ТУРБОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 2001 года по МПК F04D13/04 F04D29/04 

Изобретение относится к турбонасосостроению и может найти применение в турбонасосных агрегатах для перекачки криогенных жидкостей, например жидкого кислорода.

Известен турбонасосный агрегат, содержащий рабочее колесо, турбину, корпуса и прижимное устройство (см. авт. св. СССР N 408066, F 16 C 19/00, 1971).

Недостатком известного устройства является низкая надежность в работе из-за отсутствия гарантийного поджатия подшипника в работе из-за наличия значительных изменений длинновых размеров деталей поджатия при работе насосов с криогенными компонентами.

Известен турбонасосный агрегат, содержащий рабочее колесо насоса и турбину, расположенные в корпусах, соединенных с помощью крепежа, радиально-упорный подшипник, прижимное и уплотнительное устройства (см. книгу Г.С. Жирицкий и др. "Газовые турбины авиационных двигателей", Оборонгиз, М., 1963, с.582).

Недостатком известного устройства является низкая надежность в работе, особенно в агрегатах, перекачивающих криогенные жидкости, например жидкий кислород. Низкие температуры криогенных компонентов в работе охлаждают корпусные и остальные детали до низких температур, что приводит к значительным изменениям габаритов этих деталей. Расположенные на внешних элементах крупногабаритных корпусов уплотнения могут потерять герметичность, и утечки жидкого кислорода за пределы агрегата могут привести к возгораниям как самого агрегата, так и окружающих конструктивных элементов. Те же температурные условия в районе подшипника приведут к изменению размеров поджимных деталей и появлению зазоров в пакете деталей, фиксирующих подшипник в осевом направлении, что может привести к многократным перемещениям подшипника под действием вибраций, к преждевременному износу его, что также снижает надежность в работе.

Цель изобретения - повышение надежности турбонасосного агрегата.

Эта цель достигается тем, что прижимное устройство подшипника выполнено в виде плунжера, подпружиненного посредством разрезного кольца с коническими торцами к торцу подшипника и имеющего сообщенные между собой каналы и отверстия, связанные с областью повышенного давления насоса и сообщенные соответственно с полостью за плунжером и полостью подшипника. При этом противолежащие стенки корпусов насоса и турбины выполнены в виде мембран, между которыми в центральной части размещено уплотнение.

Турбонасосный агрегат изображен на чертеже, продольный разрез.

Турбонасосный агрегат содержит рабочее колесо 1, турбину 2, корпус насоса 3 и корпус турбины 4, соединенные крепежом 5, расположенным на их периферии, уплотнение 6 стыка.

При этом противолежащие стенки 7 и 8 корпусов 3 и 4 выполнены в виде мембран (по сравнению с наружными стенками этих корпусов). Прижимное устройство радиально-упорного подшипника 9 выполнено в виде плунжера 10, подпружиненного посредством разрезного кольца 11 с коническими торцами и поджатого к торцу подшипника. Плунжер 10 снабжен каналами 12 и отверстиями 13, связанными с полостью повышенного давления 14, в которую компонент с повышенным давлением поступает по трубопроводу 15, например, с выхода из насоса. По каналам 12 компонент подается в полость 16 за плунжером, а по отверстиям 13 в полость подшипника 9.

Во время работы турбонасосного агрегата вращающаяся турбина 2 приводит во вращение рабочее колесо 1 насоса, из полости насоса по трубопроводу 15 компонент поступает в полость 14, откуда по каналам 12 подается в полость 16, а по отверстиям 13 - в полость подшипника 9. Давление в полости подшипника ниже, чем в полости 16, за счет частичного сброса компонента из полости подшипника 9 через подшипник 9 и отверстия в ступице колеса 1 на вход в колесо 1. Под действием перепада давлений между полостями 16 и полостью подшипника плунжер 10 прижимается к подшипнику 9. Разрезное кольцо 11 за счет сил упругости и за счет охлаждения криогенным компонентом будет уменьшаться в диаметральном направлении и коническим торцем будет нажимать на плунжер 10, дополнительно прижимать его к подшипнику 9 и компенсировать уменьшение осевых размеров пакета деталей от охлаждения их холодным криогенным компонентом, например жидким кислородом. В это же время повышенные давления в полости 14 и в полости насоса будут перемещать навстречу друг другу мембранные стенки 7 и 8 и дополнительно сжимать уплотнение 6, увеличивая его герметизирующие способности.

Надежное поджатие пакета деталей устраняет их взаимные перемещения под действием вибраций, устраняет наклепы, задиры и износы по местам стыковки, что повышает ресурс работы и надежность. Повышение герметизации стыка корпусов устраняет утечки жидкого кислорода за пределы агрегата и предохраняет как сам агрегат, так и окружающие конструкции от выгорания в среде кислорода, что дополнительно обеспечивает повышение надежности.

Устройство изготовлено и испытано, подтверждено достижение поставленной цели.

Изобретение относится к турбонасосостроению и может найти применение в турбонасосных агрегатах для перекачки криогенных компонентов. Агрегат содержит насос и турбину, размещенные в корпусах, соединенных по периферии крепежом, радиально-упорный подшипник, прижимное и уплотнительное устройства. Прижимное устройство выполнено в виде плунжера, подпружиненного разрезным кольцом с коническими торцами к торцу подшипника и снабженного отверстиями. Отверстия сообщены между собой, с областью повышенного давления, с полостью за плунжером и с полостью подшипника. Противолежащие стенки корпусов насоса и турбины выполнены в виде мембран, между которыми в центральной части размещено уплотнение. Изобретение позволяет повысить надежность агрегата. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Турбонасосный агрегат, содержащий рабочее колесо насоса и турбину, расположенные в корпусах, соединенных по периферии с помощью крепежа, радиально-упорный подшипник, прижимное и уплотнительное устройства, отличающийся тем, что прижимное устройство подшипника выполнено в виде плунжера, подпружиненного посредством разрезного кольца с коническими торцами к торцу подшипника и имеющего сообщенные между собой каналы и отверстия, связанные с областью повышенного давления насоса и сообщенные, соответственно, с полостью за плунжером и полостью подшипника. 2. Турбонасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что противолежащие стенки корпусов насоса и турбины выполнены в виде мембран, между которыми в центральной части размещено уплотнение.