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

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 (RU 2106534 С1, 10.03.1998). Шнек улучшает антикавитационные свойства насоса, т.к. он обладает лучшими антикавитационными свойствами, чем центробежная крыльчатка. Шнек обеспечивает повышение антикавитационных свойств насоса, но он механически связан с рабочим колесом насоса и имеет с ним одинаковую угловую скорость вращения. Однако стремление уменьшить вес и габариты насосов, особенно, в ракетной технике потребовало значительного увеличения частоты вращения ротора, при этом антикавитационные свойства насосов ухудшились. Это не позволило эксплуатировать насос при очень больших угловых скоростях вращения ротора, например 40…100 тыс.об/мин. Применение редукторных схем увеличило бы вес насоса и усложнило его конструкцию.

Задачей изобретения является улучшение антикавитационных свойств насоса.

Технический результат достигается за счет того, что в шнекоцентробежном насосе, содержащем корпус и установленные на валу шнек и крыльчатку, согласно изобретению перед шнеком установлен дополнительный шнек, который выполнен с втулкой и бандажом, между шнеками на бандажах выполнена магнитная муфта, дополнительный 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 - через крышку и контактное кольцо - в торец втулки дополнительного шнека со стороны входа насоса. Магнитная муфта может быть выполнена конической и содержать ведущие магниты на шнеке и ведомые магниты на дополнительном шнеке.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 схематично изображен шнекоцентробежный насос, продольный разрез;

на фиг.2 - узел А на фиг.1;

на фиг.3 - узел Б на фиг.1.

Шнекоцентробежный насос (фиг.1) содержит установленные на валу 1 крыльчатку 2 со ступицей 3 и шнек 4. Крыльчатка 2 и шнек 3 жестко связаны с валом 1, например, посредством шпонки или шлицевого соединения. Перед шнеком 4 на валу 1 установлен с возможностью проскальзывания дополнительный шнек 5. Дополнительный шнек 5 должен быть установлен, по меньшей мере, на одном подшипнике 6. Предпочтительно применить магнитный (магнитные) подшипник(и) 6. Дополнительный шнек 5 имеет втулку 7 и бандаж 8. Шнек 4 также имеет втулку 9 и бандаж 10.

Между шнеком 4 и дополнительным шнеком 5 выполнена коническая магнитная муфта 11, которая содержит ведущие магниты 12 на бандаже 10 шнека 4 и ведомые магниты 13 на бандаже 8 шнека 5 (фиг.2).

Шнек 5 подпружинен со стороны входа насоса пружинами 14 автомата 15 управления нагрузкой дополнительного шнека 5. Автомат 15 управления нагрузкой дополнительного шнека 5 содержит пружину 14, установленную внутри стакана 16. Стакан 16 прижат к валу 1 болтом 17 и закрыт с противоположной стороны крышкой 18 (фиг.3). На торце крышки 18 или и на торцах втулки 7 дополнительного шнека 5 выполнены контактные кольца 19. Контактные кольца 19 необходимы для предотвращения износа торцов втулки 7 дополнительного шнека 5, имеющего частоту вращения, значительно отличающуюся от частоты вращения вала 1 и шнека 4. Крышка 18 зафиксирована от проворота штифтом 20, установленным в стакане 16 и выступающим в продольном пазу «В» для обеспечения осевого перемещения крышки 18 относительно стакана 17, что необходимо для работы автомата 15 управления нагрузкой дополнительного шнека 5.

Вал 1 установлен в основном подшипнике 21 (фиг.1), который, в свою очередь установлен в корпусе 22. К корпусу 22 подстыкован входной корпус 23 с входной полостью «Г» и выходной корпус 24 с выходной полостью «Д», между шнеками 4 и 5 выполнена полость «Е». На заднем торце ступицы 3 крыльчатки 2 выполнено заднее уплотнение 25, отделяющее выходную полость «Д» от разгрузочной полости «Ж». Разгрузочная полость «Ж» позволяет уменьшить осевое усилие на основной подшипник 21.

При работе пружина 15 упирается одним торцом в торец стакана 16, другим - в торец крышки 19 и далее максимально сближает ведущий и ведомый магниты 12 и 13 магнитной муфты 11. При этом зазор δ (фиг.3) уменьшается, и мощность, передаваемая магнитной муфтой 11, возрастает. При запуске насоса дополнительный шнек 5 вращается практически с той же скоростью, что и крыльчатка 2 и шнек 4, что благоприятно сказывается на антикавитационных свойствах насоса. При выходе шнекоцентробежного насоса на максимальный режим давление перекачиваемого продукта в полости «Е» будет больше, чем это необходимо из условия отсутствия кавитации на входе в шнек 4. Но в то же время из-за большой скорости вращения дополнительного шнека 5 могут создаться условия возникновения кавитации на входе в дополнительный шнек 5. Повышенное давление в полости «Е» создаст осевое усилие и переместит дополнительный шнек 5 в сторону входа в насос, при этом сожмется пружина 14 и дальнейшее перемещение дополнительного шнека 5 прекратится. Зазор δ между ведомыми магнитами 12 и ведущими магнитами 13 магнитной муфты 11 увеличится, и автоматически уменьшится крутящий момент (мощность), передаваемый с вала 1 на дополнительный шнек 5. Частота вращения дополнительного шнека 5 уменьшится и улучшатся условия для предотвращения кавитации на входе в дополнительный шнек 5.

При падении давления в полости «Е» происходит обратный процесс, т.е. дополнительный шнек 5 перемещается в сторону крыльчатки 2, тем самым процесс регулирования нагрузки на магнитную муфту 11 будет полностью автоматизирован. Это значительно улучшит антикавитационные свойства насоса. Например, при частоте вращения вала 100000 об/мин можно получить скорость вращения дополнительного 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 позволит:

1. Значительно улучшить кавитационные свойства насоса за счет уменьшения скорости вращения дополнительного шнека, применять консольную схему и размещать пружины автомата управления нагрузкой шнека внутри стакана на валу.

2. Спроектировать насос очень большой мощности за счет размещения магнитной муфты на большом диаметре и на большой конической поверхности: на наружной и внутренней поверхностях бандажа шнеков.

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 антикавитационных 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 преимущественно в турбонасосных агрегатах ЖРД. Шнекоцентробежный насос содержит корпус и установленные на валу шнек и крыльчатку. Перед шнеком установлен дополнительный шнек, который выполнен с втулкой и бандажом. Между шнеками на бандажах выполнена магнитная муфта. Дополнительный 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 - через крышку и контактное кольцо - в торец втулки дополнительного шнека со стороны входа насоса. Магнитная муфта может быть выполнена конической и содержать ведущие магниты на шнеке и ведомые магниты на дополнительном шнеке. Изобретение направлено на улучшение антикавитационных свойств насоса. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Шнекоцентробежный насос, содержащий корпус и установленные на валу шнек и крыльчатку, отличающийся тем, что перед шнеком установлен дополнительный шнек, который выполнен с втулкой и бандажом, между шнеками на бандажах выполнена магнитная муфта, дополнительный 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 через крышку и контактное кольцо - в торец втулки дополнительного шнека со стороны входа насоса.

3. Шнекоцентробежный насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что магнитная муфта выполнена конической и содержит ведущие магниты на шнеке и ведомые магниты на дополнительном шнеке.