ШНЕКОВЫЙ НАСОС
AUGER PUMP

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано преимущественно для перекачки жидкостей, не содержащих абразивных включений, в любых отраслях техники.
Известен шнекоцентробежный насос, который содержит крыльчатку и шнек, установленные на одном валу и вращающиеся с одинаковыми угловыми скоростями (RU 2204737 С2, 27.09.2002). Это является недостатком насоса, т.к. для высокооборотного насоса шнек начинает лимитировать антикавитационные свойства насоса. Уменьшить частоту вращения шнека при помощи применения редуктора было бы нецелесообразно, так как привело бы к усложнению конструкции устройства и увеличению его веса. Кроме того, в этом насосе применен перепуск перекачиваемой жидкости из импеллера на вход в насос. Это дополнительно ухудшает антикавитационные свойства насоса, потому что проходящая через импеллер часть перекачиваемого продукта нагревается. Известно, что отрицательное влияние на антикавитационные свойства насоса оказывают:
- высокая температура перекачиваемого продукта,
- низкое давление,
большие скорости вращения.
Известен шнекоцентробежный насос, содержащий разъемный корпус, центробежные рабочие колеса (крыльчатки), шнек, вал и опорные узлы в виде подшипников скольжения и качения (RU 2106534 С1, 10.03.1998). Шнек улучшает антикавитационные свойства насоса, так как он обладает лучшими антикавитационными свойствами, чем центробежная крыльчатка, но он механически связан с рабочим колесом насоса и имеет одинаковую с ним угловую скорость вращения. Это не позволяет спроектировать и эксплуатировать насос на очень больших оборотах, например, 40…100 тыс. об/мин, поэтому такие насосы в настоящее время практически не применяются. Наиболее подвержена кавитация внешняя входная кромка крыльчатки, имеющая относительно высокие скорости вращения и низкое давление перекачиваемого продукта. Насос имеет плохие антикавитационные свойства из-за больших скоростей вращения шнека.
Наиболее близким к изобретению является шнековый насос, содержащий основной шнек с втулкой, установленный на валу (RU 2101574 С1, 10.01.1998).
Недостатком этого насоса являются его плохие антикавитационные свойства, небольшой напор, создаваемый им по сравнению с центробежными насосами, и низкий КПД.
Задачей изобретения является улучшение антикавитационных свойств насоса и повышение его напора и КПД.
Технический результат достигается тем, что в шнековом насосе, содержащем основной шнек с втулкой, установленный на валу, согласно изобретению вал выполнен пустотелым, внутри него установлен дополнительный вал, на конце которого со стороны входа в основной шнек установлен дополнительный шнек, выполняющий функции гидротурбины и насоса, внутри дополнительного вала выполнено осевое отверстие, имеющее выход в полость перед дополнительным шнеком концентрично его втулке. Передний торец втулки дополнительного шнека может быть выполнен коническим и закрыт конической чашкой с образованием кольцевого зазора. Между валом и дополнительным валом может быть установлен, по меньшей мере, один промежуточный подшипник. Один или все промежуточные подшипники могут быть выполнены магнитными.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен шнековый насос, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - схема работы шнека.
Шнековый насос (фиг.1) содержит вал 1, который выполнен пустотелым. На валу 1 установлен основной шнек 2, имеющий втулку 3. Вал 1 установлен на подшипнике 4 в корпусе 5. Дополнительный вал 6 проходит внутри втулки 3 и установлен, по меньшей мере, на одном промежуточном подшипнике 7, который установлен внутри втулки 3. Подшипник 7 может быть любого типа, например игольчатый, или подшипник скольжения, или магнитная опора (магнитный подшипник). На одном конце дополнительного вала 6, со стороны входа в насос, установлен дополнительный шнек 8, выполняющий одновременно функции гидротурбины и насоса. Дополнительный шнек 8 имеет втулку 9, передний торец «В» которой выполнен коническим. Конический передний торец «В» втулки 9 дополнительного шнека 8 закрыт конической чашкой 10 с образованием кольцевого зазора «Г».
