Центробежный насос

 

Изобретение относится к насосостроению, а именно к высоконапорным центробежным насосам, и может быть использовано в турбонасосных агрегатах жидкостных ракетных двигателей при контрольных испытаниях насосов. Центробежный насос содержит корпус, подвижный в осевом направлении ротор и диск отжимного устройства. Ротор установлен в корпусе на шарикоподшипниках. Диск отжимного устройства закреплен на валу ротора. На валу установлена крыльчатка с совмещенным с ней разгрузочным диском. Разгрузочный диск образует с корпусом разгрузочную полость устройства автоматического уравновешивания ротора, отделенную от полости низкого давления регулирующим торцевым дросселем. По обе стороны диска отжимного устройства выполнены разгрузочные полости, образованные диском отжимного устройства, корпусом и цилиндрическими дросселями. К разгрузочным полостям подведены магистрали подвода и отвода рабочей среды. В магистралях установлены регуляторы давлений в разгрузочных полостях и датчики давлений. Со стороны разгрузочной полости установлен датчик осевого положения ротора. Использование изобретения позволяет сохранить высокую работоспособность центробежного насоса на любых нерасчетных и переходных режимах работы, повышает его кпд на основном режиме работы и позволяет определять экспериментальным путем характеристику устройства автоматического уравновешивания ротора. 1 ил.

Изобретение относится к насосостроению, а именно к высоконапорным центробежным насосам, и может быть использовано в турбонасосных агрегатах (ТНА) жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) при контрольных испытаниях насосов.

Одним из главных элементов конструкции, в значительной мере определяющим работоспособность высоконапорных центробежных насосов, в частности насосов ТНА, являются подшипники опор ротора. Обязательным условием обеспечения работоспособности подшипников является осевое уравновешивание ротора, исключающее воздействие осевых усилий на подшипники. Применяются различные устройства осевого уравновешивания ротора. Широкое применение нашли устройства автоматического уравновешивания ротора с переменным торцовым дросселем. Для исключения износа поверхностей торцового дросселя на переходных режимах применяются отжимные устройства.

Известен центробежный насос, содержащий корпус, подвижный в осевом направлении ротор, опирающийся на шарикоподшипники, включающий установленные на вал крыльчатку и разгрузочный диск, образующий с корпусом устройство автоматического уравновешивания ротора с регулирующим торцовым дросселем, и диск отжимного устройства. (Марцинковский В. А. , Ворона П. Н. Насосы атомных электростанций. -М. : Энергоатомиздат, 1987, стр. 96-99, рис. 4.10 - прототип).

В указанном насосе отжимной диск закреплен на наружном кольце шарикоподшипника. Между корпусом и отжимным диском установлены пружины, воздействующие на отжимной диск и сдвигающие ротор в начальный период работы насоса в направлении увеличения осевого зазора в торцовой регулирующей щели.

Применительно к высоконапорным насосам указанный центробежный насос обладает следующим недостатком. На нерасчетных, переходных режимах, при разгоне и выбеге насоса, когда эффективность устройства автоматического уравновешивания ротора мала, неуравновешенное осевое усилие, действующее на ротор, может достигать значительной величины, в особенности в насосах с приводом от турбины, имеющей общий с насосом вал. Это усилие уравновешивается усилием пружин, которое через отжимной диск передается на шарикоподшипник, что может привести к его поломке. Кроме того, усилие пружин действует на подшипник в течение всего времени работы насоса, что приводит к снижению его долговечности.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение работоспособности насоса за счет исключения воздействия на подшипник усилий отжимного устройства, а также получение возможности снятия рабочей характеристики устройства автоматического уравновешивания ротора.

Поставленная задача достигается тем, что отжимной диск установлен на вал насоса, с каждой стороны отжимного диска выполнена разгрузочная полость, ограниченная цилиндрическими дросселями, образованными диском отжимного устройства и корпусом, при этом к каждой разгрузочной полости подведены магистрали подвода и отвода рабочей среды с установленными на них регуляторами расхода, и в насосе установлен датчик регистрации осевого положения ротора.

На чертеже изображен предлагаемый центробежный насос, где 1 - корпус; 2 - ротор; 3 - диск отжимного устройства; 4, 5 - шарикоподшипники; 6 - вал; 7 - крыльчатка; 8 - разгрузочный диск; 9 - разгрузочная полость устройства автоматического уравновешивания ротора; 10 - полость низкого давления;
11 - регулирующий торцовый дроссель;
12 и 13 - разгрузочные полости отжимного устройства;
14-16 - цилиндрические дроссели;
17 и 18 - магистрали подвода рабочей среды;
19 и 20 - магистрали отвода рабочей среды;
21 и 22 - регуляторы давления;
23 и 24 - датчики давления;
25 - датчик осевого положения ротора.

