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). Известный насос не предназначен для системы топливопитания ЖРД.

Наиболее близким к изобретению является шнекоцентробежный насос, содержащий корпус и установленные на валу крыльчатку со ступицей и шнек (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 позволяет 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 создания изобретения является улучшение антикавитационных свойств насоса.

Технический результат достигается за счет того, что в шнекоцентробежном насосе, содержащем корпус и установленные на валу крыльчатку со ступицей и шнек, согласно изобретению шнек установлен на дополнительном валу, он установлен с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны выхода насоса пружиной, установленной на дополнительном валу, внутри ступицы крыльчатки выполнена внутренняя полость, в которой размещены сопловой аппарат и рабочее колесо гидротурбины, соединенной через магнитную муфту с дополнительным валом.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично изображен шнекоцентробежный насос в разрезе.

Шнекоцентробежный насос содержит установленную на валу 1 крыльчатку 2 со ступицей 3. Вал 1 установлен на подшипнике 4. Шнек 5 установлен на дополнительном валу 6. Крыльчатка 3 жестко связана с валом 1, например, посредством шпонки или шлицевого соединения. Дополнительный вал 6 выполнен внутри вала 1 с возможностью проскальзывания, т.е. вращения с различной частотой. Концентрично дополнительному валу 6 установлена втулка 7, на которой выполнено рабочее колесо 8 гидротурбины. Перед рабочим колесом 8 гидротурбины установлен сопловой аппарат 9 гидротурбины, который крепится внутри вала 1 во внутренней полости 10. Внутренняя полость 10 отверстиями 11, выполненными радиально в валу 1, сообщается с разгрузочной полостью 12. Внутренняя полость 10 сообщается также при помощи отверстий 13 с полостью крыльчатки 2.

Между дополнительным валом 6 и втулкой 7 выполнена магнитная муфта 14. Дополнительный вал 6 подпружинен с торца пружиной 15.

Подшипник 4 установлен в корпусе 16. К корпусу 16 подстыкован входной корпус 17 с входной полостью 18 и выходной корпус 19 с выходной полостью 20. Между шнеком 5 и крыльчаткой 2 выполнена полость 21. На заднем торце ступицы 3 крыльчатки 2 выполнено заднее уплотнение 22, отделяющее выходную полость 20 от разгрузочной полости 12. Разгрузочная полость 12 позволяет уменьшить осевое усилие на основной подшипник 4.

При запуске насоса шнек 5 вращается практически с той же скоростью, что и крыльчатка 2 за счет поджатия пружины 15, что благоприятно сказывается на антикавитационных свойствах насоса. При выходе шнекоцентробежного насоса на максимальный режим давление перекачиваемого продукта в полости 21 будет больше, чем это необходимо из условия отсутствия кавитации на входе в шнек 5. Повышенное давление в полости 21 создаст осевое усилие и переместит шнек 5 в сторону входа в насос, при этом сожмется пружина 15, и дальнейшее перемещение шнека 5 прекратится, но дополнительный вал 6 будет вращаться с меньшим числом оборотов, чем вал 1.

При падении давления в полости 21 происходит обратный процесс, т.е. шнек 5 перемещается в сторону крыльчатки 2, тем самым процесс регулирования нагрузки будет полностью автоматизирован. Это значительно улучшит антикавитационные свойства насоса, например, при частоте вращения вала 100000 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 пружины автомата управления нагрузкой шнека внутри стакана на валу.

2. Повысить КПД насоса за счет уменьшения утечек в зазорах.

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. Разгрузить осевые силы, действующие на ротор насоса.

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано преимущественно в турбонасосных агрегатах ЖРД. Шнекоцентробежный насос содержит корпус 16, крыльчатку 2 со ступицей 3, установленные на валу 1, и шнек 5. Шнек 5 установлен на дополнительном валу 6. Вал 6 установлен с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны выхода насоса пружиной 15, установленной на дополнительном валу 6. Внутри ступицы 3 крыльчатки 2 выполнена внутренняя полость 10, в которой размещены сопловой аппарат 9 и рабочее колесо 8 гидротурбины, соединенное через магнитную муфту 14 с дополнительным валом 6. Изобретение направлено на улучшение антикавитационных свойств насоса. 1 ил.

Шнекоцентробежный насос, содержащий корпус и установленные на валу крыльчатку со ступицей и шнек, отличающийся тем, что шнек установлен на дополнительном валу, он установлен с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны выхода насоса пружиной, установленной на дополнительном валу, внутри ступицы крыльчатки выполнена внутренняя полость, в которой размещены сопловой аппарат и рабочее колесо гидротурбины, соединенной через магнитную муфту с дополнительным валом.