RU2352818C1

RU2352818C1 - Centrifugal pump

Info

Publication number: RU2352818C1
Application number: RU2007138458/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Борисович Болотин (RU); Николай Борисович Болотин
Original assignee: Николай Борисович Болотин
Priority date: 2007-10-16
Filing date: 2007-10-16
Publication date: 2009-04-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to pump production and can be used to pump over fluids, primarily, not containing abrasive particles. The proposed pump comprises impeller with hub fitted on the shaft. There are intermediate and inner shafts with augers running independently of the impeller in opposite directions and fitted inside the hub. The intermediate shaft extensions accommodate the first auger and wheel rotor of the birotary turbine second stage. The inner shaft extensions accommodate the second auger and wheel rotor of the birotary turbine first stage. The hydraulic turbine first stage rotor box is arranged inside the hub. The hub is furnished with through holes to communicate the impeller space with that of the hub. Aft of the birotary hydraulic turbine second stage, a bypass channel is arranged to return the product pumped over between the first and second augers. The bypass channel represents a blunt axial hole arranged in the inner shaft and radial holes arranged between augers and entering inside the said blunt hole.

EFFECT: improved cavitation properties.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано преимущественно в любых отраслях техники для перекачки жидкостей, не содержащих абразивных включений.The invention relates to a pump engineering and can be used mainly in any technical field for pumping liquids that do not contain abrasive inclusions.

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.Known screw centrifugal pump containing a split housing, centrifugal impellers (impellers), auger, shaft and support units in the form of bearings and rolling bearings (RU 2094660 C1, 10.27.1997). The pump has poor cavitation properties.

Наиболее близким к изобретению является центробежный насос, содержащий корпус, крыльчатку и шнек, установленные на валу (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.Closest to the invention is a centrifugal pump comprising a housing, an impeller and an auger mounted on a shaft (RU 2106534 C1, 03/10/1998). The screw improves the cavitation properties of the pump, as it has better cavitation properties than a centrifugal impeller. The screw provides an increase in the cavitation properties of the pump, but it is mechanically connected to the impeller of the pump and has the same angular rotation speed with it. This does not allow the pump to be operated at very high speeds, for example 40 ... 100 thousand rpm, therefore, such pumps are not currently used.

Задачей изобретения является улучшение кавитационных свойств насоса.The objective of the invention is to improve the cavitation properties of the pump.

Технический результат достигается за счет того, что в центробежном насосе, содержащем крыльчатку со ступицей, установленную на валу, и шнек, согласно изобретению внутри ступицы установлены промежуточный и внутренний валы со шнеками, имеющими возможность вращения независимо от крыльчатки в противоположных направлениях, при этом на концах промежуточного вала установлены соответственно первый шнек и рабочее колесо второй ступени биротативной гидротурбины, а на концах внутреннего вала - второй шнек и рабочее колесо первой ступени биротативной гидротурбины, сопловой аппарат первой ступени гидротурбины установлен в полости внутри ступицы, в ступице выполнены сквозные отверстия, соединяющие полость крыльчатки с полостью в ступице, после второй ступени биротативной гидротурбины выполнен канал перекуска для возврата перекачиваемого продукта между первым и вторым шнеками.The technical result is achieved due to the fact that in a centrifugal pump containing an impeller with a hub mounted on a shaft and a screw, according to the invention, intermediate and internal shafts are installed inside the hub with screws that can rotate in opposite directions regardless of the impeller, while at the ends of the intermediate shaft, respectively, the first screw and impeller of the second stage of the biotative turbine are installed, and at the ends of the inner shaft, the second screw and impeller of the first stage of birotat a conventional hydraulic turbine, a nozzle apparatus of the first stage of a hydraulic turbine is installed in the cavity inside the hub, through holes are made in the hub connecting the impeller cavity with the cavity in the hub, after the second stage of the biotic turbine, a transfer channel is made to return the product being pumped between the first and second screws.

Канал перепуска может быть выполнен в виде несквозного осевого отверстия во внутреннем валу и радиальных отверстий, размещенных между шнеками и выходящих внутрь несквозного отверстия.The bypass channel can be made in the form of a through axial hole in the inner shaft and radial holes located between the screws and going inside the through hole.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг.1 приведена схема центробежного насоса, продольный разрез,figure 1 shows a diagram of a centrifugal pump, a longitudinal section,

на фиг.2 - схема вращения шнеков,figure 2 - scheme of rotation of the screws,

на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1.figure 3 is a section aa in figure 1.

