ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС Российский патент 2005 года по МПК F04D1/04 F04D29/16 

Изобретение относится к конструкции щелевых уплотнений шнекоцентробежных насосов ТНА ЖРД и может быть использовано в насосостроении.

Особенностью щелевых уплотнений шнекоцентробежных насосов является наличие утечек из-за плавающих колец из области высокого давления в область низкого давления перекачиваемой жидкости. Эти утечки отрицательно влияют на кавитационные и энергетические свойства насоса.

Известны различные схемы ввода утечек жидкости на вход в основной поток, например, см. книгу Овсянникова Б.В. и др. Высокооборотные лопаточные насосы. М.: Машиностроение, 1975, с.203, рис.343.

Известно классическое конструктивное исполнение шнекоцентробежного насоса, взятое за прототип изобретения и содержащее корпус, входной патрубок, центробежное колесо, шнек, плавающие кольца и передний уплотнительный бурт колеса (см. книгу Овсянникова Б.В., Боровского Б.И. Теория и расчет агрегатов питания ЖРД. М.: Машиностроение, 1971, с.221, рис.3.32).

Данная конструкция шнекоцентробежного насоса по прототипу вполне работоспособна, но имеет следующие недостатки: расход жидкости через щель уплотнения снижает кавитационные и энергетические характеристики насоса, особенно при работе на криогенных компонентах (выходящий поток из щели имеет более высокую температуру и он попадает в зону максимальной скорости входа жидкости в центробежное колесо, не успевает перемешаться с основным потоком холодной жидкости, в результате повышается местная температура жидкости, что вызывает: а) местное повышение давления насыщенных паров Р_пара и б) раннее зарождение кавитационной каверны).

Настоящее изобретение направлено на повышение кавитационных свойств и коэффициента полезного действия шнекоцентробежного насоса без увеличения габаритов и при сохранении простоты конструкции насоса по прототипу посредством полного устранения влияния "горячих" утечек из-за плавающего кольца на основной поток жидкости.

Технический эффект достигается тем, что в шнекоцентробежном насосе, содержащем корпус, входной патрубок, центробежное колесо, шнек, плавающие кольца, передний уплотнительный бурт колеса, согласно изобретению на переднем уплотнительном бурте центробежного колеса выполнено 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.

Выполнение дополнительного щелевого уплотнения и промежуточной полости между двумя щелевыми уплотнениями, гидравлически сообщенной с входом во входной патрубок на значительном расстоянии от входа в шнекоцентробежное колесо, резко повышает кавитационные свойства и к.п.д. насоса из-за устранения влияния "горячей" струи компонента после щелевого уплотнения на входные параметры - на температуру и эпюру скоростей посредством полного исключения попадания горячей струи жидкости из-за плавающего кольца в полость между шнеком и центробежным колесом, т.к. давление за шнеком выше, чем давление на входе во входной патрубок.

Такое исполнение щелевого уплотнения шнекоцентробежного насоса понижает температуру компонента (Р_пара падает) по сравнению с прототипом, устраняет влияние потока утечек из-за щелевого уплотнения на эпюру скоростей, что приводит к улучшению кавитационных и энергетических параметров шнекоцентробежного насоса.

На фиг.1 и фиг.2 изображено щелевое уплотнение шнекоцентробежного насоса по прототипу, а на фиг.3-фиг.6 изображены щелевые уплотнения шнекоцентробежного насоса по изобретению. Причем на фиг.1, фиг.3 и фиг.5 изображены продольные разрезы шнекоцентробежного насоса по прототипу и по изобретению, а на фиг.3, фиг.4, фиг.6 изображены щелевые уплотнения в увеличенном масштабе. При этом на фиг.3 и 4 изображены радиальные щелевые уплотнения, а на фиг.5 и 6 изображены как вариант радиальное и торцевое щелевые уплотнения.

