шнекоцентробежный насос
Классы МПК: | F04D9/04 применение заливочных насосов; применение бустерных насосов для предотвращения кавитации F04D13/02 агрегаты из насосов и приводных устройств (при преобладании отличительных признаков приводных устройств см классы, к которым отнесены эти устройства) |
Патентообладатель(и): | Болотин Николай Борисович (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-01-30 публикация патента:
10.06.2010 |
Изобретение относится к насосостроению. Насос содержит корпус, шнек и установленную на валу крыльчатку со ступицей. Шнек установлен на дополнительном валу и закреплен на нем при помощи конической гайки. Дополнительный вал установлен с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны выхода насоса пружиной. Внутри ступицы крыльчатки выполнена внутренняя полость, в которой размещены сопловой аппарат и рабочее колесо гидротурбины таким образом, что образованы полости перед сопловым аппаратом гидротурбины и за рабочим колесом гидротурбины. Рабочее колесо гидротурбины соединено через магнитную муфту с дополнительным валом. В крыльчатке выполнены отверстия, которые сообщают полость крыльчатки с полостью перед сопловым аппаратом гидротурбины. Во втулке и конической гайке выполнены радиальные отверстия, а в дополнительном валу - осевое отверстие для образования канала возврата части перекачиваемого продукта, проходящего через гидротурбину, на вход в насос. Изобретение направлено на улучшение кавитационных свойств насоса. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Формула изобретения
1. Шнекоцентробежный насос, содержащий корпус, шнек и установленную на валу крыльчатку со ступицей, отличающийся тем, что шнек установлен на дополнительном валу и закреплен на нем при помощи конической гайки, при этом дополнительный вал установлен с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны выхода насоса пружиной, внутри ступицы крыльчатки выполнена внутренняя полость, в которой размещены сопловой аппарат и рабочее колесо гидротурбины таким образом, что образованы полости перед сопловым аппаратом гидротурбины и за рабочим колесом гидротурбины, рабочее колесо гидротурбины соединено через магнитную муфту с дополнительным валом, в крыльчатке выполнены отверстия, которые сообщают полость крыльчатки с полостью перед сопловым аппаратом гидротурбины, во втулке и конической гайке выполнены радиальные отверстия, а в дополнительном валу - осевое отверстие для образования канала возврата части перекачиваемого продукта, проходящего через гидротурбину, на вход в насос.
2. Шнекоцентробежный насос по п.1, отличающийся тем, что в отверстиях, выполненных в крыльчатке, установлены жиклеры.
Описание изобретения к патенту
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.
Известен шнекоцентробежный насос по патенту РФ № 2106534, МПК 6 F04D 13/04, опубл. 10.03.98 г, прототип. Этот шнекоцентробежный насос содержит корпус, крыльчатку и шнек, установленные на валу. 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 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.
Решение указанной задачи достигается в шнекоцентробежном насосе, содержащем корпус, шнек и установленную на валу крыльчатку со ступицей, тем, что согласно изобретению шнек установлен на дополнительном валу и закреплен на нем при помощи конической гайки, при этом дополнительный вал установлен с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны выхода насоса пружиной, внутри ступицы крыльчатки выполнены внутренняя полость, в которой размещены сопловой аппарат и рабочее колесо гидротурбины таким образом, что образованы полости перед сопловым аппаратом гидротурбины и за рабочим колесом гидротурбины, рабочее колесо гидротурбины соединено через магнитную муфту с дополнительным валом, в крыльчатке выполнены отверстия, которые сообщают полость крыльчатки с полостью перед сопловым аппаратом гидротурбины, во втулке и конической гайке выполнены радиальные отверстия, а в дополнительном валу - осевое отверстие для образования канала возврата части перекачиваемого продукта, проходящего через гидротурбину на вход в насос. В отверстиях, выполненных в крыльчатке, могут быть установлены жиклеры.
Сущность изобретения поясняется на чертеже.
