RU2352821C1

RU2352821C1 - Auger-centrifugal pump

Info

Publication number: RU2352821C1
Application number: RU2007140643/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Борисович Болотин (RU); Николай Борисович Болотин
Original assignee: Николай Борисович Болотин
Priority date: 2007-11-01
Filing date: 2007-11-01
Publication date: 2009-04-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to pump production and can be used for pumping various fluids. The proposed pump comprises impeller with hub fitted on the shaft and auger. The hollow shaft houses additional shaft with its one extension accommodating the auger. There is a hydraulic turbine wheel rotor representing an auger fitted inside the additional shaft. There is a channel inside the additional shaft to return the product pumped over from the turbine to the pump inlet. Hydraulic turbine nozzle box is arranged inside the shaft on the tapered ledge made along the shaft axis. At least, one intermediate bearing is fitted between the shaft and additional shaft and can represent a magnetic bearing.

EFFECT: improved cavitation properties, higher efficiency.

3 cl, 2 dwg

Description

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

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 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 c 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 screw centrifugal pump containing an impeller with a hub mounted on a shaft and a screw (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.

Кроме того, утечки через заднее уплотнение крыльчатки сбрасываются в дренаж, что ухудшает КПД насоса.In addition, leaks through the rear impeller seal are discharged into the drain, which impairs pump efficiency.

Задачей изобретения является улучшение кавитационных свойств насоса и повышение его КПД.The objective of the invention is to improve the cavitation properties of the pump and increase its efficiency.

Технический результат достигается за счет того, 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, внутри дополнительного вала установлено рабочее колесо гидротурбины в форме шнека и выполнен канал возврата перекачиваемого продукта из гидротурбины на вход насоса, а внутри вала на коническом выступе, выполненном вдоль его оси, установлен сопловой аппарат гидротурбины. Между валом и дополнительным валом может быть установлен, по меньшей мере, один промежуточный подшипник. Промежуточный подшипник может быть выполнен магнитным.The technical result is achieved due to the fact that in the screw centrifugal pump containing an impeller with a hub mounted on the shaft and the screw, according to the invention, the shaft is hollow, an additional shaft is installed inside it, a screw is installed at one end of it, and a turbine impeller is installed inside the additional shaft in the form of a screw, a channel for returning the pumped product from the hydraulic turbine to the pump inlet is made, and a nozzle apparatus of the hydraulic turbine is installed inside the shaft on a conical protrusion made along its axis . At least one intermediate bearing may be mounted between the shaft and the additional shaft. The intermediate bearing may be made magnetic.

Сущность изобретения поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

на фиг.1 схематично изображен шнекоцентробежный насос, продольный разрез;figure 1 schematically shows a screw centrifugal pump, a longitudinal section;

на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.figure 2 is a section aa in figure 1.

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 ступицы 3. На одном конце дополнительного вала 6, со стороны входа в насос, установлен шнек 8, а внутри промежуточного вала установлено и жестко с ним связано рабочее колесо гидротурбины 9. Внутри вала 1 на коническом выступе 10 установлен сопловой аппарат 11 гидротурбины 9. К корпусу 5 подстыкованы входной корпус 12, имеющий полость «Б» и выходной корпус 13, имеющий полость «В». Между шнеком 8 и крыльчаткой 2 образована полость «Г». Со стороны заднего торца крыльчатки 2 выполнена разгрузочная полость «Д». На заднем торце ступицы 3 крыльчатки 2 выполнено заднее уплотнение 14, предназначенное для ограничения утечек перекачиваемого продукта и разгрузки осевой силы, действующей на подшипник 4. В передней части крыльчатки 2 выполнено переднее уплотнение 15. Переднее уплотнение 15 сводит до минимума утечки перекачиваемого продукта, перетекающие между корпусом 5 и крыльчаткой 2. На ступице 3 крыльчатки 2 выполнены отверстия «Е», сообщающие полость внутри крыльчатки 2 и внутреннюю полость «Ж». На торце вала 1 выполнен конический выступ 10, на котором закреплен сопловой аппарат 11 гидротурбины 9. Внутренняя полость «Ж» сообщается с осевым отверстием «И» внутри дополнительного вала б. Осевое отверстие «И» сообщается с входом в крыльчатку 2, т.е. с полостью «Г» радиальными отверстиями «К».The screw 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 a bearing 4 in the housing 5. An additional shaft 6 extends inside the shaft 1 and is mounted on at least one intermediate bearing 7, which is installed inside the hub 3. At one end of the additional shaft 6, from the inlet side of the pump, a screw 8 is installed, and the impeller of the hydraulic turbine 9 is installed and rigidly connected with it having cavity "B" and the output housing 13 having a cavity "C". A cavity “G” is formed between the screw 8 and the impeller 2. On the side of the rear end of the impeller 2 a discharge cavity “D” is made. At the rear end of the hub 3 of the impeller 2, a rear seal 14 is provided for limiting leaks of the pumped product and unloading the axial force acting on the bearing 4. In the front of the impeller 2, a front seal 15 is made. The front seal 15 minimizes leakage of the pumped product, flowing between the casing 5 and the impeller 2. On the hub 3 of the impeller 2, holes “E” are made, communicating the cavity inside the impeller 2 and the internal cavity “G”. A conical protrusion 10 is made at the end of the shaft 1, on which the nozzle apparatus 11 of the hydraulic turbine 9 is fixed. The internal cavity “Zh” communicates with the axial hole “I” inside the additional shaft b. The axial hole "And" communicates with the entrance to the impeller 2, i.e. with a cavity "G" radial holes "K".

