ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС
RADIAL-FLOW AUGER PUMP

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в любых отраслях техники для перекачки жидкостей, не содержащих абразивных включений, в том числе для перекачки криогенных жидкостей. Предпочтительно использовать в турбонасосных агрегатах жидкостных ракетных двигателей.
Известен шнекоцентробежный насос по патенту РФ на изобретение №2094660, содержащий разъемный корпус, центробежные рабочие колеса (крыльчатки), шнек, вал и опорные узлы в виде подшипников скольжения и качения. Насос имеет плохие кавитационные свойства.
6
Известен шнекоцентробежный насос по патенту РФ №2106534, МПК F04D 13/04, 10.03.1998, содержащий корпуса, центробежное рабочее колесо со ступицей, установленное на валу, который установлен на подшипнике, защищенном уплотнением, и шнек. 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 в настоящее время не применяются.
Задача изобретения - улучшение кавитационных свойств насоса.
Технический результат достигается за счет того, что в шнекоцентробежном насосе, содержащем корпуса, центробежное рабочее колесо со ступицей, установленное на валу, который установлен на подшипнике, защищенном уплотнением, и шнек, согласно изобретению внутри ступицы установлены промежуточный и внутренний валы, на одном конце внутреннего вала установлен первый шнек, который закреплен на этом валу передней конической гайкой, на противоположном конце внутреннего вала закреплено рабочее колесо гидротурбины, а на одном конце промежуточного вала установлен второй шнек, установленный между центробежным рабочим колесом и первым шнеком, в полости внутри ступицы установлен редуктор, соединяющий внутренний и промежуточный валы, в ступице выполнены сквозные отверстия, соединяющие полость центробежного рабочего колеса с полостью в ступице, внутри вала выполнены три полости, разделенные перегородкой, в которой установлен сопловой аппарат гидротурбины, при этом задняя полость вала сообщается с полостью между подшипником и уплотнением. Шнеки могут быть выполнены с возможностью вращения в противоположные стороны.
Сущность изобретения поясняется фиг.1 и 2, где
на фиг.1 приведен чертеж центробежного насоса,
на фиг.2 приведен разрез по А-А.
Центробежный насос (фиг.1) содержит вал 1, который выполнен пустотелым. На валу 1 установлено центробежное колесо 2 со ступицей 3. Вал 1 установлен на подшипнике 4 в корпусе 5. Промежуточный вал 6 проходит внутри ступицы 3 и установлен внутри нее, по меньшей мере, на одном промежуточном подшипнике 7. Внутри промежуточного вала 6 установлен внутренний вал 8, который установлен внутри вала 6 на подшипниках 9. С одной стороны (со стороны входа в центробежное колесо 2) на внутреннем валу 8 установлен первый шнек 10, который закреплен на этом валу при помощи передней конической гайки 11. На противоположном конце внутреннего вала 8 закреплено рабочее колесо 12 гидротурбины 13, рядом с которым внутри вала 1 установлен сопловой аппарат гидротурбины 14. На промежуточном валу 6 на переднем конце (со стороны входа в насос) установлен второй шнек 15, а на противоположном конце закреплена ведомая шестерня 16 редуктора 17. Редуктор 17 установлен внутри полости 18, выполненной в ступице 3. В качестве подшипников 7 и 9 могут быть применены подшипники скольжения, магнитные подшипники или игольчатые подшипники. Для восприятия осевых нагрузок на валы 6 и 8 служат контактные кольца 19, установленные на их торцах. И подшипник 20, установленный внутри вала 1.
