ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС Российский патент 2009 года по МПК F04D9/04 F04D13/02 F04D29/48 

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 и крыльчатку. 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 ос ним одинаковую 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.

Изобретение направлено на улучшение кавитационных свойств насоса.

Технический результат достигается за счет того, что шнекоцентробежный насос, содержащий корпус и установленные на валу шнек и крыльчатку, согласно изобретению шнек выполнен с бандажом, между торцом бандажа шнека и торцом крыльчатки выполнена магнитная муфта, а между валом и шнеком установлен магнитный подшипник, шнек установлен с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны входа насоса пружиной автомата управления нагрузкой шнека, установленной на валу. Пружина может быть установлена внутри стакана и упираться с одной стороны в его внутренний торец, а с другой в торец втулки шнека со стороны входа насоса.

На чертеже схематично изображен шнекоцентробежный насос, продольный разрез.

Шнекоцентробежный насос содержит установленные на валу 1 крыльчатку 2 со ступицей 3, шнек 4 с втулкой 5 и бандажом 6, образующие ротор. Ротор установлен консольно на подшипнике 7 внутри корпуса 8. Корпус 8 содержит входной патрубок 9 с полостью «Б» и выходной патрубок 10 с полостью «Г». Между крыльчаткой 2 и шнеком 4 (между торцами бандажа и торцом крыльчатки) выполнена магнитная муфта 11, которая содержит ведущие магниты 12 на торце крыльчатки 2 и ведомые магниты 13 на торце бандажа 6. Шнек 4 установлен на валу 1 на магнитном подшипнике 14. Магнитный подшипник 14 содержит магниты вала 15 и магниты шнека 16, обращенные друг к другу одноименными магнитными полюсами. На заднем торце крыльчатки 2 выполнено уплотнение 17, предназначенное для ограничения утечек перекачиваемого продукта и разгрузки осевой силы на подшипник 7.

Шнек 4, точнее его бандаж 6, подпружинен со стороны, противоположной магнитной муфте 11, пружинами 18 автомата управления нагрузкой шнека 19, установленными внутри стакана 20, прикрепленного к торцу вала 1 со стороны входа в насос болтом 21. При работе пружина 18 упирается одним торцом в торец стакана 20 и далее максимально сближает ведущий и ведомый магниты 13 и 12 магнитной муфты 11. При запуске насоса шнек 4 вращается с той же скоростью, что и крыльчатка 2, что благоприятно сказывается на кавитационных свойствах насоса. При выходе шнекоцентробежного насоса на максимальный режим давление перекачиваемого продукта в полости «Б» будет больше, чем это необходимо из условия отсутствия кавитации на входе в крыльчатку 2. Но в то же время из-за большой скорости вращения шнека 4 создадутся условия возникновения кавитации на входе в шнек 4. Повышенное давление в полости «Б» переместит шнек 4 в сторону входа в насос, при этом сожмутся пружины 18, и дальнейшее перемещение прекратится. Зазор 6 между ведомыми магнитами 13 и ведущими магнитами 12 магнитной муфты 11 увеличится, и автоматически уменьшится момент, передаваемый с крыльчатки 2 на шнек 6. Частота вращения шнека 4 уменьшится, и улучшатся условия для предотвращения кавитации на входе в шнек 4.

При падении давления в полости «Б» происходит обратный процесс.

Это значительно улучшит кавитационные свойства насоса, например при частоте вращения вала 10000 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.

Применение изобретения позволяет:

1) значительно улучшить кавитационные свойства насоса за счет уменьшения скорости вращения шнека, применения консольной схемы и размещения пружин автомата управления нагрузкой шнека внутри стакана на валу;

2) спроектировать насос очень большой мощности за счет размещения магнитной муфты на большом диаметре: на торце бандажа шнека;

3) предотвратить срыв потока перекачиваемого компонента в насосе вследствие кавитации на его входе;

4) создать насос с минимальным весом и габаритами при большом напоре и производительности, что имеет первостепенное значение в ракетной технике;

5) обеспечить автоматическое регулирование кавитационных свойств насоса;

6) улучшить смазку магнитных подшипников;

7) разгрузить осевые силы, действующие на ротор насоса;

8) уменьшить утечки перекачиваемого продукта на вход в насос.

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в турбонасосных агрегатах ЖРД. Шнекоцентробежный насос содержит корпус и установленные на валу шнек и крыльчатку. Шнек выполнен с бандажом. Между торцом бандажа шнека и торцом крыльчатки выполнена магнитная муфта, а между валом и шнеком установлен магнитный подшипник. Шнек установлен с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны входа насоса пружиной автомата управления нагрузкой шнека, установленной на валу. Пружина установлена внутри стакана и упирается с одной стороны в его внутренний торец, а с другой в торец втулки шнека со стороны входа насоса. Изобретение направлено на улучшение кавитационных свойств насоса. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Шнекоцентробежный насос, содержащий корпус и установленные на валу шнек и крыльчатку, отличающийся тем, что шнек выполнен с бандажом, между торцом бандажа шнека и торцом крыльчатки выполнена магнитная муфта, а между валом и шнеком установлен магнитный подшипник, шнек установлен с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны входа насоса пружиной автомата управления нагрузкой шнека, установленной на валу.

2. Шнекоцентробежный насос по п.1, отличающийся тем, что пружина установлена внутри стакана и упирается с одной стороны в его внутренний торец, а с другой - в торец втулки шнека со стороны входа насоса.