Центробежный насос содержит корпус 1, подвижный в осевом направлении ротор 2 и диск 3 отжимного устройства. Ротор 2 установлен в корпус 1 на шарикоподшипниках 4 и 5. Диск 3 отжимного устройства закреплен на валу 6 ротора 2. На валу 6 установлена крыльчатка 7 с совмещенным с ней разгрузочным диском 8. Разгрузочный диск 8 образует с корпусом 1 разгрузочную полость 9 устройства автоматического уравновешивания ротора. Разгрузочная полость 9 устройства автоматического уравновешивания ротора отделена от полости низкого давления 10 регулирующим торцовым дросселем 11. По обе стороны диска 3 отжимного устройства выполнены разгрузочные полости 12 и 13, образованные диском 3 отжимного устройства, корпусом 1 и цилиндрическими дросселями 14-16. К разгрузочным полостям 12 и 13 подведены магистрали подвода 17 и 18 и магистрали отвода 19 и 20 рабочей среды соответственно. На магистралях 17-20 установлены регуляторы 21 и 22 давления в разгрузочных полостях 12 и 13 отжимного устройства и датчики давления 23 и 24 соответственно. Со стороны разгрузочной полости 13 отжимного устройства установлен датчик 25 осевого положения ротора.

В работе при возникновении осевого усилия, например, в сторону входа в насос, ротор перемещается в осевом направлении, при этом зазор δ₃ между торцом датчика 25 осевого положения ротора и торцом диска 3 отжимного устройства увеличивается, а зазор δ₁ между торцом подшипника 5 и торцом корпуса 1 уменьшается. При достижении осевого зазора δ₃,, соответствующего нулевому значению зазора δ₁, по команде регулятором давления 22 повышается давление в разгрузочной полости 13, а регулятором давления 21 понижается давление в разгрузочной полости 12. Повышение давления в разгрузочной полости 13 обеспечивается увеличением расхода через магистраль подвода. Снижение давления в разгрузочной полости 12 обеспечивается увеличением расхода через магистраль отвода 18. При достижении заданного осевого положения ротора, при котором зазоры изменение давления по команде от датчика осевого положения ротора прекращается.

Аналогично происходит работа устройства при возникновении осевого усилия обратного направления.

На рабочем режиме ротор регуляторами давления устанавливается по команде в положение, соответствующее минимальному значению зазора δ в регулирующем торцовом дросселе 11 устройства автоматического уравновешивания ротора, благодаря чему обеспечивается повышенный кпд насоса.

Рабочая среда, подаваемая в разгрузочные полости 12 и 13, может быть жидкой или газообразной.

Для получения рабочей характеристики устройства автоматического уравновешивания ротора снимается зависимость между величиной осевого зазора δ в регулирующем торцовом дросселе 11 от величины внешнего осевого усилия при изменении зазора δ от минимального до максимального. Переменное по величине и направлению внешнее усилие создается изменением перепада давления на диске 3 отжимного устройства посредством регулирования давления среды в разгрузочных полостях 12 и 13, а измерение зазора осуществляется датчиком 25 регистрации осевого положения ротора.

Преимущество центробежного насоса состоит в повышенной надежности, что достигается гарантированной осевой разгрузкой подшипников на любых нерасчетных и переходных режимах работы, а также повышенном кпд на основном режиме работы благодаря обеспечению минимальной утечки через зазор δ регулирующего торцового дросселя 11 устройства автоматического уравновешивания ротора. Использование данного насоса в ЖРД позволяет определять экспериментальным путем характеристику устройства автоматического уравновешивания ротора, что повышает объективность прогнозирования его работы в составе двигателя, дает возможность совершенствования методики расчета и исследования устройств автоматического уравновешивания роторов, способствует повышению надежности двигателей.

Формула изобретения

Центробежный насос, содержащий корпус, подвижный в осевом направлении ротор, опирающийся на шарикоподшипники, включающий установленные на вал крыльчатку и разгрузочный диск, который образует с корпусом устройство автоматического уравновешивания ротора с регулирующим торцевым дросселем, диск отжимного устройства, отличающийся тем, что диск отжимного устройства установлен на вал и с каждой стороны от него выполнена разгрузочная полость, образованная диском отжимного устройства, корпусом и цилиндрическими дросселями, образованными диском отжимного устройства и корпусом, при этом к каждой разгрузочной полости подведены магистрали подвода и отвода рабочей среды с установленными на них регуляторами расхода, и в насосе установлен датчик регистрации осевого положения ротора.

РИСУНКИ

Рисунок 1