Центробежный 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. Промежуточный вал 6 проходит внутри ступицы 3 и установлен внутри нее, по меньшей мере, на одном промежуточном подшипнике 7. С одной стороны (со стороны входа в крыльчатку 2) на промежуточном валу 6 установлен второй шнек 8, а с другой стороны - рабочее колесо первой ступени биротативной гидротурбины 9. Сопловой аппарат первой ступени биротативной гидротурбины 10 установлен перед рабочим колесом первой ступени гидротурбины 9 (со стороны входа насоса). Внутренний вал 11 установлен внутри промежуточного вала 6 на подшипниках 12, установленных между валами 6 и 11. В качестве подшипников 7 и 12 могут быть применены подшипники скольжения или игольчатые подшипники. На одном конце внутреннего вала 11, со стороны входа в насос, установлен первый шнек 13, а на другом конце - рабочее колесо второй ступени биротативной гидротурбины 14. Рабочее колесо второй ступени биротативной гидротурбины 14 имеет бандаж 15, установленный в ступице 3, по меньшей мере, на одном подшипнике 16. Для восприятия осевых нагрузок на валы 6 и 11 служат контактные кольца 17, установленные на их торцах.The centrifugal pump (figure 1) contains a shaft 1, which is made hollow. An impeller 2 with a hub 3 is mounted on the shaft 1. The shaft 1 is mounted on the bearing 4 in the housing 5. The intermediate shaft 6 extends inside the hub 3 and is installed inside it on at least one intermediate bearing 7. On the one hand (from the input side the impeller 2) a second screw 8 is installed on the intermediate shaft 6, and on the other hand, the impeller of the first stage of the birotational hydraulic turbine 9. A nozzle apparatus of the first stage of the birotational hydraulic turbine 10 is installed in front of the impeller of the first stage of the turbine 9 (from the pump inlet side). The inner shaft 11 is mounted inside the intermediate shaft 6 on bearings 12 mounted between the shafts 6 and 11. As bearings 7 and 12, sliding bearings or needle bearings can be used. At one end of the inner shaft 11, from the pump inlet side, a first screw 13 is installed, and at the other end is the impeller of the second stage of the birotational hydraulic turbine 14. The impeller of the second stage of the biotative hydraulic turbine 14 has a bandage 15 installed in the hub 3, at least , on one bearing 16. For the perception of axial loads on the shafts 6 and 11 are contact rings 17 mounted on their ends.

К корпусу 5 подстыкованы входной корпус 18, имеющий полость «Б», и выходной корпус 19, имеющий полость «В». Между первым шнеком 13 и вторым шнеком 8 образована полость «Г». Между корпусом 5 и крыльчаткой 2 выполнено переднее уплотнение 20. Со стороны заднего торца крыльчатки 2 на ее ступице 3 выполнены заднее уплотнение 21 и разгрузочная полость «Д». Разгрузочная полость «Д» предназначена для уменьшения осевой нагрузки на подшипник 4. В ступице 3 крыльчатки 2 выполнены отверстия «Е», выходящие в полость «Ж» перед гидротурбиной, за рабочим колесом второй ступени биротативной гидротурбины 14 выполнена полость «И». Шнеки 8 и 13 (фиг.2) имеют соответственно лопасти 22 и 23, наклоненные в противоположные стороны.The input housing 18 having a cavity “B” and the output housing 19 having a cavity “C” are docked to the housing 5. A cavity “G” is formed between the first screw 13 and the second screw 8. Between the housing 5 and the impeller 2, a front seal 20 is made. On the side of the rear end of the impeller 2, a rear seal 21 and an unloading cavity “D” are made on its hub 3. The unloading cavity “D” is intended to reduce the axial load on the bearing 4. In the hub 3 of the impeller 2, holes “E” are made, extending into the cavity “Zh” in front of the turbine, behind the impeller of the second stage of the birotational turbine 14 there is a cavity “I”. Screws 8 and 13 (figure 2) respectively have blades 22 and 23, inclined in opposite directions.