К корпусу 5 подстыкованы входной корпус 11, имеющий полость «Д», и выходной корпус 12, имеющий полость «Е». Между шнеком 8 и крыльчаткой 2 образована полость «Ж». Внутри вала 1 выполнена внутренняя полость «И», в валу 1 выполнены отверстия «К», соединяющие полости «Е» и «И». Полость «И» сообщается с осевым отверстием «Л» внутри дополнительного вала 6. Осевое отверстие «Л» сообщается с входом в шнек 8, т.е. с полостью «Д» радиальными отверстиями «М». Это необходимо для перепуска части перекачиваемого продукта для привода дополнительного шнека 8, который, в свою очередь, работает одновременно в режиме гидротурбины по прилегающей к втулке 9 части и одновременно - в режиме насоса по периферийной части (фиг.3).
Осевое отверстие «Л» и радиальные отверстия «М» образуют канал возврата части расхода перекачиваемого продукта на вход в дополнительный шнек 8 в районе его втулки 9. Если бы был осуществлен перепуск этого расхода продукта на вход в дополнительный шнек 8 на периферии, то это бы ухудшило антикавитационные характеристики насоса.
При включении привода (не показан) раскручивается вал 1 с основным шнеком 2. На выходе из основного шнека 2 повышается давление перекачиваемого продукта и его часть (10…15%) через отверстия «И» поступает в полость «К», потом через осевое отверстия «Л» и радиальные отверстия «М» (фиг.1 и 2) возвращается на вход в дополнительный шнек 8 в районе его втулки 9. Внутренняя часть дополнительного шнека 8, прилегающая к втулке 9, работает в режиме гидротурбины и раскручивает сама себя (фиг.3). Внешняя, периферийная часть дополнительного шнека 8 работает в режиме насоса и поднимает давление перекачиваемого продукта в полости «Ж», особенно на периферийной части, т.е. в зоне наиболее вероятного возникновения кавитации. Дополнительный вал 6 вследствие небольшого расхода перекачиваемого продукта, проходящего через дополнительный шнек 8 (10…15% от общего расхода), вращается значительно медленнее, чем вал 1, т.е. дополнительный шнек 8 вращается с меньшими оборотами, чем крыльчатка 2. Это благоприятно сказывается на антикавитационных свойствах насоса в целом и одновременно позволяет спроектировать основной шнек 2 для работы на очень больших скоростях, что уменьшает вес и габариты насоса. Подбором диаметра отверстия «К» или «М» можно настроить оптимальный режим работы дополнительного шнека 8. Для этого в отверстия «К» или «М» могут быть ввернуты калиброванные жиклеры (на чертежах не показано). Это позволит получать одинаковые антикавитационные характеристики насосов при их серийном изготовлении. Утечки перекачиваемого продукта, которые прошли через заднее уплотнение (на фиг.1 и 3 оно не показано), могут использоваться для смазки подшипника 4 или сбрасываться в дренаж или на вход в насос, если подшипник 4 не смазывается перекачиваемым продуктом. Схема позволила разгрузить осевые силы, действующие на дополнительный подшипник 7, т.к. осевые силы, создаваемые частями дополнительного шнека 8, работающими в режиме гидротурбины и режиме насоса, направлены в противоположные стороны (фиг.3).
Применение изобретения позволяет:
1. Значительно улучшить антикавитационные свойства насоса за счет уменьшения скорости вращения дополнительного шнека и применения консольной схемы.
2. Повысить КПД насоса за счет возврата утечек перекачиваемого продукта на вход в насос.
3. Облегчить доводку насоса путем отдельной доводки системы разгрузки осевых сил и антикавитационных свойств насоса.
4. Повысить прочность насоса за счет отказа от центробежной крыльчатки.
5. Спроектировать насос очень большой мощности за счет повышения частоты вращения основного шнека.
6. Предотвратить срыв потока перекачиваемого компонента в насосе вследствие кавитации на его входе.
7. Создать насос с минимальным весом и габаритами при большом напоре и производительности за счет совмещения функций гидротурбины и насоса шнеком, что привело к уменьшению числа деталей, упрощению сборки и уменьшению осевых габаритов насоса.
8. Разгрузить осевые силы, действующие на дополнительный подшипник, т.к. осевые силы, создаваемые шнеком, незначительны.
9. Устранить утечки перекачиваемого продукта в дренаж.
10. Обеспечить при необходимости смазку и охлаждение всех подшипников насоса перекачиваемым продуктом.