, взятом за прототип, путем выполнения дополнительного щелевого уплотнения между внутренней цилиндрической поверхностью переднего бурта центробежного колеса и юбкой опорной детали плавающего кольца наружного щелевого уплотнения организована полость сброса утечек из щелевых уплотнений, которая соединена с входным патрубком насоса. Таким образом, утечки из полости высокого давления не поступают на вход в центробежное колесо, а поступают во входной патрубок насоса, где перемешиваются с основным холодным потоком.
Недостатками такого технического решения являются снижение КПД насоса и кавитационных качеств шнека, а также увеличенная длина входного участка насоса.
Снижение КПД насоса происходит за счет следующих факторов:
- наличие внутреннего щелевого уплотнения требует увеличения диаметра бурта центробежного колеса под эти уплотнения, что приводит к увеличению площадей проходных сечений щелевых уплотнений;
- за счет отсутствия радиального перемещения бурта опорного кольца, образующего дополнительное щелевое уплотнение, также приводит к увеличению зазора щели;
- дополнительное щелевое уплотнение дросселирует полный напор, создаваемый шнеком.
Все эти три фактора увеличивают объемные потери, тем самым снижают КПД насоса.
Снижение кавитационных качеств шнека происходит за счет увеличенного через него расхода из-за дополнительных объемных потерь в щелевых уплотнениях насоса.
Ввод утечек, состоящих из парожидкостной смеси, на вход в лопастную систему насоса не обеспечивает необходимой скорости конденсации пара, что может привести к срыву работы шнека. При такой конструкции ввода утечек требуется значительный по длине участок между местом ввода утечек и входными лопатками шнека.
Изобретение решает задачу повышения антикавитационных и энергетических качеств насосов, перекачивающих криогенные жидкости, а также уменьшения его габаритов и массы.
Для этого в шнекоцентробежном насосе, включающем корпус, ротор, на валу которого последовательно установлены шнек, центробежное колесо с передним уплотнительным буртом щелевого уплотнения, на котором установлено плавающее кольцо, в отличие от прототипа на переднем уплотнительном бурте центробежного колеса установлены дополнительное плавающее кольцо и фигурная втулка между плавающими кольцами, имеющая внутреннюю и над ней наружную полости, соединенные радиальными отверстиями, при этом внутренняя полость гидравлически сообщена с щелевыми уплотнениями плавающих колец, а наружная полость трубопроводом соединена с коллектором во входной части входного патрубка, полость которого отверстиями соединена с полостью проточной части насоса.
Технический результат по изобретению:
а) повышение энергетических характеристик насоса путем снижения объемных потерь за счет уменьшения площадей проходных сечений щелевых уплотнений. Отсутствие внутреннего щелевого уплотнения позволяет уменьшить диаметр бурта щелевых уплотнений центробежного колеса, а дополнительное щелевое уплотнение выполнено с плавающим кольцом, что позволяет уменьшить диаметральный зазор между плавающим кольцом и буртом колеса. Объемные потери также снижаются за счет уменьшения перепада давлений на дополнительном щелевом уплотнении.
б) повышение антикавитационных качеств шнека за счет уменьшения расхода жидкости через него благодаря конструктивным решениям, повышающим энергетические характеристики насоса.
в) уменьшение осевых габаритов насоса за счет более качественного смешения потока сбрасываемых утечек на входе в насос с основным потоком, что сокращает время конденсации паровой фазы утечек.
Изобретение поясняется чертежом, где представлен шнекоцентробежный насос, который включает ротор 1, на валу которого последовательно установлены шнек 2, центробежное колесо 3, корпус насоса 4, трубопровод сброса утечек 5. На переднем бурте 6 центробежного колеса последовательно установлены два плавающих кольца 7 и 8 щелевых уплотнений, между плавающими кольцами в корпусе насоса установлена распорная фигурная втулка 9, имеющая внутреннюю 10 и над ней наружную 11 полости, соединенные отверстиями 12. Внутренняя полость 10 гидравлически сообщена с щелевыми 13 и 14 уплотнениями плавающих колец 7 и 8. Наружная полость 11 соединена трубопроводом 5 с коллектором 15, а полость коллектора отверстиями - 16 с полостью входа насоса 17.
При работе насоса плавающие кольца 7 и 8 перепадом давлений на них прижимаются к распорной фигурной втулке: пар через щель 13 и жидкость через щель 14 поступают в полость 10, затем через отверстия 12 в полость 11. Из полости 11 парожидкостная смесь по трубопроводу 5 поступает в коллектор 15, откуда, дробясь отверстиями 16 на мелкие составляющие, впрыскивается в холодный поток жидкости, где происходит конденсация паровой составляющей потока.
Использование изобретения позволяет создавать экономичные малогабаритные с высокими антикавитационными качествами насосы, перекачивающие низкокипящие жидкости, например, такие как жидкий водород.