ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС Российский патент 2010 года по МПК F04D9/04 F04D13/04 

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

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 кавитационные свойства.

Наиболее близким к изобретению является шнекоцентробежный насос по патенту РФ №2106534, МПК6 F04D 13/04, опубл. 10.03.1998. Известный шнекоцентробежный насос содержит корпуса, крыльчатку со ступицей, установленную на валу, который установлен на подшипнике, защищенным уплотнением, и шнек. 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.

Задача изобретения - улучшение кавитационных свойств насоса.

Решение указанной задачи и технический результат достигаются за счет того, что в шнекоцентробежном насосе, содержащем корпуса, крыльчатку со ступицей, установленную на валу, который установлен на подшипнике, защищенном уплотнением, и шнек, согласно изобретению внутри ступицы установлены промежуточный и внутренний валы, при этом на одном конце внутреннего вала установлен первый шнек, который закреплен на этом валу конической гайкой, на конической поверхности которой выполнено рабочее колесо первой гидротурбины, а на концах промежуточного вала установлен второй шнек и рабочее колесо второй гидротурбины, сопловой аппарат второй гидротурбины установлен в полости внутри вала, в ступице выполнены сквозные отверстия, соединяющие полость крыльчатки с полостью в ступице, внутри внутреннего вала и конической гайки выполнено сквозное отверстие для возврата перекачиваемого продукта в полость перед рабочим колесом первой гидротурбины, а внутри вала выполнены две полости, разделенные перегородкой с отверстием, при этом внутренняя полость вала сообщается с полостью между подшипником и уплотнением. Шнеки могут быть выполнены с возможностью вращения в противоположные стороны. Внутри сквозного отверстия для возврата перекачиваемого продукта может быть установлен жиклер.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 приведен шнекоцентробежный насос, продольный разрез,

на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1,

на фиг.3 - узел Б на фиг.1.

Центробежный 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. Промежуточный вал 6 проходит внутри ступицы 3 и установлен внутри нее, по меньшей мере, на одном промежуточном подшипнике 7. Внутри промежуточного вала установлен внутренний вал 8, который установлен внутри вала 6 на подшипниках 9. С одной стороны (со стороны входа в крыльчатку 2) на внутреннем валу 8 установлен первый шнек 10, который закреплен на этом валу при помощи конической гайки 11, на конической части которой выполнено рабочее колесо 12 первой гидротурбины. На промежуточном валу 6 на одном его конце установлен второй шнек 13, а с другой стороны установлено рабочее колесо 14 второй гидротурбины. Сопловой аппарат 15 второй гидротурбины установлен перед рабочим колесом 14 второй гидротурбины (со стороны входа насоса). В качестве подшипников 7 и 9 могут быть применены подшипники скольжения или игольчатые подшипники. Для восприятия осевых нагрузок на валы 6 и 8 служат контактные кольца 16, установленные на их торцах.

К корпусу 5 подстыкованы входной корпус 17, имеющий полость 18, и выходной корпус 19, имеющий полость 20. Между первым шнеком 10 и вторым шнеком 13 образована полость 21. Между корпусом 5 и крыльчаткой 2 выполнено переднее уплотнение 22. Со стороны заднего торца крыльчатки 2 на ее ступице 3 выполнены заднее уплотнение 23 и разгрузочная полость 24. В ступице 3 крыльчатки 2 выполнены отверстия 25, выходящие в полость 26. За рабочим колесом 14 второй гидротурбины выполнена полость 27.

Внутри вала 8 и конической гайки 11 выполнено сквозное отверстие 28, которое выходит в полость 18 перед рабочим колесом 12 первой гидротурбины, служащее для возврата части расхода перекачиваемого продукта на вход в насос и для привода рабочего колеса 12 первой гидротурбины. На первом шнеке 10 может быть выполнен бандаж 29 с уплотнениями 30. Входной корпус в этом случае необходимо изготовить цилиндрическим, это уменьшит перетекание перекачиваемого продукта из-за разности давлений на входе и выходе первого шнека 10. Второй шнек 13 следует выполнить без бандажа, чтобы уменьшить загромождение тракта на входе в крыльчатку 2, но внутри крыльчатки 2 необходимо предусмотреть цилиндрический пояс 31 (фиг.3). Подшипник 4 закрыт с задней стороны (по отношению к входу в насос) уплотнением 32, при этом между этим уплотнением и подшипником 4 образуется полость 33. Внутри вала 1 выполнена перегородка 34, которая отделяет полость 35 вала 1 от полости 27, в перегородке 34 выполнено сквозное отверстие 36, которое соединяет полости 35, 27. Радиальные отверстия 37, выполненные в валу 1, соединяют полость 33 с внутренней полостью 35 вала 1. Внутри сквозного отверстия 28 установлен жиклер 38.

