НАСОС Российский патент 2013 года по МПК F04D29/44 

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в турбонасосных агрегатах (ТНА) ракетной техники.

Для турбонасосных агрегатов, применяемых в ракетной технике, одной из основных задач является обеспечение надежности работы агрегата, высоких энергомассовых характеристик при минимальных давлениях на входах в насосы.

Для обеспечения минимальных массово-габаритных характеристик агрегата применяют высокооборотные ТНА.

Надежность агрегата в основном зависит от качества его ходовой части, влияющей на работу подшипников ротора, щелевых и торцевых уплотнений между статором и ротором.

Одним из основных требований обеспечения надежности работы ходовой части агрегата является обеспечение необходимой соосности посадочных мест подшипников в статоре и роторе агрегата, т.е. исключение излома осей посадочных мест подшипников.

В турбонасосных агрегатах с консольным расположением турбины, в котором один из насосов расположен между турбиной и другим насосом, подвод жидкости осуществляется боковым профилированным подводящим устройством, расположенным непосредственно перед входом в лопаточную систему насоса (см., например, рис.1.12, стр.22 книги «Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей», Б.В. Овсянников, Б.И. Боровский, Москва, 1971).

Профилирование входного устройства производится для обеспечения равенства скоростей течения жидкости во всех радиальных сечениях устройства за счет изменения его проходных площадей. В турбонасосных агрегатах с боковым подводом жидкости, вал ротора агрегата, проходящий через боковое подводящее устройство, устанавливается в подшипниковых опорах, один из которых расположен около диска турбины, а другой - между боковым входным устройством и вторым насосом. Всасывающую способность насосов повышают различными мерами, в том числе установкой решетки радиальных плоских ребер перед колесом (см., например, Фиг.118, стр.185 книги «Центробежные и пропеллерные насосы», А.А. Ломакин, ГНТИ машиностроительной литературы, Москва, 1950). Известен также центробежный насос по патенту № 2004851, F04/D 29/44, взятый за прототип изобретения, содержащий корпус с боковым всасывающим патрубком, подсоединенным к кольцевой полости, переходящей в конический подвод перед входом в рабочее колесо. Для выравнивания поля скоростей на входе в насос конический подвод выполнен с плавно изменяющимся углом конусности вокруг оси вращения колеса от наибольшего значения со стороны всасывающего патрубка до наименьшего - с противоположной ему стороны. Насос по прототипу имеет ряд недостатков, заключающихся в следующем:

а) для обеспечения жесткости статора, исключающей излом оси посадочных мест подшипников, как при монтаже агрегата в двигателе при стыковке его с другими агрегатами, так и во время работы от динамических перегрузок ротора, подводящее устройство, при низком давлении жидкости в нем, тем не менее, выполняется толстостенным зацело с корпусом (обычно литым), что приводит к увеличению веса агрегата;

б) при работе насоса на низкокипящих жидкостях (водород, кислород, метан), при захолаживании насосов перед запуском двигателя, происходит неравномерная термическая деформация входного устройства в статоре, из-за его геометрической несимметричности относительно оси насоса, приводящая к излому осей посадочных мест подшипников. Это ухудшает работу опор, вынуждает увеличивать зазоры между статором и ротором ТНА с потерей КПД насоса. Изобретение направлено на уменьшение влияния геометрической несимметричности бокового подводящего устройства на излом осей посадочных мест статора.

Для этого в насосе, содержащем корпус с боковым всасывающим патрубком, подсоединенным к кольцевой полости, переходящей в конический подвод перед входом в рабочее колесо, наружная и внутренняя стенки конического подвода жестко связаны между собой профилированными одинаковыми пилонами, равномерно расположенными по радиальному сечению подвода, а кольцевая полость и боковой всасывающий патрубок выполнены тонкостенными.

Толстостенный участок входного устройства (конический подвод) обеспечивает жесткость статора в продольном и поперечном направлениях, большую равномерность изменения размеров при захолаживании насоса, ускорение течения жидкости перед лопаточной системой, обеспечиваемое профилированием пилонов.

Тонкостенный участок входного устройства (кольцевая полость и боковой всасывающий патрубок) обеспечивает возможность деформирования входного устройства при монтаже турбонасосного агрегата в двигателе и при захолаживании без излома осей посадочных мест подшипников статора, а так же равномерное распределение расхода жидкости на входе в конический подвод.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена схема насоса по изобретению.

Насос согласно изобретению содержит корпус 1, ротор 2, боковой всасывающий патрубок 3, подсоединенный к кольцевой полости 4, переходящей в конический подвод 5 перед входом в рабочее колесо ротора.

В отличие от прототипа наружная и внутренняя стенки 6 конического подвода 5 жестко связаны между собой профилированными пилонами 7, равномерно расположенными по радиальному сечению подвода 5, а кольцевая полость 4 и боковой всасывающий патрубок 3 выполнены тонкостенными.

Во время работы насоса жидкость поступает в корпус 1 через боковой всасывающий патрубок 3, кольцевую полость 4 и конический подвод 5 на вход в рабочее колесо ротора 2.

Профилированные пилоны 7 жестко связывают стенки конического подвода 5 между собой и обеспечивают закрутку жидкости на входе в рабочее колесо ротора 2.

Все монтажные и температурные деформации элементов конструкции насоса воспринимаются тонкостенными кольцевой полстью 4 и боковым всасывающим патрубком 3 без излома осей посадочных поверхностей подшипников ротора.

Использование изобретения позволяет повысить надежность турбонасосного агрегата, уменьшить его массу, повысить антикавитационные качества и КПД насоса с боковым подводом жидкости.

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в ТНА ракетной техники. Насос содержит корпус 1 с боковым всасывающим патрубком 3, подсоединенным к кольцевой полости 4, переходящей в конический подвод 5 перед входом в рабочее колесо ротора 2. Наружная и внутренняя стенки 6 конического подвода 5 жестко связаны между собой профилированными одинаковыми пилонами 7, равномерно расположенными по радиальному сечению подвода 5. Кольцевая полость 4 и боковой всасывающий патрубок 3 выполнены тонкостенными. Толстостенный участок входного устройства (конический подвод) обеспечивает жесткость статора в продольном и поперечном направлениях, большую равномерность изменения размеров при захолаживании насоса, ускорение течения жидкости перед лопаточной системой, обеспечиваемое профилированием пилонов. Тонкостенный участок входного устройства (кольцевая полость и боковой патрубок) обеспечивает возможность деформирования входного устройства при монтаже турбонасосного агрегата в двигателе и при захолаживании без излома осей посадочных мест подшипников статора, а так же равномерное распределение расхода жидкости на входе в конический подвод. Изобретение направлено на уменьшение влияния геометрической несимметричности бокового подводящего устройства на излом осей посадочных мест статора. 1 ил.

Насос, содержащий корпус с боковым всасывающим патрубком, подсоединенным к кольцевой полости, переходящей в конический подвод перед входом в рабочее колесо, отличающийся тем, что наружная и внутренняя стенки конического подвода жестко связаны между собой профилированными одинаковыми пилонами, равномерно расположенными по радиальному сечению подвода, а кольцевая полость и боковой всасывающий патрубок выполнены тонкостенными.