Шнекоцентробежный насос

 

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано преимущественно в турбонасосных агрегатах ЖРД. Шнекоцентробежный насос содержит установленные на валу шнек, крыльчатку и импеллер. К ступице крыльчатки примыкает шарикоподшипник. В насосе имеется щелевое радиальное уплотнение крыльчатки. В крыльчатке выполнены отверстия, соединяющие полость шарикоподшипника и полость между крыльчаткой и шнеком. Полость импелллера соединена со входом насоса трубопроводом. Между полостью импеллера и полостью шарикоподшипника выполнено щелевое радиальное уплотнение. Изобретение направлено на повышение работоспособности шарикоподшипника за счет снижения температуры охлаждающей жидкости и повышение экономичности насоса за счет уменьшения мощности, потребляемой импеллером, и снижение утечек рабочей жидкости. Наиболее значительный эффект достигается при работе насоса на жидком кислороде. 1 ил.

Устройство относится к насосостроению и может быть использовано преимущественно в турбонасосных агрегатах ЖРД.

В турбонасосных агрегатах (ТНА) в качестве опор ротора широко используются шарикоподшипники. Способ охлаждения шарикоподшипников оказывает существенное влияние на их работоспособность.

Известен шнекоцентробежный насос, в котором шарикоподшипник, установленный между крыльчаткой и импеллером, охлаждается перепуском рабочей жидкости из полости у внешнего диаметра импеллера на вход в насос (Н.П. Сточек, А. С. Шапиро. Гидравлика жидкостных ракетных двигателей. Москва. Машиностроение, 1978, стр.95, рис.3.23 - прототип).

Указанный шнекоцентробежный насос обладает следующими недостатками. Давление в полости у внешнего диаметра импеллера с учетом малого сопротивления шарикоподшипника больше давления в полости между шнеком и крыльчаткой на величину сопротивления отверстий в крыльчатке. Перепад давлений, удерживаемый импеллером, должен превышать перепад давлений, создаваемый шнеком, на величину сопротивления отверстий и на величину давления на входе в насос. Высокий перепад давлений, удерживаемый импеллером, обусловливает высокую потребляемую мощность, которая вызывает подогрев жидкости в полости подшипника. Подогрев жидкости ухудшает условия охлаждения подшипника. Кроме того, повышенная мощность, потребляемая импеллером, снижает экономичность насоса. Указанные недостатки особенно проявляются в насосах, работающих на криогенных жидкостях. В кислородных насосах подогрев кислорода в полости подшипника может привести к газификации кислорода в зонах контакта шариков с кольцами подшипника, что приводит к интенсивному износу шарикоподшипника. С увеличением температуры повышается давление упругости паров у внутреннего диаметра лопаток импеллера, что приводит к увеличению утечки кислорода через концевые уплотнения, устанавливаемые после импеллера.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков с целью повышения работоспособности подшипников, улучшения экономичности насоса и уменьшения утечек рабочей жидкости из насоса.

Поставленная задача решается тем, что в шнекоцентробежном насосе, содержащем установленные на валу шнек, крыльчатку, импеллер, примыкающий к ступице крыльчатки шарикоподшипник, уплотнение крыльчатки, отверстия в крыльчатке, соединяющие полость шарикоподшипника и полость между крыльчаткой и шнеком, и трубопровод, соединяющий полость импеллера с входом насоса, согласно изобретению между полостью импеллера и шарикоподшипником выполнено щелевое уплотнение.

На чертеже изображен центробежный насос, где 1 - шнек; 2 - крыльчатка; 3 - вал; 4 - шарикоподшипник; 5 - входная полость крыльчатки; 6 - входная полость шарикоподшипника; 7 - отверстия; 8 - полость высокого давления; 9 - щелевое радиальное уплотнение крыльчатки;
10 - импеллер;
11 - щелевое радиальное уплотнение;
12 - полость импеллера;
13 - вход насоса;
14 - трубопровод.

Насос состоит из шнека 1 и крыльчатки 2, установленных на валу 3. Вал опирается на шарикоподшипник 4. Между шнеком 1 и крыльчаткой 2 выполнена входная полость 5 крыльчатки. Входная полость 6 шарикоподшипника сообщается с входной полостью 5 крыльчатки отверстиями 7 в крыльчатке 2. Полость высокого давления 8 отделена от полости 6 шарикоподшипника щелевым радиальным уплотнением 9 крыльчатки. С одной стороны шарикоподшипник 4 примыкает к ступице крыльчатки 2, с другой его стороны установлен импеллер 10. Между шарикоподшипником 4 и импеллером 10 выполнено щелевое радиальное уплотнение 11, отделяющее входную полость 6 шарикоподшипника от полости 12 импеллера 10. Полость 12 импеллера 10 сообщается с входом 13 насоса трубопроводом 14.

При работе жидкость со входа 13 насоса поступает к шнеку 1. Создаваемый шнеком 1 перепад давлений повышает давление во входной полости 5 крыльчатки. Через крыльчатку 2 жидкость поступает в полость 8 высокого давления. Часть жидкости протекает через радиальное щелевое уплотнение 9 крыльчатки и далее поступает во входную полость 6 шарикоподшипника. Из входной полости 6 шарикоподшипника основная часть жидкости через отверстия 7 в крыльчатке 2 поступает во входную полость 5 крыльчатки. Меньшая часть жидкости протекает через шарикоподшипник и охлаждает его. Во входной полости 6 шарикоподшипника устанавливается давление жидкости, превышающее давление жидкости во входной полости 5 крыльчатки на величину сопротивления отверстий 7. После шарикоподшипника 4 жидкость через щелевое радиальное уплотнение 11, дозирующее расход жидкости на охлаждение шарикоподшипника, поступает в полость 12 импеллера. Из полости 12 импеллера жидкость отводится по трубопроводу 14 на вход насоса 13. Проходная площадь трубопровода 14 выбрана в 5 раз больше площади щели щелевого радиального уплотнения 11. При таком соотношении площадей сопротивление трубопровода 14 составляет ~0,05 МПа. Тем самым в полости 12 импеллера устанавливается низкое давление жидкости, практически равное давлению жидкости на входе насоса. Диаметр импеллера 10 выбирается из условия, чтобы перепад давлений, который он может создать, превышал на ~30%, действующий на него перепад давлений со стороны полости 12 импеллера.

Низкое давление в полости 12 импеллера обуславливает малый наружный диаметр импеллера и низкую его мощность. В результате этого обеспечивается минимальный подогрев жидкости как в полости 12 импеллера, так и в полости шарикоподшипника. Низкая температура в полости 12 импеллера обеспечивает низкое давление упругости паров у внутреннего диаметра лопаток импеллера, что снижает утечки рабочей жидкости из полости насоса.

Внедрение предлагаемого изобретения обеспечивает:
повышение работоспособности шарикоподшипника из-за снижения температуры охлаждающей жидкости;
повышение экономичности насоса за счет уменьшения мощности, потребляемой импеллером;
снижение утечек рабочей жидкости из насоса.

Формула изобретения

Шнекоцентробежный насос, содержащий установленные на валу шнек, крыльчатку и импеллер, примыкающий к ступице крыльчатки шарикоподшипник, щелевое радиальное уплотнение крыльчатки, отверстия в крыльчатке, соединяющие полость шарикоподшипника и полость между крыльчаткой и шнеком, и трубопровод, соединяющий полость импелллера со входом насоса, отличающийся тем, что между полостью импеллера и полостью шарикоподшипника выполнено щелевое радиальное уплотнение.

РИСУНКИ

Рисунок 1