Осевое отверстие «И» и радиальные отверстия «К» образуют канал возврата перекачиваемого продукта из рабочего колеса гидротурбины 9 на вход в крыльчатку 2. Если бы был осуществлен перепуск этого расхода продукта на вход в шнек 8, то это бы ухудшило кавитационные характеристики насоса. Между крыльчаткой 2 и шнеком 8 может быть установлен направляющий козырек 16, выполненный с радиусным участком для того, чтобы расход перекачиваемого продукта, проходящий через рабочее колесо центростремительной гидротурбины 9, смешивался с основным расходом перекачиваемого продукта без образования вихрей, приводящих к снижению КПД насоса.The axial hole “I” and the radial holes “K” form the return channel of the pumped product from the impeller of the hydraulic turbine 9 to the inlet to the impeller 2. If this product were transferred to the inlet of the screw 8, this would impair the cavitation characteristics of the pump. Between the impeller 2 and the screw 8, a guide visor 16 can be installed, made with a radius section so that the flow rate of the pumped product passing through the impeller of the centripetal hydraulic turbine 9 is mixed with the main flow rate of the pumped product without the formation of vortices, leading to a decrease in the pump efficiency.

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 во внутреннюю полость «Ж». Потом через сопловой аппарат 11 гидротурбины 9 и через отверстие «И» дополнительного вала 6 продукт поступает на вход в рабочее колесо гидротурбины 9, выполненное в форме шнека, раскручивает его, далее проходит в выходную полость осевого отверстия «И» и потом по радиальным отверстиям «К» (фиг.1 и 2) возвращается на вход в крыльчатку 2. Наличие направляющего козырька 16 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 (10%…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 и 2 не показано). Это позволит получать одинаковые кавитационные характеристики насосов при их серийном изготовлении.When the drive (not shown) is turned on, the shaft 1 with the impeller 2 is untwisted. Inside the impeller 2 and at the outlet from it, the pressure of the pumped product increases, and part of it (10% ... 15%) enters the internal cavity “G” through openings “E”. Then, through the nozzle apparatus 11 of the hydraulic turbine 9 and through the “And” hole of the additional shaft 6, the product enters the entrance to the impeller of the hydraulic turbine 9, made in the form of a screw, untwists it, then passes into the outlet cavity of the axial hole “And” and then through the radial holes “ K "(Figs. 1 and 2) returns to the inlet of the impeller 2. The presence of a guide visor 16 with a radius section allows you to enter this flow rate of the pumped product into the main flow of the pumped product almost parallel to the axis of the pump, i.e. without additional losses arising from the mixing of flows directed at a large angle to each other. The additional shaft 6 due to the small flow rate of the pumped product passing through the turbine 9 (10% ... 15% of the total flow rate) rotates much more slowly than shaft 1, i.e. the screw 8 rotates at lower speeds than the impeller 2. This favorably affects the cavitation properties of the pump as a whole and at the same time allows the impeller 2 to be designed to operate at very high speeds, which reduces the weight and dimensions of the pump. By selecting the diameter of the holes "E", you can adjust the optimal operating mode of the screw 8. For this, calibrated nozzles can be screwed into the holes "E" (not shown in Figs. 1 and 2). This will allow to obtain the same cavitation characteristics of the pumps during their serial production.

