ШНЕКОВЫЙ НАСОС Российский патент 2009 года по МПК F04D3/02 F04D29/66 F04D13/04 

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано преимущественно для перекачки жидкостей, не содержащих абразивных включений, в любых отраслях техники.

Известен шнекоцентробежный насос, который содержит крыльчатку и шнек, установленные на одном валу и вращающиеся с одинаковыми угловыми скоростями (RU 2204737 С1, 20.05.2003). Это является недостатком насоса, т.к. для высокооборотного насоса шнек начинает лимитировать антикавитационные свойства насоса. Уменьшить частоту вращения шнека при помощи применения редуктора было бы нецелесообразно, т.к. привело бы к усложнению конструкции устройства и увеличению его веса. Кроме того, в этом насосе применен перепуск перекачиваемой жидкости из импеллера на вход в насос. Это дополнительно ухудшает антикавитационные свойства насоса, потому что проходящая через импеллер часть перекачиваемого продукта нагревается. Известно, что отрицательное влияние на антикавитационные свойства насоса оказывают:

- высокая температура перекачиваемого продукта,

- низкое давление,

- большие скорости вращения.

Известен шнекоцентробежный насос по патенту РФ на изобретение №2094660, 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 имеет плохие антикавитационные свойства из-за больших скоростей вращения шнека.

Известен шнекоцентробежный насос, содержащий корпус, крыльчатку и шнек, установленные на валу (RU 2106534 С1, 10.03.1998). Шнек улучшает антикавитационные свойства насоса, т.к. он обладает лучшими антикавитационными свойствами, чем центробежная крыльчатка. Шнек обеспечивает улучшение антикавитационных свойств насоса, но он механически связан с рабочим колесом насоса и имеет одинаковую с ним угловую скорость вращения. Это не позволяет спроектировать и эксплуатировать насос на очень больших оборотах, например 40…100 тыс. об/мин, поэтому такие насосы в настоящее время практически не применяются. Наиболее подвержена кавитации внешняя входная кромка крыльчатки 2, имеющая относительно высокие скорости вращения и низкое давление перекачиваемого продукта.

Наиболее близким к изобретению является шнековый насос, содержащий основной шнек с втулкой, установленный в корпусе на валу (RU 2101574 С1, 10.01.1998).

Недостатками этого насоса являются его плохие антикавитационные свойства и небольшой напор, создаваемый им по сравнению с центробежными насосами, и низкий КПД.

Задачей изобретения является улучшение антикавитационных свойств насоса и повышение его напора и КПД.

Технический результат достигается за счет того, что в шнековом насосе, содержащем основной шнек с втулкой, установленный в корпусе на валу, согласно изобретению вал выполнен пустотелым, внутри него установлен дополнительный вал, на конце которого со стороны входа в основной шнек установлены гидротурбина и дополнительный шнек, внутри дополнительного вала выполнено осевое отверстие, имеющее выход в полость между гидротурбиной и дополнительным шнеком. Между валом и дополнительным валом может быть установлен, по меньшей мере, один промежуточный подшипник. Один или все промежуточные подшипники могут быть выполнены магнитными.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 схематично изображен шнековый насос;

на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Шнековый насос (фиг.1) содержит вал 1, который выполнен пустотелым. На валу 1 установлен основной шнек 2, имеющий втулку 3. Вал 1 установлен на подшипнике 4 в корпусе 5. Дополнительный вал 6 проходит внутри ступицы 3 и установлен, по меньшей мере, на одном промежуточном подшипнике 7, который установлен внутри ступицы 3. Подшипник 7 может быть любого типа, например игольчатый, или подшипник скольжения, или магнитная опора (магнитный подшипник). На одном конце дополнительного вала 6, со стороны входа в насос, установлены дополнительный шнек 8 и гидротурбина 9. Дополнительный шнек 8 и гидротурбина 9 установлены на общей втулке 10, соединенной с дополнительным валом 6, например, шпонкой или шлицами (на фиг.1 и 2 не показано).

К корпусу 5 подстыкованы входной корпус 11, имеющий входную полость «Б», и выходной корпус 12, имеющий выходную полость «В». Между дополнительным шнеком 8 и гидротурбиной 9 образована полость «Г», а между гидротурбиной 9 и основным шнеком 2 образована полость «Д». Внутри вала 1 выполнена внутренняя полость «Е», в валу 1 выполнены отверстия «Ж», соединяющие полости «В» и «Е». Полость «Е» сообщается с осевым отверстием «И» внутри дополнительного вала 6. Осевое отверстие «И» сообщается с входом в шнек 8, т.е. с полостью «Д», через радиальные отверстия «К», кольцевую полость «Л» и наклонные отверстия «М». Это необходимо для перепуска части перекачиваемого продукта для привода гидротурбины 9 и дополнительного шнека 8, который, в свою очередь, повышает давление перекачиваемого продукта на входе в основной шнек 2 для улучшения его антикавитационных свойств.

