ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС Российский патент 2015 года по МПК F04D9/04 F04D29/47 

Изобретение относится к гидромашиностроению, касается совершенствования центробежных насосов с повышенными требованиями к антикавитационным качествам и может быть использовано в энергетических установках, авиационной и космической технике, судостроении, преимущественно в малогабаритных установках, например в транспортных, где предъявляются высокие требования к габаритам.

Известны насосы, имеющие для улучшения антикавитационных качеств первую шнекоцентробежную ступень, см., напр., Конденсатный насос КсВА 1500-120, «Насосы АЭС: Справочное пособие / П.Н. Пак, А.Я. Белоусов, А.И. Тимшин и др.; Под общ. Ред. П.Н. Пака. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 328 с: ил., рис.5.4, стр.93. Эта конструкция имеет шнек, который улучшает антикавитационные качества насоса, однако имеет большую скорость вращения вместе с валом всего насоса. Это приводит к сравнительно раннему кавитационному срыву работы всего насосного агрегата.

Известен также конденсатный насос горизонтального типа, обладающий дополнительным валом с установленными на нем шнеком и центробежным колесом, имеющим меньшую по сравнению с основным валом частоту вращения и приводящимся от гидротурбины (см., напр., Патент РФ №2236614, F04D 9/04). Такое техническое решение улучшает антикавитационные качества, однако значительно увеличивает габариты насоса.

Известны шнекоцентробежные насосы, у которых для улучшения антикавитационных качеств имеются дополнительная крыльчатка со ступицей, шнек, установленный на дополнительном валу с возможностью осевого перемещения, сопловой аппарат и рабочее колесо гидротурбины (см., напр., Патенты РФ №2445515; 2445514; 2418983; 2416038; 2391562; 2391561).

Наиболее близким по сущности и достигаемому результату является насос с гидромуфтой (см., напр., кн. Лопастные насосы. Под редакцией к.т.н. Л.П. Грянко и А.Н. Папира. Л.: Машиностроение (Ленинградское отделение), 1975 г. Рис.4.40). У этого насоса в качестве низкооборотной ступени применено осевое колесо-шнек. Высокооборотная ступень имеет предвключенный шнек и центробежное колесо. Испытания этого насоса показали возможность реализации такой конструкции.

Недостатком у этой конструкции является применение подшипников качения и отсутствие упорного подшипника, что снижает надежность.

Технический результат предлагаемого изобретения по повышению антикавитационных качеств достигается за счет снижения скорости вращения предвключенного шнека, передача крутящего момента на который осуществляется с помощью гидродинамической муфты с нарезкой на центробежном колесе и нарезкой противоположного направления на внутренней поверхности бандажа шнека. Применение специальной гидродинамической муфты позволяет снизить частоту вращения шнека и упростить конструкцию его привода, а также повысить надежность работы благодаря применению комбинированных минеральных покрытий на рабочих поверхностях подшипников.

Новыми существенными признаками изобретения является передача крутящего момента на предвключенный шнек с помощью специальной гидродинамической муфты, содержащей винтовую втулку и винтовую решетку с противоположной нарезкой, а также конструкция подшипников с упорным и опорными поверхностями с комбинированным минеральным покрытием, обладающим заданными триботехническими свойствами (износостойкость, антифрикционные и противозадирные свойства, патент RU №2421548 от 20.06.2011).

На чертеже изображен продольный разрез предлагаемого шнекоцентробежного насоса. Насос содержит центробежное колесо 1 с винтовой решеткой 2 и щелевым уплотнением 3, установленное на валу 4, шнек 5, содержащий втулку 6 и бандаж 7, в котором на внутренней поверхности имеется винтовая решетка 8 с противоположной нарезкой, выполненной на центробежном колесе. В бандаже шнека имеются специальные камера 9 и отверстия 10, через которые часть жидкости поступает на упорный 11 и опорные 12 и 13 подшипники. Для снижения трения и повышения надежности на рабочие поверхности вкладышей подшипников нанесено специальное минеральное покрытие 14. Неподвижные вкладыши подшипников 11, 12, 13 размещены в крышке 15 корпуса насоса.

Шнекоцентробежный насос работает следующим образом. Жидкость поступает на вход шнека 5, имеющего втулку 6 и бандаж 7. За шнеком жидкость проходит через центробежное колесо 1, установленное на валу 4. Часть жидкости под давлением на выходе из колеса поступает в зазор, образованный винтовой нарезкой 2 на центробежном колесе 1 и винтовой нарезкой 8 на внутренней поверхности бандажа 7. Нарезки на центробежном колесе и на бандаже имеют противоположные направления и образуют своеобразную гидродинамическую муфту, с помощью которой передается крутящий момент от центробежного колеса 1 на шнек 5. Часть жидкости поступает в камеру 9, отверстие 10 и идет на питание упорного 11 и опорных 12 и 13 подшипников. Щелевое уплотнение 3 служит для уменьшения протечек жидкости. В корпусе 15 размещены вкладыши упорного 11 и опорных 12 и 13 подшипников, на которые нанесено минеральное покрытие 14, снижающее коэффициент трения и повышающее надежность.

Предлагаемое изобретение позволит улучшить антикавитационные качества, уменьшить габариты и повысить надежность насоса.

Наиболее целесообразно применять изобретение в авиации, космической технике, энергетических установках, преимущественно транспортных, там, где необходимы высокие антикавитационные качества при малых габаритах.

Изобретение относится к насосостроению и может найти применение изобретения в энергетике, судостроении и авиации. В шнекоцентробежном насосе используется двухвальная схема работы, где имеются высокооборотная и низкооборотная ступени. Шнекоцентробежный насос имеет ротор с центробежным колесом (1) и предвключенный низкооборотный шнек (5) с наружным бандажом (7) и втулкой (6), установленный раздельно с ротором. Крутящий момент на предвключенный шнек (5) передается с помощью гидродинамической муфты, содержащей винтовую втулку на переднем уплотнении центробежного колеса (1) и винтовую нарезку (8) противоположного направления на внутренней поверхности бандажа (7) шнека (5). Шнек (5) установлен в подшипниках (11-13) скольжения и имеет камеру (9) подшипника, в которую с помощью нарезки (8) подает жидкость, поступающая через отверстие (10) на питание подшипников (11-13). Подшипники (11-13) имеют на внутренней поверхности корпуса (15) вкладыши, на рабочие поверхности которых нанесено комбинированное износостойкое антифрикционное минеральное покрытие (14), в состав которого входят минералы природного происхождения. Изобретение направлено на улучшение кавитационных характеристик насосов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Шнекоцентробежный насос, имеющий ротор с центробежным колесом и предвключенный шнек с наружным бандажом и втулкой, установленный раздельно с ротором и размещенный в корпусе, отличающийся тем, что крутящий момент на предвключенный шнек передается с помощью гидродинамической муфты, содержащей винтовую втулку с наружной нарезкой в области переднего уплотнения центробежного колеса и выполненную винтовую нарезку противоположного направления на внутренней поверхности бандажа шнека и подающей жидкость в камеру подшипника и через отверстия на упорный и опорный подшипники, имеющие соответственно на внутренней поверхности корпуса упорный и опорный вкладыши.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что на рабочих поверхностях опорного и упорного подшипников нанесено комбинированное минеральное покрытие, защищающее их от воздействия агрессивных сред, в состав которого входят минералы природного происхождения.