Разгрузочная полость «Д» в этой схеме не связана с внутренней полостью «Ж», это позволяет осуществлять доводку системы разгрузки осевых сил и кавитационных свойств насоса независимо друг от друга, что облегчит доводку очень мощных насосов.The unloading cavity "D" in this scheme is not connected with the internal cavity "Zh", this allows you to fine-tune the unloading system of axial forces and cavitation properties of the pump independently of each other, which will facilitate the refinement of very powerful pumps.

Утечки перекачиваемого продукта, которые прошли через заднее уплотнение 13, могут использоваться для смазки подшипника 4. Давление в разгрузочной полости «Д» будет меньше, чем в полости на выходе из насоса «В», 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, удается разгрузить осевые силы, действующие на дополнительный подшипник 7, т.к. осевые силы, создаваемые шнеком 8 и гидротурбиной 9 направлены в противоположные стороны.Leaks of the pumped product that passed through the rear seal 13 can be used to lubricate the bearing 4. The pressure in the discharge cavity “D” will be less than in the cavity at the outlet of the pump “B”, this will reduce the axial force acting on the bearing 4 in side of the pump inlet, and ideally unload the axial force to zero. In addition, it is possible to unload the axial forces acting on the additional bearing 7, because the axial forces created by the screw 8 and the hydraulic turbine 9 are directed in opposite directions.

Применение изобретения позволит следующее.The application of the invention will allow the following.

Значительно улучшить кавитационные свойства насоса за счет уменьшения скорости вращения шнека и применения консольной схемы.Significantly improve the cavitation properties of the pump by reducing the speed of rotation of the screw and the use of a cantilever circuit.

Повысить КПД насоса за счет возврата утечек перекачиваемого продукта на вход в насос.Increase pump efficiency by returning leaks of the pumped product to the pump inlet.

Облегчить доводку насоса путем отдельной доводки системы разгрузки осевых сил и кавитационных свойств насоса.Facilitate lapping of the pump by separately lapping the axial forces and cavitation properties of the pump.

Повысить прочность крыльчатки насоса за счет отказа от отверстий в его ступице и усиления ступицы.To increase the strength of the impeller of the pump due to the rejection of the holes in its hub and reinforcing the hub.

Спроектировать насос очень большой мощности за счет повышения частоты вращения крыльчатки.Design a pump of very high power by increasing the speed of the impeller.

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

Создать насос с минимальным весом и габаритами при большом напоре и производительности за счет компактного расположения гидротурбины, имеющей форму шнека внутри дополнительного вала.To create a pump with minimum weight and dimensions with a large head and productivity due to the compact arrangement of a hydraulic turbine having the shape of a screw inside an additional shaft.

Разгрузить осевые силы, действующие на ротор насоса, на подшипник и на дополнительный подшипник, т.к. осевые силы, создаваемые шнеком и гидротурбиной, направлены в противоположные стороны. Устранить утечки перекачиваемого продукта в дренаж.Relieve axial forces acting on the pump rotor, on the bearing and on the additional bearing, as axial forces created by the auger and hydraulic turbine are directed in opposite directions. Repair leakage of the pumped product into the drain.

Обеспечить при необходимости смазку и охлаждение всех подшипников насоса перекачиваемым продуктом.If necessary, ensure that all pump bearings are lubricated and cooled by the product being pumped.

Claims

1. A screw centrifugal pump containing an impeller with a hub mounted on the shaft and a screw, characterized in that the shaft is hollow, an additional shaft is installed inside it, a screw is installed at one end of the shaft, and an impeller in the form of a screw is installed inside the additional shaft and made a return channel for the pumped product from the turbine to the pump inlet, and a nozzle apparatus for the turbine is installed inside the shaft on a conical step made along its axis.

2. The screw centrifugal pump according to claim 1, characterized in that at least one intermediate bearing is installed between the shaft and the additional shaft.

3. The screw centrifugal pump according to claim 2, characterized in that the intermediate bearing is made magnetic.