Шнекоцентробежный насос
Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано преимущественно в турбонасосных агрегатах ЖРД. Шнекоцентробежный насос содержит корпус и установленные на валу шнек и крыльчатку. Между шнеком и валом выполнена магнитная муфта. Между валом и шнеком выполнен гидродинамический подшипник. На одном из торцов шнека выполнен упорный гидродинамический подшипник. Наружный диаметр шнека может быть выполнен переменным, например коническим, а над шнеком в корпусе установлена с возможностью осевого перемещения втулка для регулирования радиального зазора между ней и шнеком. Изобретение направлено на улучшение кавитационных свойств насоса. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
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). Насос не предназначен для системы топливопитания ЖРД.
Известен шнекоцентробежный насос, который содержит установленные на валу шнек, крыльчатку и импеллер (RU 2204737 С2, 20.05.2003). В крыльчатке выполнены отверстия, соединяющие полость между шнеком и крыльчаткой с полостью подшипника. Это сделано для смазки подшипника перекачиваемым компонентом. Часть расхода одного из компонентов ракетного топлива, использующаяся для смазки подшипника, возвращается на вход в насос, что значительно ухудшает его кавитационные свойства.
Известен шнекоцентробежный насос, содержащий корпус, крыльчатку и шнек, установленные на валу (RU 2106534 С1, 10.03.98). Шнек повышает кавитационные свойства насоса, т.к. он обладает лучшими кавитационными свойствами, чем центробежная крыльчатка. Шнек обеспечивает повышение кавитационных свойств насоса, но он механически связан с рабочим колесом насоса и имеет с ним одинаковую угловую скорость вращения. Это не позволяет эксплуатировать насос на очень больших оборотах, например 40...100 тыс. об/мин, поэтому такие насосы не применимы в ракетной технике.
Наиболее близким к изобретению является шнекоцентробежный насос, содержащий, корпус и установленные на валу шнек и крыльчатку, причем между шнеком и валом выполнена магнитная муфта (JP 56-101098 А, 13.08.1981).
Известный насос имеет высокие кавитационные качества, однако имеет сложную конструкцию, а потому высокую себестоимость и низкую надежность.
Задачей изобретения является упрощение конструкции, снижение себестоимости и повышение надежности при сохранении кавитационных качеств.
Технический результат достигается за счет того, что в шнекоцентробежном насосе, содержащем корпус и установленные на валу шнек и крыльчатку, причем между шнеком и валом выполнена магнитная муфта, согласно изобретению между валом и шнеком выполнен гидродинамический подшипник, а на одном из торцов шнека выполнен упорный гидродинамический подшипник. Наружный диаметр шнека может быть выполнен переменным, например коническим, а над шнеком в корпусе установлена с возможностью осевого перемещения втулка для регулирования радиального зазора между ней и шнеком.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 приведена схема шнекоцентробежного насоса;
на фиг.2 - шнек с гидродинамическим подшипником;
на фиг.3 - вид на шнек спереди;
на фиг.4 - сечение А-А на фиг.2.
Шнекоцентробежный насос (фиг.1) содержит корпус 1, входной патрубок 2, имеющий полость А, вал 3, на котором установлены крыльчатка 4 и шнек 5. На переднем бурте 6 крыльчатки 4 установлено плавающее кольцо 7, предназначенное для уплотнения полости Б между крыльчаткой 4 и шнеком 5 от полости Б на выходе из насоса. Между валом 3 и шнеком 5 установлена магнитная муфта 8, содержащая ведомые магниты 9 и ведущие магниты 10. Шнек 5 установлен на валу 3 на гидродинамическом подшипнике 11. На одном из торцов шнека 3 выполнен упорный гидродинамический подшипник 12.
Гидродинамический подшипник 11 (фиг.2) представляет собой втулку (основание шнека 5) с отверстием Г, полостью Д и канавками Е, высота которых уменьшается в сторону вращения (фиг.4).
Предпочтительно в корпусе 1 установить втулку с переменным по длине диаметром, например коническую, и выполнить ее с возможностью осевого перемещения, а наружный диаметр шнека 5 также выполнить переменным по длине, например коническим. Это позволит, перемещая втулку 13 в осевом направлении, изменять радиальный зазор между шнеком 5 и втулкой 13 для регулирования проскальзывания шнека 5 относительно вала 3.
При проектировании насоса следует выполнить расчеты шнека таким образом, чтобы обеспечить на расчетном режиме проскальзывание шнека 5 относительно вала 3 до 50...70%, что позволит обеспечить его окружную скорость вращения в 2...3 раза меньше, чем скорость вращения крыльчатки 4. Это значительно улучшит кавитационные свойства насоса, например при частоте вращения вала 100000 об/мин можно получить скорость вращения шнека 5 порядка 30000 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.
При регулировке насоса, перемещая втулку 13 в осевом направлении в сторону крыльчатки 4, уменьшают радиальный зазор над шнеком 5, увеличивают его КПД, его мощность, давление за шнеком в полости А. Из-за увеличения мощности, потребляемой шнеком 5, и из-за того, что возможности магнитной муфты по передаче крутящего момента ограничены, увеличивается проскальзывание шнека 5 относительно вала 3. При этом шнек будет вращаться со скоростью в 2...3 раза меньшей, чем крыльчатка 4. Снижение окружных скоростей шнека 5 способствует повышению его кавитационных свойств.
Применение изобретения позволяет создать надежный насос простой конструкции с минимальным весом и габаритами при большом напоре, производительности и надежности, что имеет первостепенное значение в ракетной технике.
1. Шнекоцентробежный насос, содержащий корпус и установленные на валу шнек и крыльчатку, причем между шнеком и валом выполнена магнитная муфта, отличающийся тем, что между валом и шнеком выполнен гидродинамический подшипник, а на одном из торцов шнека выполнен упорный гидродинамический подшипник.
2. Шнекоцентробежный насос по п.1, отличающийся тем, что наружный диаметр шнека выполнен переменным, например коническим, а над шнеком в корпусе установлена с возможностью осевого перемещения втулка для регулирования радиального зазора между ней и шнеком.
