ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС Российский патент 2009 года по МПК F04D9/04 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 по патенту РФ на изобретение №2204737, который содержит крыльчатку и шнек, установленные на одном валу и вращающиеся с одинаковыми угловыми скоростями. 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. Насос имеет плохие антикавитационные свойства из-за больших скоростей вращения шнека.

Известен шнекоцентробежный насос по патенту РФ №2106534 С1, 10.03.1998 г., прототип. Этот шнекоцентробежный насос содержит корпус, крыльчатку со ступицей, установленные на валу, и шнек. 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.

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

Задача создания изобретения - улучшение антикавитационных свойств насоса.

Решение указанной задачи достигнуто за счет того, что шнекоцентробежный насос, содержащий крыльчатку со ступицей, установленную на валу, и шнек, отличается тем, что вал выполнен полым, в ступице выполнены сквозные отверстия, внутри нее установлен дополнительный вал, на одном конце которого со стороны входа в крыльчатку установлены шнек и гидротурбина, внутри дополнительного вала выполнено осевое отверстие, имеющее выход в полость, внутри вала между шнеком и гидротурбиной в дополнительном валу выполнены радиальные отверстия. 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 на фиг.1 и 2, 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 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 шнек 8 и гидротурбина 9. Между торцом гидротурбины 9 и передним торцом ступицы 3 на дополнительном валу установлено контактное кольцо 10, выполненное из антифрикционного материала. Оно необходимо, т.к. ступица 3 и дополнительный вал 6 вращаются с разными частотами. К корпусу 5 подстыкованы входной корпус 11, имеющий полость 12, и выходной корпус 13, имеющий полость 14. Между шнеком 8 и крыльчаткой 2 образована полость 15. Со стороны заднего торца крыльчатки 2 выполнена разгрузочная полость. На заднем торце ступицы 3 крыльчатки 2 выполнено заднее уплотнение 17, предназначенное для ограничения утечек перекачиваемого продукта и разгрузки осевой силы, действующей на подшипник 4. В передней части крыльчатки 2 выполнено переднее уплотнение 18. Переднее уплотнение 18 сводит до минимума утечки перекачиваемого продукта, перетекающие между корпусом 5 и крыльчаткой 2. На ступице 3 крыльчатки 2 выполнены отверстия 19, соединяющие полость внутри крыльчатки 2 и внутреннюю полость 20. Внутренняя полость 20 выполнена внутри вала 1 и сообщается с осевым отверстием 21 внутри дополнительного вала 6. Осевое отверстие 21 сообщается с входом в гидротурбину 9, т.е. с полостью 15 радиальными отверстиями 22. Это необходимо для привода гидротурбины 9, которая, в свою очередь, предназначена для привода шнека 8.

Осевое отверстие 21 и радиальные отверстия 22 образуют канал возврата части расхода перекачиваемого продукта из-за крыльчатки 2 на вход в гидротурбину 9. Если бы был осуществлен перепуск этого расхода продукта на вход в шнек 8, то это бы ухудшило антикавитационные характеристики насоса. Заднее уплотнение 17 ограничивает разгрузочную полость 23.

При включении привода (не показан) раскручивается вал 1 с крыльчаткой 2. Внутри крыльчатки 2 и на выходе из нее повышается давление перекачиваемого продукта.

После прохождения гидротурбины 9 перекачиваемый продукт поступает в крыльчатку 2, а затем его часть через отверстия 19, внутреннюю полость 20 и отверстия 21 и 22 вновь поступает на вход в гидротурбину 9, выполненную в форме шнека, раскручивает его. 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 антикавитационных свойствах насоса в целом и одновременно позволяет спроектировать крыльчатку 2 для работы на очень больших скоростях, что уменьшает вес и габариты насоса. Подбором диаметра отверстия 19 или 22 можно настроить оптимальный режим работы шнека 8. Для этого в отверстия 19 или 22 могут быть ввернуты калиброванные жиклеры (не показано). Это позволит получать одинаковые антикавитационные характеристики насосов при их серийном изготовлении.

Разгрузочная полость 23 в этой схеме не связана с внутренней полостью 20, это позволяет осуществлять доводку системы разгрузки осевых сил и антикавитационных свойств насоса независимо друг от друга, что облегчит доводку очень мощных насосов.

Утечки перекачиваемого продукта, которые прошли через заднее уплотнение 17, могут использоваться для смазки подшипника 4. Давление в разгрузочной полости 23 будет меньше, чем в полости на выходе из насоса 14, 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, удалось 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:

1. Значительно улучшить антикавитационные свойства насоса за счет уменьшения скорости вращения 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 крыльчатки насоса за счет отказа от отверстий в его ступице и усиления ступицы.

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

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 компактного расположения гидротурбины рядом со шнеком.

8. Разгрузить осевые силы, действующие на ротор насоса, на подшипник и на дополнительный подшипник(и), т.к. осевые силы, создаваемые шнеком и гидротурбиной, направлены в противоположные стороны.

9. Устранить утечки перекачиваемого продукта в дренаж.

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

Изобретение относится к насосостроению. Шнекоцентробежный насос содержит крыльчатку 2 со ступицей 3, установленную на валу 1, и шнек 8. Вал 1 выполнен с полостью 20. В ступице 3 выполнены сквозные отверстия 19. Внутри ступицы 3 установлен дополнительный вал 6. На одном конце вала 6 со стороны входа в крыльчатку 2 установлены шнек 8 и гидротурбина 9. Внутри дополнительного вала 6 выполнено осевое отверстие 21, имеющее выход в полость 15 между шнеком 8 и гидротурбиной 9 через радиальные отверстия 22. Между валом 1 и дополнительным валом 6 установлен, по меньшей мере, один промежуточный магнитный подшипник 7. Изобретение направлено на улучшение антикавитационных свойств насоса и повышение его КПД. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Шнекоцентробежный насос, содержащий крыльчатку со ступицей, установленную на валу, и шнек, отличающийся тем, что вал выполнен полым, в ступице выполнены сквозные отверстия, внутри нее установлен дополнительный вал, на одном конце которого со стороны входа в крыльчатку установлены шнек и гидротурбина, внутри дополнительного вала выполнено осевое отверстие, имеющее выход в полость внутри вала между шнеком и гидротурбиной, в дополнительном валу выполнены радиальные отверстия.

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

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