При включении привода (не показан) раскручивается вал 1 с крыльчаткой 2. Внутри крыльчатки 2 и на выходе из нее, т.е. в полости 20, повышается давление перекачиваемого продукта, и его часть (10%…15%) через заднее уплотнение 23 поступает в разгрузочную полость 24 и далее проходит последовательно подшипник 4, радиальные отверстия 37, полость 35, отверстие 36, полость 27 и далее разделяется на два потока. Первый поток проходит через сопловой аппарат 15 и рабочее колесо 14 второй гидротурбины 14, а потом по отверстиям 25 поступает в крыльчатку 2 насоса. При этом раскручивается рабочие колесо 14 второй гидротурбины и промежуточный вал 6 со вторым шнеком 13. Второй поток через сквозное отверстие 28 поступает на рабочее колесо 12 первой гидротурбины и приводит ее вместе с первым шнеком 10 во вращение. Шнеки и 10 и 13 значительно повышают давление на входе в крыльчатку 2, тем самым, предотвращая кавитацию на входе в нее. Первый шнек 10 повышает давление между шнеками 10 и 13, создавая благоприятные условия с точки зрения предотвращение кавитации на входе во второй шнек 13, даже с учетом перепуска подогретого перекачиваемого продукта. С учетом того, что первый шнек 10 вращается в 3…10 раз медленнее, чем крыльчатка 2, на его входе кавитация исключена. Второй шнек 13 вращается со скоростью в 2…3 раза медленнее, чем крыльчатка 2, что также благоприятно сказывается на его кавитационных качествах. Утечки перекачиваемого продукта, которые прошли через заднее уплотнение 23 используются для смазки подшипника 4 и для привода двух гидротурбин, т.е. специально отбор перекачиваемого продукта для привода шнеков 10, 13 не применяется. Это благоприятно сказывается на экономичности насоса. Кроме того, значительная часть этих утечек (60…70% от их общего расхода) подается через специальные отверстия 25 внутрь крыльчатки 2 после ее входа, и эти утечки, несмотря на относительно высокую температуру, не вызывают ухудшение кавитационных свойств насоса в целом.

Применение изобретения позволяет:

1. Значительно улучшить кавитационные свойства насоса за счет применения двух шнеков, уменьшения скоростей вращения шнеков и применения консольной схемы.

2. Спроектировать насос очень большой мощности за счет повышения частоты вращения крыльчатки до предельно допустимых по прочности.

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.

5. Разгрузить осевые силы, действующие на ротор насоса и на внутренний и промежуточный валы, т.к. осевые силы, создаваемые вторым шнеком и рабочим колесом второй гидротурбины, направлены в противоположные стороны, а с внутреннего вала осевая сила передается на промежуточный вал. Суммарно усилие от внутреннего и промежуточного валов передается на мощный подшипник 4.

6. Уменьшить утечки перекачиваемого продукта на вход в насос и между шнеками и уменьшить утечки в дренаж.

7. Увеличить КПД насоса.

Изобретение относится к насосостроению. Шнекоцентробежный насос содержит корпуса 5, 17, 19, крыльчатку 2 со ступицей 3, установленную на валу 1, который установлен на подшипнике 4, защищенном уплотнением 32, и шнек 10. Внутри ступицы 3 установлены промежуточный и внутренний валы 6, 8. На одном конце внутреннего вала 8 установлен первый шнек 10, который закреплен на валу 8 конической гайкой 11. На конической поверхности гайки 11 выполнено рабочее колесо 12 первой гидротурбины. На концах промежуточного вала 6 установлен второй шнек 13 и рабочее колесо 14 второй гидротурбины. Сопловой аппарат 15 второй гидротурбины установлен в полости внутри вала 1. В ступице 3 выполнены сквозные отверстия 25, соединяющие полость крыльчатки 2 с полостью в ступице 3. Внутри вала 8 и конической гайки 11 выполнено сквозной отверстие 28 для возврата перекачиваемого продукта в полость 18 перед рабочим колесом 12 первой гидротурбины. Внутри вала 1 выполнены две полости 27, 35, разделенные перегородкой 34 с отверстием 36. Внутренняя полость 35 вала 1 сообщается с полостью 33 между подшипником 4 и уплотнением 32. Изобретение направлено на улучшение кавитационных свойств насоса. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Шнекоцентробежный насос, содержащий корпуса, крыльчатку со ступицей, установленную на валу, который установлен на подшипнике, защищенном уплотнением, и шнек, отличающийся тем, что внутри ступицы установлены промежуточный и внутренний валы, при этом на одном конце внутреннего вала установлен первый шнек, который закреплен на этом валу конической гайкой, на конической поверхности которой выполнено рабочее колесо первой гидротурбины, а на концах промежуточного вала установлены второй шнек и рабочее колесо второй гидротурбины, сопловой аппарат второй гидротурбины установлен в полости внутри вала, в ступице выполнены сквозные отверстия, соединяющие полость крыльчатки с полостью в ступице, внутри внутреннего вала и конической гайки выполнено сквозное отверстие для возврата перекачиваемого продукта в полость перед рабочим колесом первой гидротурбины, а внутри вала выполнены две полости, разделенные перегородкой с отверстием, при этом внутренняя полость вала сообщается с полостью между подшипником и уплотнением.

2. Центробежный насос по п.1, отличающийся тем, что шнеки выполнены с возможностью вращения в противоположные стороны.

3. Центробежный насос по п.1, отличающийся тем, что внутри сквозного отверстия для возврата перекачиваемого продукта установлен жиклер.