ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС
AUGER CENTRIFUGAL PUMP

Изобретение относится к конструкции щелевых уплотнений шнекоцентробежных насосов турбонасосных агрегатов жидкостных ракетных двигателей и может быть использовано в насосостроении.
Особенностью щелевых уплотнений шнекоцентробежных насосов является наличие утечек через щели уплотнений из полости высокого давления насоса в полость низкого давления.
Эти утечки, особенно при перекачки криогенных жидкостей, влияют как на коэффициент полезного действия насоса, так и его кавитационные качества. Известны различные схемы ввода утечек на вход в основной поток, например, см. книгу Овсянникова Б.В., Чебаевского В.Ф. и др. Высокооборотные лопаточные насосы, Машиностроение, Москва, 1975, с.203, рис.343.
Известно конструктивное решение щелевого уплотнения шнекоцентробежного насоса по RU 2246041 C1, 10.02.2005, взятое за прототип, направленное на устранение влияния «горячих» утечек через щелевые уплотнения переднего бурта центробежного колеса на энергетические характеристики насоса. Известный шнекоцентробежный насос содержит корпус, входной патрубок, центробежное колесо, шнек, основное щелевое уплотнение на переднем уплотнительном бурте центробежного колеса, дополнительное щелевое уплотнение за основным щелевым уплотнением, а между этими щелевыми уплотнениями во входном патрубке на уровне основного щелевого уплотнения выполнена дополнительная полость, гидравлически сообщенная трубопроводом с входом входного патрубка.
Данная конструкция шнекоцентробежного насоса по прототипу работоспособна, но усложняет конструкцию насоса введением дополнительных виброопасных трубопроводов сброса утечек, а если двигатель работает на криогенных компонентах, например, жидкий водород и жидкий кислород, то дополнительные трубопроводы должны иметь надежную теплозащитную изоляцию от воздействия нагретых поверхностей двигателя. Изобретение направлено на повышение надежности работы и упрощение конструкции турбонасосного агрегата.
Этот технический эффект достигается тем, что в шнекоцентробежном насосе, содержащем корпус, центробежное колесо, шнек, плавающие кольца, передний уплотнительный бурт колеса, на котором выполнены основное и дополнительное щелевые уплотнения с образованием промежуточной полости между ними, согласно изобретению промежуточная полость между щелевыми уплотнениями выполнена на всю длину шнека и на противоположном от щелевых уплотнений конце соединена радиальными отверстиями с входной зоной шнека.
Такое исполнение полностью устраняет влияние нагретой жидкости, проходящей через щелевое уплотнение на всасывающую способность центробежного колеса и, вместе с тем, упрощает конструкцию шнекоцентробежного насоса, повышает его надежность вследствие исключения из конструкции дополнительного конструктивного элемента - перепускного трубопровода для слива утечек жидкости во входной патрубок насоса. Для интенсификации охлаждения нагретой жидкости, проходящей через основное щелевое уплотнение, на боковой поверхности промежуточной полости могут быть выполнены винтовые ребра.
На чертеже изображен шнекоцентробежный насос по изобретению.
Насос содержит корпус 1, центробежное колесо 2, шнек 3, плавающие кольца 4, передний уплотнительный бурт 5 колеса, на котором выполнены основное 6 и дополнительное 7 щелевые уплотнения с образованием между ними промежуточной полости 8.
Согласно изобретению промежуточная полость 8 между щелевыми уплотнениями 6 и 7 выполнена на всю длину шнека 3 и на противоположном от щелевых уплотнений конце соединена радиальными отверстиями 9 с входной зоной 10 шнека 3.
На боковой поверхности 11 промежуточной полости 8 выполнены винтовые ребра 12 для интенсификации охлаждения нагретой жидкости утечек.
При работе насоса в шнеке 3 за счет центробежных сил от закрутки потока из-за разницы удельного веса происходит разделение жидкости на холодную и нагретую зоны. Особенно заметна зависимость удельного веса от температуры у криогенных жидкостей, таких как водород, метан, кислород, у которых градиент зависимости достаточно крутой. Поток жидкости по периферии идет более холодный, в центре - теплый.
Утечки после основного щелевого уплотнения поступают в промежуточную полость 8, проходят по винтовым каналам 12, интенсивно отдавая тепло конструкции, затем поток дробится в радиальных отверстиях 9, поступая в холодную часть потока во входной зоне 10 шнека, и перемещается к валу шнека 3, отдавая оставшееся тепло основному потоку на значительном расстоянии от центробежного колеса 2, что исключает влияние нагретых утечек жидкости, проходящих через щелевое уплотнение 6 на всасывающую способность центробежного колеса 2.