К корпусу 5 подстыкованы входной корпус 21, имеющий полость 22, и выходной корпус 23, имеющий полость 24. Между корпусом 5 и центробежным рабочим колесом 2 выполнено переднее уплотнение 25. Со стороны заднего торца центробежного колеса 2 на ее ступице 3 выполнены заднее уплотнение 26 и разгрузочная полость 27. В ступице 3 центробежного колеса 2 выполнены отверстия 28, выходящие в полость 18. Внутри вала 1 выполнено три полости: передняя 29, средняя 30 и задняя 31. Полости 29 и 30 разделены гидротурбиной 14, а полости 30 и 31 разделены перегородкой 32, в которой установлен подшипник 20. Средняя полость 30 выполнена цилиндрической, т.е. с цилиндрическими стенками, на которых закреплен сопловой аппарат 14 гидротурбины 13.
На первом шнеке 10 может быть выполнен бандаж 33 с уплотнениями 34. Входной корпус 21 в этом случае необходимо изготовить цилиндрическим, это уменьшит перетекание перекачиваемого продукта из-за разности давлений на входе и выходе первого шнека 10. Второй шнек 15 следует выполнить без бандажа, чтобы уменьшить загромождение тракта на входе в центробежное колесо 2, но внутри центробежного колеса 2 необходимо предусмотреть цилиндрический пояс 35. Подшипник 4 закрыт с задней стороны (по отношению к входу в насос) уплотнением 36, при этом между этим уплотнением и подшипником 4 образуется полость 37, которая радиальными отверстиями 38, выполненными в валу 1, сообщается с задней полостью 31 внутри вала 1. Между шнеками 10 и 15 выполнена полость 39.
При включении привода (не показан) раскручивается вал 1 с центробежным колесом 2. Внутри центробежного колеса 2 и на выходе из него, т.е. в полости 23 повышается давление перекачиваемого продукта и его часть (5%…7%) через заднее уплотнение 26 поступает в разгрузочную полость 27 и далее проходит последовательно подшипник 4, полость 37, радиальные отверстия 38, заднюю полость 31, сопловой аппарат 13 гидротурбины 14, переднюю полость 29. Внутренний вал 8 раскручивается. Одновременно через редуктор 17 раскручивается промежуточный вал 6 со вторым шнеком 15. Шнеки 10 и 15 значительно повышают давление на входе в колесо 2, тем самым предотвращая кавитацию на его входе. Из-за пониженных оборотов самих шнеков 10 и 15 кавитация на их входных кромках также исключается. Первый шнек 10 повышает давление между шнеками 10 и 15, создавая благоприятные условия с точки зрения предотвращения кавитации на входе во второй шнек 15. Перепуск подогретого перекачиваемого продукта на входах в шнеки 10 и 15 и на вход в колесо 2 отсутствует. С учетом того, что первый шнек 10 вращается в 3…10 раз медленнее, чем центробежное колесо 2, на его входе кавитация исключена. Второй шнек 15 вращается еще медленнее, что также благоприятно сказывается на его кавитационных качествах. Утечки перекачиваемого продукта, которые прошли через заднее уплотнение 26, используются для смазки подшипника 4 и для привода гидротурбины, т.е. специально отбор перекачиваемого продукта для привода шнеков не применяется. Это благоприятно сказывается на экономичности насоса. Кроме того, все утечки возвращаются через специальные отверстия внутрь колеса, после его входа, и эти утечки, несмотря на относительно высокую температуру, не вызывают ухудшение кавитационных свойств насоса в целом.
Применение изобретения позволит:
1. Значительно улучшить кавитационные свойства насоса за счет применения двух шнеков, уменьшения скоростей вращения шнеков, разной скорости вращения шнеков, применения редуктора, снижающего скорость вращения для привода второго шнека, и применения консольной схемы насоса.
2. Спроектировать насос очень большой мощности за счет повышения частоты вращения центробежного рабочего колеса насоса до предельно допустимых по прочности.
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.
5. Полностью использовать утечки перекачиваемого продукта для смазки подшипника и привода гидротурбины и смазки редуктора и полностью предотвратить утечки перекачиваемого продукта в дренаж.
6. Увеличить КПД насоса за счет предотвращения утечек продукта в дренаж и их использования для привода гидротурбины.