шнекоцентробежный насос

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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.