Внутри внутреннего вала 11 выполнено несквозное отверстие «К» (фиг.1…3), в которое выходят радиальные отверстия «Л», размещенные между шнеками 8 и 13, служащие для возврата части расхода перекачиваемого продукта на вход в насос между шнеками 13 и 8. Если бы был осуществлен перепуск этого расхода перекачиваемого продукта на вход в шнек 13, как это всегда делается при наличии одного шнека, это бы ухудшило кавитационные характеристики насоса. Перепуск значительного расхода перекачиваемого продукта (10…15%) в зону относительно высокого давления - полость «Г» - не ухудшит кавитационные свойства насоса. Сбрасывать в дренаж столь значительный расход экономически нецелесообразно.Inside the inner shaft 11, a through hole "K" is made (Figs. 1 ... 3), into which the radial holes "L" extend between the screws 8 and 13, which serve to return part of the flow rate of the pumped product to the pump inlet between the screws 13 and 8 If the transfer of this flow rate of the pumped product to the inlet of the auger 13 were carried out, as is always done with a single auger, this would impair the cavitation characteristics of the pump. Bypassing a significant flow rate of the pumped product (10 ... 15%) into the zone of relatively high pressure - the cavity "G" - will not worsen the cavitation properties of the pump. To dump such a significant expense into drainage is not economically feasible.

При включении привода (не показан) раскручивается вал 1 с крыльчаткой 2. Внутри крыльчатки 2 и на выходе из нее, т.е. в полости «В», повышается давление перекачиваемого продукта, и его часть (10%…15%) через отверстия «Е» поступает в полость «Ж» и далее проходит последовательно сопловой аппарат первой ступени биротативной гидротурбины 10, рабочее колесо первой ступени биротативной гидротурбины 9 и рабочее колесо первой ступени биротативной гидротурбины 14, при этом раскручиваются рабочие колеса биротативной гидротурбины 9 и 14 и соответственно валы 6 и 11 и шнеки 13 и 8, жестко закрепленные на этих валах. Шнеки 13 и 8 значительно повышают давление на входе в крыльчатку 2 вследствие того, что они вращаются в противоположные стороны, тем самым предотвращая кавитацию на входе в нее. Первый шнек 13 повышает давление между шнеками 13 и 8, т.е. в полости «Г», создавая благоприятные условия с точки зрения предотвращения кавитации на входе во второй шнек 8. Даже с учетом перепуска подогретого перекачиваемого продукта и того, что относительные скорости вращения шнеков велики, кавитация на входе в шнек 8, установленный вторым по потоку, исключена. С учетом того, что первый шнек 13 вращается в 3…10 раз медленнее, чем крыльчатка 2, на его входе кавитация также исключена. Второй шнек 8 вращается со скоростью в 2…3 раза медленнее, чем крыльчатка 2, что также благоприятно сказывается на его кавитационных качествах. Утечки перекачиваемого продукта, которые прошли через заднее уплотнение 21, могут использоваться для смазки подшипника 4 и поступают в дренаж или на вход в насос или сбрасываются в атмосферу, если перекачиваемый продукт неядовитый и утечки перекачиваемого продукта небольшие.When the drive (not shown) is turned on, the shaft 1 with the impeller 2 is untwisted. Inside the impeller 2 and at the exit from it, i.e. in the cavity "B", the pressure of the pumped product increases, and part of it (10% ... 15%) through the holes "E" enters the cavity "Zh" and then the nozzle apparatus of the first stage of the birotational turbine 10 passes sequentially, the impeller of the first stage of the biotic turbine 9 and the impeller of the first stage of the birotational hydraulic turbine 14, while the impellers of the birotational hydraulic turbine 9 and 14 and, respectively, the shafts 6 and 11 and the screws 13 and 8, rigidly fixed to these shafts, are untwisted. The screws 13 and 8 significantly increase the pressure at the inlet to the impeller 2 due to the fact that they rotate in opposite directions, thereby preventing cavitation at the entrance to it. The first screw 13 increases the pressure between the screws 13 and 8, i.e. in the cavity "G", creating favorable conditions from the point of view of preventing cavitation at the entrance to the second screw 8. Even taking into account the bypass of the heated pumped product and the fact that the relative speeds of rotation of the screws are large, cavitation at the entrance to the screw 8, installed the second stream, excluded. Given that the first screw 13 rotates 3 ... 10 times slower than the impeller 2, cavitation is also excluded at its entrance. The second screw 8 rotates at a speed of 2 ... 3 times slower than the impeller 2, which also favorably affects its cavitation qualities. Leaks of the pumped product that passed through the rear seal 21 can be used to lubricate the bearing 4 and enter the drainage or the pump inlet or are discharged into the atmosphere if the pumped product is non-toxic and the leakage of the pumped product is small.