Шнекоцентробежный насос по прототипу (см. фиг.1, фиг.2) содержит корпус I, входной патрубок 2, шнек 11, центробежное колесо 3 с передним уплотнительным буртом 4, задним уплотнительным буртом 5, плавающие кольца 6, образующие с буртами колеса щелевые зазоры б_упл.1 щелевого уплотнения 7. Согласно изобретению на переднем уплотнительном бурте 4 выполнено дополнительное (нижнее) щелевое уплотнение 8 со щелевым зазором б_упл.2 за первым (верхним) щелевым уплотнением 7 по потоку утечек (см. фиг.3-фиг.6), а между двумя щелевыми уплотнениями 7, 8 во входном патрубке 2 выполнена промежуточная полость 9, гидравлически сообщенная трубопроводом 10 с входом во входной патрубок 2 для выравнивания температуры и скорости жидкости перед входом в центробежное колесо (за шнеком 11). На фиг.5 и фиг.6 изображено дополнительное щелевое уплотнение 8 в виде торцевого щелевого уплотнения.

Через переднее щелевое уплотнение проходит расход Q_yт.1 (см. фиг.1 и фиг.2). Через верхнее щелевое уплотнение 7 проходит расход (утечки) Q_yт.2. Через нижнее щелевое уплотнение 8 проходит расход (утечки) Q_yт.3. Оба эти расхода смешиваются в дополнительной полости 9 и суммарный расход жидкости Q_yт.4 поступает через трубопровод 10 на вход входного патрубка 2. При этом в отличие от прототипа попадание "горячей" струи из-за верхнего щелевого уплотнения 7 в полость между шнеком 11 и колесом 3 исключается полностью. Это объясняется тем, что давление за шнеком 11 выше, чем давление в дополнительной полости 9.

Q_yт.4=Q_yт.2+Q_yт.3, а т.к. Q_yт.2>>Q_yт.3, то можно считать, что Q_yт.4≈_{Qyт.1, т.е. практически утечки по прототипу и утечки по изобретению равны, но по прототипу утечки поступают в полость между шнеком 11 и колесом 3, а по изобретению эти утечки идут на вход входного патрубка, что приводит к повышению кавитационных и энергетических характеристик шнекоцентробежного насоса.}

Из сравнения сопоставляемых объектов видно, что щелевое уплотнение шнекоцентробежного насоса по данному изобретению имеет лучшие технические характеристики, указанные в задаче изобретения, по сравнению с прототипом.

Заявляемая совокупность признаков реализует новый технический результат - полностью устраняет влияние "горячих" утечек из щелевого уплотнения на основной поток компонента, за счет чего повышаются кавитационные и энергетические характеристики шнекоцентробежного насоса при сохранении простоты конструкции и без увеличения габаритов насоса.

Изобретение относится к конструкции щелевых уплотнений шнекоцентробежных насосов ТНА ЖРД. Шнекоцентробежный насос содержит корпус 1, входной патрубок 2, центробежное колесо 3, шнек 11, плавающие кольца 6, передний уплотнительный бурт 4 колеса 3. На бурте 4 колеса 3 выполнено дополнительное щелевое уплотнение за основным щелевым уплотнением 7. Между щелевыми уплотнениями во входном патрубке 2 на уровне основного щелевого уплотнения выполнена дополнительная полость, гидравлически сообщенная трубопроводом 10 с входом входного патрубка 2. Такое исполнение щелевого уплотнения исключает попадание горячей струи из-за щелевого уплотнения в полость между шнеком 11 и центробежным колесом 3. Исключение попадания горячей струи из-за щелевого уплотнения устраняет вредное влияние этой струи на физические свойства жидкости и на эпюру скоростей на входе в центробежное колесо 3. Особенно ярко этот эффект проявляется при работе на криогенных жидкостях. Изобретение направлено на повышение кавитационных и энергетических характеристик шнекоцентробежного насоса. 6 ил.

Шнекоцентробежный насос, содержащий корпус, входной патрубок, центробежное колесо, шнек, плавающие кольца, передний уплотнительный бурт колеса, отличающийся тем, что на переднем уплотнительном бурте центробежного колеса выполнено 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.