Шнекоцентробежный насос содержит установленные на валу 1 крыльчатку 2 со ступицей 3. Вал 1 установлен на подшипнике 4. Шнек 5 установлен на дополнительном валу 6 и закреплен при помощи конической гайки 7. Крыльчатка 2 жестко связана с валом 1, например, посредством фланца. Дополнительный вал 6 выполнен внутри вала 1 с возможностью проскальзывания, т.е. вращения с различной частотой и осевого перемещения. Концентрично дополнительному валу 6 установлена втулка 8, на которой установлено с возможностью взаимного проскальзывания рабочее колесо гидротурбины 9. Перед рабочим колесом гидротурбины 9 установлен сопловой аппарат гидротурбины 10, который крепится внутри вала 1 во внутренней полости 11 и делит эти полости на две полости: полость 12 перед сопловым аппаратом гидротурбины 10 и полость 13 за рабочим колесом гидротурбины 9. Полость 12, отверстиями 14, выполненными в крыльчатке 2, сообщается с полостью крыльчатки 2. Полость 13 также сообщается со входом в насос при помощи радиальных отверстий 15, выполненных во втулке 8, осевого отверстия 16, выполненного внутри дополнительного вала 6 полости 17 внутри конической гайки 7 и радиальных отверстий 18, выполненных в гайке 7. В отверстиях 14 могут быть установлены жиклеры 19 для дозирования расхода перекачиваемого продукта через рабочее колесо гидротурбины 9.
Между дополнительным валом 6 и втулкой 7 выполнена магнитная муфта 20. Дополнительный вал 6 подпружинен с торца пружиной 21.
Подшипник 4 установлен в корпусе 22. К корпусу 22 подстыкован входной корпус 23 с входной полостью 24 и выходной корпус 25 с выходной полостью 26, между шнеком 5 и крыльчаткой 2 выполнена полость 27. На заднем торце ступицы 3 крыльчатки 2 выполнено заднее уплотнение 28, отделяющее выходную полость 26 от разгрузочной полости 29. Разгрузочная полость 29 позволяет уменьшить осевое усилие на основной подшипник 4. Между шнеком 5 и крыльчаткой 2 установлен упорный подшипник 30, а между крыльчаткой 2 и дополнительным валом 6, по меньшей мере, один радиальный подшипник 31. Между втулкой 8 и ступицей 3 крыльчатки 2 установлен упорный подшипник 32. Втулка 8 установлена на радиальных подшипниках 33. Один из радиальных подшипников 33 установлен внутри ступицы 3 крыльчатки 2, а другой - внутри основного вала 1 в опоре 34.
При запуске насоса шнек 5 вращается практически с той же скоростью, что и крыльчатка 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 27 будет больше, чем это необходимо из условия отсутствия кавитации на входе в шнек 5. Повышенное давление в полости 27 создаст осевое усилие и переместит шнек 5 в сторону входа в насос, при этом сожмется пружина 21 и дальнейшее перемещение шнека 5 прекратится, но дополнительный вал 6 будет вращаться с меньшим числом оборотов, чем вал 1. Это достигается за счет подбора мощности, создаваемой рабочим колесом гидротурбины 9 посредством жиклеров 19. Возврат отработавшего в гидротурбине перекачиваемого продукта возвращается на вход в насос, во-первых, на минимально возможном диаметре на конической части конической гайки, во-вторых, ввод этой части перекачиваемого продукта (5 10% от общего расхода) выполненяется на вход в низкооборотный шнек 5. Различные частоты вращения крыльчатки и шнека выполнены без применения редуктора.
При падении давления в полости 27 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 пружин автомата управления нагрузкой шнека внутри на дополнительном валу внутри втулки.
2. Повысить КПД насоса за счет уменьшения утечек в зазорах.
3. Спроектировать насос очень 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 магнитных подшипников.
8. Разгрузить осевые силы, действующие на роторы насоса, а именно на основной вал, дополнительный вал и втулку, на которой закреплено рабочее колесо гидротурбины.
Класс F04D9/04 применение заливочных насосов; применение бустерных насосов для предотвращения кавитации
Класс F04D13/02 агрегаты из насосов и приводных устройств (при преобладании отличительных признаков приводных устройств см классы, к которым отнесены эти устройства)