Применение изобретения позволяет:The application of the invention allows:

1. Значительно улучшить кавитационные свойства насоса за счет применения двух шнеков, вращающихся в разные стороны, создающих при этом значительное повышение давления на входе в крыльчатку. Кавитационные свойства насоса в целом и его шнеков, в частности, улучшаются также за счет уменьшения абсолютных скоростей вращения шнеков и увеличения относительных скоростей за счет их вращения в разные стороны. Вращение шнеков в противоположных направлениях обеспечивается биротативной турбиной.1. Significantly improve the cavitation properties of the pump through the use of two screws rotating in opposite directions, while creating a significant increase in pressure at the inlet to the impeller. The cavitational properties of the pump as a whole and its screws, in particular, are also improved by reducing the absolute speeds of the screws and increasing the relative speeds due to their rotation in different directions. The rotation of the screws in opposite directions is provided by a biotic turbine.

2. Спроектировать насос очень большой мощности за счет повышения частоты вращения крыльчатки до предельно допустимых по прочности значений.2. Design a pump of very high power by increasing the speed of the impeller to the maximum permissible strength values.

3. Предотвратить срыв потока перекачиваемого компонента в насосе вследствие кавитации на его входе.3. To prevent disruption of the flow of the pumped component in the pump due to cavitation at its inlet.

4. Создать насос с минимальным весом и габаритами при большом напоре и производительности. Применение биротативной турбины позволяет отказаться от соплового аппарата второй ступени биротативной турбины, упростить сборку и уменьшить ее осевые габариты и получить значительную мощность при небольших габаритах.4. Create a pump with minimum weight and dimensions with high pressure and performance. The use of a biotative turbine makes it possible to abandon the nozzle apparatus of the second stage of the biotative turbine, simplify assembly and reduce its axial dimensions and obtain significant power with small dimensions.

5. Применение бандажа для рабочего колеса второй ступени биротативной турбины и установка, по меньшей мере, одного подшипника на больший диаметр увеличивает жесткость валов и предотвращает их заклинивание.5. The use of a bandage for the impeller of the second stage of the turotative turbine and the installation of at least one bearing on a larger diameter increases the stiffness of the shafts and prevents them from jamming.

6. Разгрузить осевые силы, действующие на валы насоса и на подшипники, т.к. осевые силы, создаваемые шнеком и гидротурбиной, направлены в противоположные стороны.6. Relieve axial forces acting on the pump shafts and bearings, as axial forces created by the auger and hydraulic turbine are directed in opposite directions.

7. Уменьшить утечки перекачиваемого продукта в дренаж.7. Reduce leakage of the pumped product into the drain.

8. Увеличить КПД насоса за счет возврата перекачиваемого продукта, отбираемого для привода биротативной турбины.8. To increase the efficiency of the pump due to the return of the pumped product, selected for the drive of the biotic turbine.

Claims

1. A centrifugal pump containing an impeller with a hub mounted on the shaft and a screw, characterized in that the intermediate and inner shafts are installed inside the hub with screws that can rotate in opposite directions independently of the impeller, with the first a screw and an impeller of the second stage of a biotational hydraulic turbine, and at the ends of the inner shaft, a second screw and an impeller of the first stage of a biotative hydraulic turbine, a nozzle apparatus of the first stage idroturbiny mounted in the cavity within the hub, the hub is provided with through holes connecting the cavity with the cavity of the impeller hub, after the second stage birotativnoy hydraulic turbine bypass channel configured to return the pumped product between the first and second screws.

2. The centrifugal pump according to claim 1, characterized in that the bypass channel is made in the form of a through axial hole in the inner shaft and radial holes located between the screws and going into the inside of the through hole.