шнекоцентробежный насос

Формула изобретения

1. Шнекоцентробежный насос, содержащий крыльчатку со ступицей, установленную на валу, и шнек, отличающийся тем, что вал выполнен полым, внутри него установлен дополнительный вал, на одном конце которого установлен шнек, на противоположном конце дополнительного вала установлена гидротурбина, против которой в ступице крыльчатки выполнены отверстия, между ступицей крыльчатки и дополнительным валом выполнен канал возврата перекачиваемого продукта из гидротурбины на вход насоса.

2. Шнекоцентробежный насос по п.1, отличающийся тем, что между валом и дополнительным валом установлен, по меньшей мере, один подшипник.

3. Шнекоцентробежный насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что вал соединен с валом привода через муфту.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано преимущественно для перекачки жидкостей, не содержащих абразивных включений, в любых отраслях техники.

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 имеет плохие кавитационные свойства.

Наиболее близким к изобретению является шнекоцентробежный насос, содержащий крыльчатку со ступицей, установленную на валу, и шнек (RU 2106534 С1, 10.03.1998). Шнек улучшает 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 в настоящее время не применяются.

Задачей изобретения является улучшение кавитационных свойств насоса.

Технический результат достигается тем, что в шнекоцентробежном насосе, содержащем крыльчатку со ступицей, установленную на валу, и шнек, согласно изобретению вал выполнен полым, внутри него установлен дополнительный вал, на одном конце которого установлен шнек, на противоположном конце дополнительного вала установлена гидротурбина, против которой в ступице крыльчатки выполнены отверстия, между ступицей крыльчатки и дополнительным валом выполнен канал возврата перекачиваемого продукта из гидротурбины на вход насоса. Между валом и дополнительным валом может быть установлен, по меньшей мере, один подшипник. Вал может быть соединен с валом привода через муфту.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 схематично изображен шнекоцентробежный насос, продольный разрез;

на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 с каналами в дополнительном валу;

на фиг.3 - то же с центральным отверстием и радиальными отверстиями в дополнительном валу.

Шнекоцентробежный насос (фиг.1) содержит вал 1, который выполнен пустотелым. На валу 1 установлена крыльчатка 2 со ступицей 3. Вал 1 установлен на подшипнике 4 в корпусе 5. Дополнительный вал 6 проходит внутри вала 1 и установлен, по меньшей мере, на одном промежуточном подшипнике 7, который установлен внутри вала 1. На одном конце дополнительного вала 6, со стороны входа в насос, установлен шнек 8, а на другом - гидротурбина 9. При этом гидротурбина 9 установлена за крыльчаткой 2 или внутри нее в специальной полости. К корпусу 5 подстыкованы входной корпус 10, имеющий полость Б, и выходной корпус 11, имеющий полость В. Между шнеком 8 и крыльчаткой 2 образована полость Г. Со стороны заднего торца крыльчатки 2 выполнена разгрузочная полость Д. В ступице 3 крыльчатки 2 выполнены отверстия Е, выходящее в полость перед гидротурбиной Ж, за гидротурбиной выполнена полость И. На заднем торце ступицы 3 крыльчатки 2 выполнено заднее уплотнение 12, предназначенное для ограничения утечек перекачиваемого продукта и разгрузки осевой силы, действующей на подшипник 8. В передней части крыльчатки 2 выполнено переднее уплотнение 13. Переднее уплотнение 13 сводит до минимума утечки перекачиваемого продукта, перетекающие между корпусом 5 и крыльчаткой 2.

