Шнекоцентробежный насос
Изобретение относится к насосостроению. Шнекоцентробежный насос содержит корпуса 20, 21, 23, центробежное рабочее колесо 2 со ступицей 3, установленное на валу 1, и шнек 5. Шнек 5 установлен на дополнительном валу 6 с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны выхода насоса пружиной 19, установленной на валу 6. Внутри ступицы 3 рабочего колеса 2 выполнена внутренняя полость 10, в которой размещены сопловой аппарат 9 и рабочее колесо 8 гидротурбины, образуя полости 11, 12 перед сопловым аппаратом 9 и за рабочим колесом 8 гидротурбины. Рабочее колесо 8 гидротурбины соединено через редуктор 18 с дополнительным валом 6. В центробежном рабочем колесе 2 на разных диаметрах d1, d2 выполнены две группы отверстий 15, 16, одна из которых сообщает полость центробежного рабочего колеса 2 с полостью 11 перед сопловым аппаратом 9, а другая - с полостью 12 за рабочим колесом 8 гидротурбины. Изобретение направлено на улучшение кавитационных свойств насоса. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
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.
Наиболее близким к изобретению является шнекоцентробежный насос по патенту РФ №2106534, МПК 6 F04D 13/04, опубл. 10.03.1998. Известный шнекоцентробежный насос содержит корпус, установленное на валу центробежное колесо со ступицей и шнек. Шнек улучшает антикавитационные свойства насоса, т.к. он обладает лучшими антикавитационными свойствами, чем центробежное колесо. 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.
Технический результат достигается за счет того, что в шнекоцентробежном насосе, содержащем корпус, установленное на валу центробежное рабочее колесо со ступицей и шнек, согласно изобретению шнек установлен на дополнительном валу с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны выхода насоса пружиной, установленной на дополнительном валу, внутри ступицы центробежного рабочего колеса выполнена внутренняя полость, в которой размещены сопловой аппарат и рабочее колесо гидротурбины, таким образом, что образуются полости перед сопловым аппаратом гидротурбины и за рабочим колесом гидротурбины, рабочее колесо гидротурбины соединено через редуктор с дополнительным валом, при этом в центробежном рабочем колесе на разных диаметрах выполнены две группы отверстий, одна из которых сообщает полость центробежного рабочего колеса с полостью перед сопловым аппаратом гидротурбины, а другая - с полостью за рабочим колесом гидротурбины. В одной группе отверстий или в обеих могут быть установлены жиклеры.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
Шнекоцентробежный насос содержит установленное на валу 1 центробежное рабочее колесо 2 со ступицей 3. Вал 1 установлен на подшипнике 4. Шнек 5 установлен на дополнительном валу 6. Центробежное рабочее колесо 2 жестко связано 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 установлено с возможностью взаимного проскальзывания рабочее колесо 8 гидротурбины. Перед рабочим колесом 8 гидротурбины установлен сопловой аппарат 9 гидротурбины, который крепится внутри вала 1 во внутренней полости 10 и делит эти полости на две: полость 11 - перед сопловым аппаратом 9 гидротурбины и полость 12 - за рабочим колесом 8 гидротурбины. Полость 11 отверстиями 13, выполненными радиально в валу 1, сообщается с разгрузочной полостью 14, которая в свою очередь, посредством отверстий 15, выполненных в центробежном рабочем колесе 2, сообщается с полостью центробежного рабочего колеса 2.
Полость 12 также сообщается при помощи групп отверстий 16, выполненных на диаметре d2, меньшем, чем диаметр d1 выполнения отверстий 15, с полостью центробежного рабочего колеса 2. В отверстиях 15 или 16, или одновременно, могут быть установлены жиклеры 17 для дозирования расхода перекачиваемого продукта через рабочее колесо 8 гидротурбины.
Между дополнительным валом 6 и втулкой 7 выполнен редуктор 18. Дополнительный вал 6 подпружинен с торца пружиной 19.
Подшипник 4 установлен в корпусе 20. К корпусу 20 подстыкован входной корпус 21 с входной полостью 22 и выходной корпус 23 с выходной полостью 24, между шнеком 5 и центробежным рабочим колесом 2 выполнена полость 25. На заднем торце ступицы 3 центробежного рабочего колеса 2 выполнено заднее уплотнение 26, отделяющее выходную полость 24 от разгрузочной полости 14. Разгрузочная полость 14 позволяет уменьшить осевое усилие на основной подшипник 4. Между шнеком 5 и центробежным рабочим колесом 2 установлен упорный подшипник 27, а между крыльчаткой 2 и дополнительным валом 6, по меньшей мере, один радиальный подшипник 28. Между втулкой 7 и ступицей 3 центробежного рабочего колеса 2 установлен упорный подшипник 29.
При запуске насоса шнек 5 вращается практически с той же скоростью, что и центробежное рабочее колесо 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 25 будет больше, чем это необходимо из условия отсутствия кавитации на входе в шнек 5. Повышенное давление в полости 25 создаст осевое усилие и переместит дополнительный шнек 5 в сторону входа в насос, при этом сожмется пружина 14 и дальнейшее перемещение шнека 5 прекратится, но дополнительный вал 6 будет вращаться с меньшим числом оборотов, чем вал 1 по двум причинам: вследствие ограниченной мощности гидротурбины и применения редуктора 18. Втулка 7 установлена, по меньшей мере, на одном радиальном подшипнике 30.
При падении давления в полости 25 происходит обратный процесс, т.е. шнек 5 перемещается в сторону центробежного рабочего колеса 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 значительного уменьшения скорости вращения шнека, применения консольной схемы и размещения пружин автомата управления нагрузкой шнека внутри стакана на валу.
2. Повысить КПД насоса за счет уменьшения утечек в зазорах.
3. Спроектировать насос 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 подшипников.
8. Разгрузить осевые силы, действующие на ротор насоса.
1. Шнекоцентробежный насос, содержащий корпус, установленное на валу центробежное рабочее колесо со ступицей и шнек, отличающийся тем, что шнек установлен на дополнительном валу с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны выхода насоса пружиной, установленной на дополнительном валу, внутри ступицы центробежного рабочего колеса выполнена внутренняя полость, в которой размещены сопловой аппарат и рабочее колесо гидротурбины таким образом, что образуются полости перед сопловым аппаратом гидротурбины и за рабочим колесом гидротурбины, рабочее колесо гидротурбины соединено через редуктор с дополнительным валом, при этом в центробежном рабочем колесе на разных диаметрах выполнены две группы отверстий, одна из которых сообщает полость центробежного рабочего колеса с полостью перед сопловым аппаратом гидротурбины, а другая - с полостью за рабочим колесом гидротурбины.
2. Шнекоцентробежный насос по п.1, отличающийся тем, что в одной группе отверстий или в обеих установлены жиклеры.
