ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС Российский патент 2009 года по МПК F04D9/04 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, 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 кавитационные свойства.

Наиболее близким к изобретению является шнекоцентробежный насос, содержащий крыльчатку со ступицей, установленную на валу, и шнек (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 с ним одинаковую угловую скорость вращения. Это не позволяет эксплуатировать насос на очень больших оборотах, например 40…100 тыс. об/мин, поэтому такие насосы в настоящее время не применяются.

Кроме того, утечки через заднее уплотнение крыльчатки сбрасываются в дренаж, что ухудшает КПД насоса.

Задачей изобретения является улучшение кавитационных свойств насоса и повышение его КПД.

Технический результат достигается за счет того, что в шнекоцентробежном насосе, содержащем крыльчатку со ступицей, установленную на валу, и шнек, согласно изобретению вал выполнен полым, внутри него установлен дополнительный вал, на одном конце которого установлен шнек, внутри дополнительного вала установлено рабочее колесо гидротурбины в форме шнека и выполнен канал возврата перекачиваемого продукта из гидротурбины на вход насоса, а внутри вала на коническом выступе, выполненном вдоль его оси, установлен сопловой аппарат гидротурбины. Между валом и дополнительным валом может быть установлен, по меньшей мере, один промежуточный подшипник. Промежуточный подшипник может быть выполнен магнитным.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

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

на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Шнекоцентробежный насос (фиг.1) содержит вал 1, который выполнен пустотелым. На валу 1 установлена крыльчатка 2 со ступицей 3. Вал 1 установлен на подшипнике 4 в корпусе 5. Дополнительный вал 6 проходит внутри вала 1 и установлен, по меньшей мере, на одном промежуточном подшипнике 7, который установлен внутри ступицы 3. На одном конце дополнительного вала 6, со стороны входа в насос, установлен шнек 8, а внутри промежуточного вала установлено и жестко с ним связано рабочее колесо гидротурбины 9. Внутри вала 1 на коническом выступе 10 установлен сопловой аппарат 11 гидротурбины 9. К корпусу 5 подстыкованы входной корпус 12, имеющий полость Б, и выходной корпус 13, имеющий полость В. Между шнеком 8 и крыльчаткой 2 образована полость Г. Со стороны заднего торца крыльчатки 2 выполнена разгрузочная полость Д. На заднем торце ступицы 3 крыльчатки 2 выполнено заднее уплотнение 14, предназначенное для ограничения утечек перекачиваемого продукта и разгрузки осевой силы, действующей на подшипник 4. В передней части крыльчатки 2 выполнено переднее уплотнение 15. Переднее уплотнение 15 сводит до минимума утечки перекачиваемого продукта, перетекающие между корпусом 5 и крыльчаткой 2. На ступице 3 крыльчатки 2 выполнены отверстия Е, сообщающие полость внутри крыльчатки 2 и внутреннюю полость Ж. На торце вала 1 выполнен конический выступ 10, на котором закреплен сопловой аппарат 11 гидротурбины 9. Внутренняя полость Ж сообщается с осевым отверстием И внутри дополнительного вала 6. Осевое отверстие И сообщается с входом в крыльчатку 2, т.е. с полостью Г, радиальными отверстиями К.

Осевое отверстие И и радиальные отверстия К образуют канал возврата перекачиваемого продукта из рабочего колеса гидротурбины 9 на вход в крыльчатку 2. Если бы был осуществлен перепуск этого расхода продукта на вход в шнек 8, то это бы ухудшило кавитационные характеристики насоса. Между крыльчаткой 2 и шнеком 8 может быть установлен направляющий козырек 16, выполненный с радиусным участком для того, чтобы расход перекачиваемого продукта, проходящий через рабочее колесо центростремительной гидротурбины 9, смешивался с основным расходом перекачиваемого продукта без образования вихрей, приводящих к снижению КПД насоса.