Осевое отверстие «И», радиальные отверстия «К», кольцевая полость «Л» и наклонные отверстия «М» образуют канал перепуска части расхода перекачиваемого продукта на вход в гидротурбину 9 для ее привода. Если бы был осуществлен перепуск этого расхода продукта на вход в дополнительный шнек 8, то это бы ухудшило антикавитационные характеристики насоса. На валу 1 установлено заднее уплотнение 14.

При включении привода (не показан) раскручивается вал 1 с основным шнеком 2. На выходе из основного шнека 2 повышается давление перекачиваемого продукта, и его часть (10…15%) через отверстия «Ж» поступает в полость «Е», потом через осевое отверстие «И», радиальные отверстия «К», кольцевую полость «М» и наклонные отверстия «М» возвращается на вход в гидротурбину 9. Дополнительный вал 6 вследствие небольшого расхода перекачиваемого продукта, проходящего через гидротурбину 9 (10…15% от общего расхода), вращается значительно медленнее, чем вал 1, т.е. гидротурбина 9 и дополнительный шнек 8 вращаются с меньшими оборотами, чем крыльчатка 2. Это благоприятно сказывается на антикавитационных свойствах насоса в целом и одновременно позволяет спроектировать основной шнек 2 для работы на очень больших скоростях, что уменьшает вес и габариты насоса. Подбором диаметра отверстия «Ж», или «К», или «М» можно настроить оптимальный режим работы дополнительного шнека 8. Для этого в отверстия «Ж», или «К», или «М» могут быть ввернуты калиброванные жиклеры (не показано). Это позволит получать одинаковые антикавитационные характеристики насосов при их серийном изготовлении.

Утечки перекачиваемого продукта, которые прошли через заднее уплотнение 14, могут использоваться для смазки подшипника 4 или сбрасываться в дренаж или на вход в насос, если подшипник 4 не смазывается перекачиваемым продуктом. Схема позволяет разгрузить осевые силы, действующие на дополнительные подшипники 7, т.к. осевые силы, создаваемые гидротурбиной 9 и дополнительным шнеком 8, направлены в противоположные стороны.

Применение изобретения позволяет:

1. Значительно улучшить антикавитационные свойства насоса за счет уменьшения скорости вращения дополнительного шнека и применения консольной схемы.

2. Повысить КПД насоса за счет возврата утечек перекачиваемого продукта на вход в насос.

3. Облегчить доводку насоса путем отдельной доводки системы разгрузки осевых сил и антикавитационных свойств насоса.

4. Повысить прочность насоса за счет отказа от центробежной крыльчатки.

5. Спроектировать насос очень большой мощности за счет повышения частоты вращения основного шнека.

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

7. Создать насос с минимальным весом и габаритами при большом напоре и производительности за счет совмещения функций гидротурбины и насоса шнеком, что приведет к уменьшению числа деталей, упрощению сборки и уменьшению осевых габаритов насоса.

8. Разгрузить осевые силы, действующие на дополнительный подшипник(и), т.к. осевые силы, создаваемые шнеком незначительны.

9. Устранить утечки перекачиваемого продукта в дренаж.

10. Обеспечить при необходимости смазку и охлаждение всех подшипников насоса перекачиваемым продуктом.

Изобретение относится к насосостроению. Шнековый насос содержит основной шнек с втулкой, установленный в корпусе на валу. Вал выполнен пустотелым, внутри него установлен дополнительный вал, на конце которого со стороны входа в основной шнек установлены гидротурбина и дополнительный шнек. Внутри дополнительного вала выполнено осевое отверстие, имеющее выход в полость между гидротурбиной и дополнительным шнеком. Между валом и дополнительным валом установлен, по меньшей мере, один промежуточный подшипник. Один или все промежуточные подшипники выполнены магнитными. Изобретение направлено на улучшение антикавитационных свойств насоса и повышение его КПД. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Шнековый насос, содержащий основной шнек с втулкой, установленный в корпусе на валу, отличающийся тем, что вал выполнен пустотелым, внутри него установлен дополнительный вал, на конце которого со стороны входа в основной шнек установлены гидротурбина и дополнительный шнек, внутри дополнительного вала выполнено осевое отверстие, имеющее выход в полость между гидротурбиной и дополнительным шнеком.

2. Шнековый насос по п.1, отличающийся тем, что между валом и дополнительным валом установлен, по меньшей мере, один промежуточный подшипник.

3. Шнековый насос по п.2, отличающийся тем, что один или все промежуточные подшипники выполнены магнитными.