Перед подшипником 4 выполнена полость К, а за ним - полость Л. С полостью Л сообщается дренажный штуцер 14. Каналы М (фиг.1 и 2) сообщают полости И и Г и служат для возврата расхода перекачиваемого продукта на вход в крыльчатку 2. Если бы был осуществлен перепуск этого расхода продукта на вход в насос (шнек 8), то это бы ухудшило кавитационные характеристики насоса. Вместо каналов М может быть выполнены центральное отверстие Н и радиальные отверстия П внутри дополнительного вала 6 (фиг.3). Уплотнения 15 и 16 уплотняют полости подшипников 4 и 7. В валу 1 между подшипниками 4 и 7 выполнены радиальные отверстия Р, предназначенные для дренажа утечек, проходящих через подшипник 7. Между крыльчаткой 2 и шнеком 8 может быть установлен направляющий козырек 17, выполненный с радиусным участком, для того, чтобы расход перекачиваемого продукта, проходящий через гидротурбину 9, смешивался с основным расходом перекачиваемого продукта без образования вихрей, приводящих к снижению КПД насоса.

При включении привода (не показан) раскручивается вал 1 с крыльчаткой 2. Внутри крыльчатки 2 и на выходе из нее повышается давление перекачиваемого продукта, и его часть (10% 15%) через отверстия Е поступает на гидротурбину 9, раскручивает ее и далее проходит в полость И, потом по каналу М возвращается на вход в крыльчатку 2. Наличие направляющего козырька 17 с радиусным участком позволяет ввести этот расход перекачиваемого продукта в основной расход перекачиваемого продукта практически параллельно оси насоса, т.е. без дополнительных потерь, возникающих при смешении потоков, направленных под большим углом друг к другу. Дополнительный вал 6 вследствие небольшого расхода перекачиваемого продукта, проходящего через гидротурбину 9 (19% 15% от общего расхода), вращается значительно медленнее, чем вал 1, т.е. шнек 8 вращается с меньшими оборотами, чем крыльчатка 2. Это благоприятно сказывается на кавитационных свойствах насоса в целом и одновременно позволяет спроектировать крыльчатку 2 для работы на очень больших скоростях, что уменьшает вес и габариты насоса. Подбором диаметра отверстий Е можно настроить оптимальный режим работы шнека 8. Для этого в отверстия Е могут быть ввернуты калиброванные жиклеры (на фиг.1 3 не показано). Это позволит получать одинаковые кавитационные характеристики насосов при их серийном изготовлении.

Утечки перекачиваемого продукта, которые прошли через заднее уплотнение 12, используются для смазки подшипника 4 и поступают в полость К и далее в дренажный штуцер 14 и на вход в насос или сбрасываются, если перекачиваемый продукт не ядовитый и утечки перекачиваемого продукта небольшие. Давление в разгрузочной полости Д будет меньше, чем в полости на выходе В из насоса, это позволит уменьшить осевую силу, действующую на подшипник 4 в сторону входа в насос, и в идеальном случае разгрузить осевое усилие до нулевого значения. Кроме того, удалось разгрузить осевые силы, действующие на дополнительный подшипник, т.к. осевые силы, создаваемые шнеком и гидротурбиной, направлены в противоположные стороны.

Часть расхода, проходящего через гидротурбину 9, из полости И поступает на смазку и охлаждение промежуточного подшипника 7 и далее через отверстия Р - в полость К. Уплотнения 15 и 16 предотвращают утечку перекачиваемого продукта.

Применение изобретения позволяет:

1. Значительно улучшить кавитационные свойства насоса за счет уменьшения скорости вращения шнека и применения консольной схемы.

2. Спроектировать насос очень большой мощности за счет повышения частоты вращения крыльчатки.

3. Предотвратить срыв потока перекачиваемого компонента в насосе вследствие кавитации на его входе.

4. Создать насос с минимальным весом и габаритами при большом напоре и производительности.

5. Разгрузить осевые силы, действующие на ротор насоса и на дополнительный подшипник, т.к. осевые силы, создаваемые шнеком и гидротурбиной, направлены в противоположные стороны.

6. Уменьшить утечки перекачиваемого продукта в дренаж.

7. Обеспечить смазку и охлаждение всех подшипников насоса перекачиваемым продуктом.

8. Увеличить КПД насоса.