ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС Российский патент 2009 года по МПК F04D9/04 

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано преимущественно в турбонасосных агрегатах жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Известен шнекоцентробежный насос, содержащий разъемный корпус, центробежные рабочие колеса (крыльчатки), шнек, вал и опорные узлы в виде подшипников скольжения и качения (RU 2094660 С1, 27.10.1997). Насос не предназначен для системы топливопитания ЖРД.

Наиболее близким к изобретению является шнекоцентробежный насос, содержащий корпус и установленные на валу шнек с втулкой, имеющей конический участок и крыльчатку, содержащую ступицу с внутренней полостью (RU 2106534 С1, 10.03.1998). 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 одинаковую с ним угловую скорость вращения. Это не позволяет эксплуатировать насос на очень больших оборотах, например 40…100 тыс. об/мин, поэтому такие насосы не применимы в ракетной технике.

Задачей изобретения является улучшение кавитационных свойств насоса.

Технический результат достигается за счет того, что в шнекоцентробежном насосе, содержащем корпус и установленные на валу шнек с втулкой, имеющей конический участок и крыльчатку, содержащую ступицу с внутренней полостью, согласно изобретению между коническим участком втулки шнека и крыльчаткой выполнена коническая магнитная муфта, а между валом и шнеком установлены два магнитных подшипника, шнек установлен с возможностью осевого перемещения и подпружинен в сторону, противоположную входу в насос. Пружина может быть установлена внутри ступицы крыльчатки и упираться с одной стороны в торец ступицы, а с другой во фланец шнека. Ступица крыльчатки может быть закреплена на валу посредством фланца, в котором проделаны сквозные отверстия.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображен шнекоцентробежный насос, продольный разрез.

Шнекоцентробежный насос содержит установленные на валу 1 крыльчатку 2 со ступицей 3, шнек 4 с втулкой 5, имеющей конический участок, образующие ротор. Ротор установлен консольно на подшипнике 6 внутри корпуса 7. Корпус 7 содержит входной патрубок 8 и выходной патрубок 9. Между крыльчаткой 2 и шнеком 4 (между их торцами) выполнена коническая магнитная муфта 10, содержащая ведущие магниты 11 на торце крыльчатки 2 и ведомые магниты 12 на торце шнека 4. Шнек 4 установлен на валу 1 на двух магнитных подшипниках 13. Магнитный подшипник 13 содержит магниты 14 вала и магниты 15 шнека, обращенные друг к другу одноименными магнитными полюсами. Шнек 4 подпружинен со стороны, противоположной магнитной муфте 7, пружиной 16. Внутри входного патрубка 8 выполнена полость «Б». За шнеком 4 по потоку жидкости образована полость «В». Внутри выходного патрубка выполнена полость «Г».

Пружина 16 упирается одним торцом в ступицу 3, а другим во фланец 17, закрепленный на втулке 5 при помощи винтов 18. Ступица 3 крепится к силовому фланцу 19 болтами 20. В силовом фланце выполнены отверстия «Д», соединяющие заднюю полость «Е» насоса и внутреннюю полость «Ж» ступицы 3. Крыльчатка 2 имеет уплотнение 21. При проектировании насоса следует выполнить расчеты шнека таким образом, чтобы обеспечить на расчетном режиме проскальзывание шнека 3 относительно вала 1 до 5…10%, что позволит обеспечить его окружную скорость вращения в 10…20 раз меньше, чем скорость вращения крыльчатки 2. Это значительно улучшит кавитационные свойства насоса, например, при частоте вращения вала 100000 об/мин можно получить скорость вращения шнека 5 порядка 5000…10000 об/мин, т.е. предельную по кавитационным свойствам шнека скорость. При этом на одной ступени центробежного насоса будет получено максимально возможное повышение давления при минимальном весе и габаритах насоса, что имеет решающее значение для ракетных двигателей.

Регулирование работы шнека 4 происходит автоматически. При увеличении давления в полости «В» до уровня, достаточного, чтобы на входе в крыльчатку 2 не происходила кавитация, шнек 4 под действием осевого усилия передвигается в сторону входа насоса, сжимая пружину 16, при этом зазор 8 между ведомыми 10 и ведущими магнитами 11 конической магнитной муфты 10 увеличивается, магнитная связь между ними ослабевает, и частота вращения шнека 4 снижается, что благоприятно с точки зрения предотвращения кавитации на входе в шнек 4. При этом шнек 4 будет вращаться со скоростью в 5…10 раз меньшей, чем крыльчатка 2.

Утечки перекачиваемого продукта из полости «Е» через отверстия «Е» поступают во внутреннюю полость ступицы «Ж» и далее через зазоры в магнитных подшипниках на вход насоса.

Применение изобретения позволяет:

1. Значительно улучшить кавитационные свойства насоса за счет уменьшения скорости вращения шнека, применения консольной схемы и размещения пружины 16 внутри ступицы.

2. Предотвратить срыв потока перекачиваемого компонента в насосе вследствие кавитации на его входе.

3. Создать насос с минимальным весом и габаритами при большом напоре и производительности, что имеет первостепенное значение в ракетной технике.

4. Обеспечить автоматическое регулирование кавитационных свойств насоса.

5. Улучшить смазку магнитных подшипников.

6. Разгрузить осевые силы, действующие на ротор насоса.

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано преимущественно в турбонасосных агрегатах ЖРД. Шнекоцентробежный насос содержит корпус и установленные на валу шнек с втулкой и крыльчатку. Втулка имеет конический участок, крыльчатка содержит ступицу с внутренней полостью. Между коническим участком втулки и крыльчаткой выполнена коническая магнитная муфта. Между валом и шнеком установлены два магнитных подшипника. Шнек установлен с возможностью осевого перемещения и подпружинен в сторону, противоположную входу в насос. Пружина установлена внутри ступицы крыльчатки и упирается с одной стороны в торец ступицы, а с другой во фланец шнека. Ступица крыльчатки закреплена на валу посредством фланца, в котором проделаны сквозные отверстия. Изобретение направлено на улучшение кавитационных свойств насоса. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Шнекоцентробежный насос, содержащий корпус и установленные на валу шнек с втулкой, имеющей конический участок и крыльчатку, содержащую ступицу с внутренней полостью, отличающийся тем, что между коническим участком втулки шнека и крыльчаткой выполнена коническая магнитная муфта, а между валом и шнеком установлены два магнитных подшипника, шнек установлен с возможностью осевого перемещения и подпружинен в сторону, противоположную входу в насос.

2. Шнекоцентробежный насос по п.1, отличающийся тем, что пружина установлена внутри ступицы крыльчатки и упирается с одной стороны в торец ступицы, а с другой во фланец шнека.

3. Шнекоцентробежный насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что ступица крыльчатки закреплена на валу посредством фланца, в котором проделаны сквозные отверстия.