ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС Российский патент 2011 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 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 не предназначен для системы топливопитания ЖРД.

Наиболее близким к изобретению является шнекоцентробежный насос по патенту РФ №2106534, МПК 6 F04D 13/04, опубл. 10.03.1998. Известный шнекоцентробежный насос содержит корпус, установленное на валу центробежное колесо со ступицей и шнек. Шнек улучшает антикавитационные свойства насоса, т.к. он обладает лучшими антикавитационными свойствами, чем центробежное колесо. 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 позволило 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.

Задача создания изобретения - улучшение антикавитационных свойств насоса.

Технический результат достигается за счет того, что в шнекоцентробежном насосе, содержащем корпус, установленное на валу центробежное рабочее колесо со ступицей и шнек, согласно изобретению шнек установлен на дополнительном валу с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны выхода насоса пружиной, установленной на дополнительном валу, внутри ступицы центробежного рабочего колеса выполнена внутренняя полость, в которой размещены сопловой аппарат и рабочее колесо гидротурбины, таким образом, что образуются полости перед сопловым аппаратом гидротурбины и за рабочим колесом гидротурбины, рабочее колесо гидротурбины соединено через редуктор с дополнительным валом, при этом в центробежном рабочем колесе на разных диаметрах выполнены две группы отверстий, одна из которых сообщает полость центробежного рабочего колеса с полостью перед сопловым аппаратом гидротурбины, а другая - с полостью за рабочим колесом гидротурбины. В одной группе отверстий или в обеих могут быть установлены жиклеры.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Шнекоцентробежный насос содержит установленное на валу 1 центробежное рабочее колесо 2 со ступицей 3. Вал 1 установлен на подшипнике 4. Шнек 5 установлен на дополнительном валу 6. Центробежное рабочее колесо 2 жестко связано 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 установлено с возможностью взаимного проскальзывания рабочее колесо 8 гидротурбины. Перед рабочим колесом 8 гидротурбины установлен сопловой аппарат 9 гидротурбины, который крепится внутри вала 1 во внутренней полости 10 и делит эти полости на две: полость 11 - перед сопловым аппаратом 9 гидротурбины и полость 12 - за рабочим колесом 8 гидротурбины. Полость 11 отверстиями 13, выполненными радиально в валу 1, сообщается с разгрузочной полостью 14, которая в свою очередь, посредством отверстий 15, выполненных в центробежном рабочем колесе 2, сообщается с полостью центробежного рабочего колеса 2.

Полость 12 также сообщается при помощи групп отверстий 16, выполненных на диаметре d2, меньшем, чем диаметр d1 выполнения отверстий 15, с полостью центробежного рабочего колеса 2. В отверстиях 15 или 16, или одновременно, могут быть установлены жиклеры 17 для дозирования расхода перекачиваемого продукта через рабочее колесо 8 гидротурбины.

Между дополнительным валом 6 и втулкой 7 выполнен редуктор 18. Дополнительный вал 6 подпружинен с торца пружиной 19.

Подшипник 4 установлен в корпусе 20. К корпусу 20 подстыкован входной корпус 21 с входной полостью 22 и выходной корпус 23 с выходной полостью 24, между шнеком 5 и центробежным рабочим колесом 2 выполнена полость 25. На заднем торце ступицы 3 центробежного рабочего колеса 2 выполнено заднее уплотнение 26, отделяющее выходную полость 24 от разгрузочной полости 14. Разгрузочная полость 14 позволяет уменьшить осевое усилие на основной подшипник 4. Между шнеком 5 и центробежным рабочим колесом 2 установлен упорный подшипник 27, а между крыльчаткой 2 и дополнительным валом 6, по меньшей мере, один радиальный подшипник 28. Между втулкой 7 и ступицей 3 центробежного рабочего колеса 2 установлен упорный подшипник 29.

При запуске насоса шнек 5 вращается практически с той же скоростью, что и центробежное рабочее колесо 2, за счет поджатия пружиной 19, что благоприятно сказывается на антикавитационных свойствах насоса. При выходе шнекоцентробежного насоса на максимальный режим, давление перекачиваемого продукта в полости 25 будет больше, чем это необходимо из условия отсутствия кавитации на входе в шнек 5. Повышенное давление в полости 25 создаст осевое усилие и переместит дополнительный шнек 5 в сторону входа в насос, при этом сожмется пружина 14 и дальнейшее перемещение шнека 5 прекратится, но дополнительный вал 6 будет вращаться с меньшим числом оборотов, чем вал 1 по двум причинам: вследствие ограниченной мощности гидротурбины и применения редуктора 18. Втулка 7 установлена, по меньшей мере, на одном радиальном подшипнике 30.

При падении давления в полости 25 происходит обратный процесс, т.е. шнек 5 перемещается в сторону центробежного рабочего колеса 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 значительного уменьшения скорости вращения шнека, применения консольной схемы и размещения пружин автомата управления нагрузкой шнека внутри стакана на валу.

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

3. Спроектировать насос большой мощности.

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

5. Создать насос с минимальным весом и габаритами при большом напоре и производительности, что имеет первостепенное значение в ракетной технике.

6. Обеспечить автоматическое регулирование антикавитационных свойств насоса.

7. Улучшить смазку подшипников.

8. Разгрузить осевые силы, действующие на ротор насоса.

Изобретение относится к насосостроению. Шнекоцентробежный насос содержит корпуса 20, 21, 23, центробежное рабочее колесо 2 со ступицей 3, установленное на валу 1, и шнек 5. Шнек 5 установлен на дополнительном валу 6 с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны выхода насоса пружиной 19, установленной на валу 6. Внутри ступицы 3 рабочего колеса 2 выполнена внутренняя полость 10, в которой размещены сопловой аппарат 9 и рабочее колесо 8 гидротурбины, образуя полости 11, 12 перед сопловым аппаратом 9 и за рабочим колесом 8 гидротурбины. Рабочее колесо 8 гидротурбины соединено через редуктор 18 с дополнительным валом 6. В центробежном рабочем колесе 2 на разных диаметрах d1, d2 выполнены две группы отверстий 15, 16, одна из которых сообщает полость центробежного рабочего колеса 2 с полостью 11 перед сопловым аппаратом 9, а другая - с полостью 12 за рабочим колесом 8 гидротурбины. Изобретение направлено на улучшение кавитационных свойств насоса. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Шнекоцентробежный насос, содержащий корпус, установленное на валу центробежное рабочее колесо со ступицей и шнек, отличающийся тем, что шнек установлен на дополнительном валу с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны выхода насоса пружиной, установленной на дополнительном валу, внутри ступицы центробежного рабочего колеса выполнена внутренняя полость, в которой размещены сопловой аппарат и рабочее колесо гидротурбины таким образом, что образуются полости перед сопловым аппаратом гидротурбины и за рабочим колесом гидротурбины, рабочее колесо гидротурбины соединено через редуктор с дополнительным валом, при этом в центробежном рабочем колесе на разных диаметрах выполнены две группы отверстий, одна из которых сообщает полость центробежного рабочего колеса с полостью перед сопловым аппаратом гидротурбины, а другая - с полостью за рабочим колесом гидротурбины.

2. Шнекоцентробежный насос по п.1, отличающийся тем, что в одной группе отверстий или в обеих установлены жиклеры.