шнекоцентробежный насос
Классы МПК: | F04D9/04 применение заливочных насосов; применение бустерных насосов для предотвращения кавитации F04D13/04 с гидравлическим или пневматическим приводом |
Патентообладатель(и): | Болотин Николай Борисович (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-01-21 публикация патента:
20.03.2010 |
Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано преимущественно в турбонасосных агрегатах ЖРД. Шнекоцентробежный насос содержит корпус 20 и установленные на валу 1 крыльчатку 2 со ступицей 3. Шнек 5 установлен на дополнительном валу 6 с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны выхода насоса пружиной 19, установленной на дополнительном валу 6. Внутри ступицы 3 крыльчатки 2 выполнена внутренняя полость 10, в которой размещены сопловой аппарат 9 и рабочее колесо 8 гидротурбины таким образом, что образуются полости 11, 12 перед сопловым аппаратом 9 и за рабочим колесом 8. Рабочее колесо 8 соединено через магнитную муфту 18 с дополнительным валом 6. В крыльчатке 2 на разных диаметрах выполнены две группы отверстий 15, 16. Группа отверстий 15 сообщает полость 10 крыльчатки 2 с полостью 11 перед сопловым аппаратом 9 гидротурбины, а группа отверстий 16 - с полостью 12 за рабочим колесом 8 гидротурбины. В одной группе отверстий 15, 16 или в обеих установлены жиклеры 17. Изобретение направлено на улучшение антикавитационных свойств насоса 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Формула изобретения
1. Шнекоцентробежный насос, содержащий корпус и установленные на валу крыльчатку 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 крыльчатки 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 магнитную муфту с дополнительным валом, при этом в крыльчатке на разных диаметрах выполнены две группы отверстий, одна из которых сообщает полость крыльчатки 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.
Описание изобретения к патенту
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. Этот шнекоцентробежный насос содержит корпус и установленные на валу крыльчатку со ступицей и шнек. Шнек улучшает антикавитационные свойства насоса, т.к. он обладает лучшими антикавитационными свойствами, чем центробежная крыльчатка, 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.
Задачей создания изобретения является улучшение антикавитационных свойств насоса.
Технический результат достигается тем, что в шнекоцентробежном насосе, содержащем корпус и установленные на валу крыльчатку 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 крыльчатки 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 магнитную муфту с дополнительным валом, при этом в крыльчатке на разных диаметрах выполнены две группы отверстий, одна из которых сообщает полость крыльчатки с полостью перед сопловьм 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, на котором схематично изображен шнекоцентробежный насос, продольный разрез.
Шнекоцентробежный насос содержит установленные на валу 1 крыльчатку 2 со ступицей 3. Вал 1 установлен на подшипнике 4.
Шнек 5 установлен на дополнительном валу 6 с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны выхода насоса пружиной 19, установленной на дополнительном валу 6. Крыльчатка 3 жестко связана 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. Внутри ступицы 3 крыльчатки 2 выполнена внутренняя полость 10, в которой размещены сопловой аппарат 9 и рабочее колесо 8 гидротурбины таким образом, что образуются полости 11, 12 соответственно перед сопловым аппаратом 9 гидротурбины и за рабочим колесом 8 гидротурбины. Рабочее колесо 8 гидротурбины соединено через магнитную муфту 18 с дополнительным валом 6. Концентрично дополнительному валу 6 установлена втулка 7, на которой установлено с возможностью взаимного проскальзывания рабочее колесо 8 гидротурбины. Сопловой аппарат 9 гидротурбины крепится внутри вала 1. Полость 11 отверстиями 13, выполненными радиально в валу 1, сообщается с разгрузочной полостью 14, которая в свою очередь посредством отверстий 15, выполненных в крыльчатке 2, сообщается с полостью 11. В крыльчатке 2 на разных диаметрах d1 и d2 выполнены две группы отверстий 15, 16, одна из которых сообщает полость 10 крыльчатки 2 с полостью 11 перед сопловым аппаратом 9 гидротурбины, а другая - с полостью 12 за рабочим колесом 8 гидротурбины. Полость 11 сообщается при помощи групп отверстий 15, выполненных на большем диаметре d1, а полость 12 - при помощи групп отверстий 16 выполненных на меньшем диаметре d2, с полостью крыльчатки 2. В отверстиях 15 или 16 или одновременно в них могут быть установлены жиклеры 17 для дозирования расхода перекачиваемого продукта через рабочее колесо гидротурбины 8.
Подшипник 4 установлен в корпусе 20. К корпусу 20 подстыкованы входной корпус 21 с входной полостью 22 и выходной корпус 23 с выходной полостью 24. Между шнеком 5 и крыльчаткой 2 выполнена полость 25. На заднем торце ступицы 3 крыльчатки 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 крыльчаткой 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 крыльчатки 2 установлен упорный подшипник 29. Втулка 7 установлена, по меньшей мере, на одном радиальном подшипнике 30.
При запуске насоса шнек 5 вращается практически с той же скоростью, что и крыльчатка 2 за счет поджатая 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 19 и дальнейшее перемещение шнека 5 прекратится, но дополнительный вал 6 будет вращаться с меньшим числом оборотов, чем вал 1. При падении давления в полости 25 происходит обратный процесс, т.е. шнек 5 перемещается в сторону крыльчатки 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 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. 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, что имеет первостепенное значение в ракетной технике.
5. Обеспечить автоматическое регулирование антикавитационных свойств насоса.
6. Разгрузить осевые силы, действующие на ротор насоса.
Класс F04D9/04 применение заливочных насосов; применение бустерных насосов для предотвращения кавитации
Класс F04D13/04 с гидравлическим или пневматическим приводом