При включении привода (не показан) раскручивается вал 1 с крыльчаткой 2. Внутри крыльчатки 2 и на выходе из нее повышается давление перекачиваемого продукта, и его часть (10%…15%) через отверстия Е поступает во внутреннюю полость Ж. Потом через сопловой аппарат 11 гидротурбины 9 и через отверстие И дополнительного вала 6 продукт поступает на вход в рабочее колесо гидротурбины 9, выполненное в форме шнека, раскручивает его, далее проходит в выходную полость осевого отверстия И и потом по радиальным отверстиям К (фиг.1 и 2) возвращается на вход в крыльчатку 2. Наличие направляющего козырька 16 с радиусным участком позволяет ввести этот расход перекачиваемого продукта в основной расход перекачиваемого продукта практически параллельно оси насоса, т.е. без дополнительных потерь, возникающих при смешении потоков, направленных под большим углом друг к другу. 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. шнек 8 вращается с меньшими оборотами, чем крыльчатка 2. Это благоприятно сказывается на кавитационных свойствах насоса в целом и одновременно позволяет спроектировать крыльчатку 2 для работы на очень больших скоростях, что уменьшает вес и габариты насоса. Подбором диаметра отверстий Е можно настроить оптимальный режим работы шнека 8. Для этого в отверстия Е могут быть ввернуты калиброванные жиклеры (на фиг.1 и 2 не показано). Это позволит получать одинаковые кавитационные характеристики насосов при их серийном изготовлении.

Разгрузочная полость Д в этой схеме не связана с внутренней полостью Ж, это позволяет осуществлять доводку системы разгрузки осевых сил и кавитационных свойств насоса независимо друг от друга, что облегчит доводку очень мощных насосов.

Утечки перекачиваемого продукта, которые прошли через заднее уплотнение 13, могут использоваться для смазки подшипника 4. Давление в разгрузочной полости Д будет меньше, чем в полости на выходе из насоса В, это позволит уменьшить осевую силу, действующую на подшипник 4 в сторону входа в насос, и в идеальном случае разгрузить осевое усилие до нулевого значения. Кроме того, удается разгрузить осевые силы, действующие на дополнительный подшипник 7, т.к. осевые силы, создаваемые шнеком 8 и гидротурбиной 9 направлены в противоположные стороны.

Применение изобретения позволит следующее.

Значительно улучшить кавитационные свойства насоса за счет уменьшения скорости вращения шнека и применения консольной схемы.

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

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

Повысить прочность крыльчатки насоса за счет отказа от отверстий в его ступице и усиления ступицы.

Спроектировать насос очень большой мощности за счет повышения частоты вращения крыльчатки.

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

Создать насос с минимальным весом и габаритами при большом напоре и производительности за счет компактного расположения гидротурбины, имеющей форму шнека внутри дополнительного вала.

Разгрузить осевые силы, действующие на ротор насоса, на подшипник и на дополнительный подшипник, т.к. осевые силы, создаваемые шнеком и гидротурбиной, направлены в противоположные стороны. Устранить утечки перекачиваемого продукта в дренаж.

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

Изобретение относится к насосостроению. Шнекоцентробежный насос содержит крыльчатку со ступицей, установленную на валу, и шнек. Вал выполнен полым, внутри него установлен дополнительный вал. На одном конце дополнительного вала установлен шнек, на противоположном конце - гидротурбина. Против турбины в ступице крыльчатки выполнены отверстия. Между ступицей крыльчатки и дополнительным валом выполнен канал возврата перекачиваемого продукта из гидротурбины на вход насоса. Между валом и дополнительным валом установлен, по меньшей мере, один подшипник. Изобретение направлено на улучшение кавитационных свойств насоса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Шнекоцентробежный насос, содержащий крыльчатку со ступицей, установленную на валу, и шнек, отличающийся тем, что вал выполнен полым, внутри него установлен дополнительный вал, на одном конце которого установлен шнек, на противоположном конце дополнительного вала установлено рабочее колесо центростремительной гидротурбины, против которой на валу установлен сопловой аппарат гидротурбины типа «беличье колесо», внутри дополнительного вала выполнен канал возврата перекачиваемого продукта из гидротурбины на вход насоса.

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