RU2358160C1

RU2358160C1 - Auger-centrifugal pump

Info

Publication number: RU2358160C1
Application number: RU2007144252/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Борисович Болотин (RU); Николай Борисович Болотин; Дмитрий Валентинович Моисеев (RU); Дмитрий Валентинович Моисеев
Original assignee: Николай Борисович Болотин; Дмитрий Валентинович Моисеев
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-06-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: auger-centrifugal pump comprises body and auger with impeller installed on shaft. Upstream auger additional auger is installed, which is arranged with bushing and band. Magnetic clutch is installed between augers on bands. Additional auger is installed with the possibility of axial displacement and is spring-loaded to the end from the side of pump inlet by auger load control device spring, which is installed on shaft. Spring is installed inside sleeve and on one side rests against its internal end, and on the other side - via cover and contact ring - against end of additional auger bush from the side of pump inlet. Magnetic clutch may be arranged as conical and comprise master magnets on auger and slave magnets on additional auger.

EFFECT: improved anti-cavitation properties of pump.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано преимущественно в турбонасосных агрегатах жидкостных ракетных двигателей ЖРД.The invention relates to pump engineering and can be used mainly in turbopump units of liquid propellant rocket engines.

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 не предназначен для системы топливопитания ЖРД.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 is not designed for the fuel supply system of the LRE.

Наиболее близким к изобретению является шнекоцентробежный насос, содержащий корпус и установленные на валу шнек и крыльчатку (RU 2106534 С1, 10.03.1998). Шнек улучшает антикавитационные свойства насоса, т.к. он обладает лучшими антикавитационными свойствами, чем центробежная крыльчатка. 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.Closest to the invention is a screw centrifugal pump comprising a housing and a screw and an impeller mounted on the shaft (RU 2106534 C1, 03/10/1998). The screw improves the anti-cavitation properties of the pump, as it has better anti-cavitation properties than a centrifugal impeller. The screw provides an increase in the anti-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. However, the desire to reduce the weight and dimensions of the pumps, especially in rocketry, required a significant increase in the rotor speed, while the anti-cavitation properties of the pumps deteriorated. This did not allow the pump to be operated at very large angular rotational speeds of the rotor, for example 40 ... 100 thousand rpm. The use of gear circuits would increase the weight of the pump and complicate its design.

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

Технический результат достигается за счет того, что в шнекоцентробежном насосе, содержащем корпус и установленные на валу шнек и крыльчатку, согласно изобретению перед шнеком установлен дополнительный шнек, который выполнен с втулкой и бандажом, между шнеками на бандажах выполнена магнитная муфта, дополнительный шнек установлен с возможностью осевого перемещения и подпружинен в торец со стороны входа насоса пружиной автомата управления нагрузкой шнека, установленной на валу. Пружина может быть установлена внутри стакана и упираться, с одной стороны, в его внутренний торец, а с другой - через крышку и контактное кольцо - в торец втулки дополнительного шнека со стороны входа насоса. Магнитная муфта может быть выполнена конической и содержать ведущие магниты на шнеке и ведомые магниты на дополнительном шнеке.The technical result is achieved due to the fact that in the screw centrifugal pump containing the housing and the screw and impeller mounted on the shaft, according to the invention, an additional screw is installed in front of the screw, which is made with a sleeve and a bandage, a magnetic coupling is made between the screws on the bandages, the additional screw is installed with the possibility axial displacement and spring-loaded at the end from the pump inlet side by the spring of the screw load control automaton mounted on the shaft. The spring can be installed inside the cup and abut, on the one hand, in its inner end, and on the other hand, through the cover and contact ring, in the end face of the additional screw sleeve from the pump inlet side. The magnetic coupling may be conical and comprise driving magnets on the screw and driven magnets on the additional screw.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The 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 - узел А на фиг.1;figure 2 - node a in figure 1;

на фиг.3 - узел Б на фиг.1.figure 3 - node B in figure 1.

Шнекоцентробежный насос (фиг.1) содержит установленные на валу 1 крыльчатку 2 со ступицей 3 и шнек 4. Крыльчатка 2 и шнек 3 жестко связаны с валом 1, например, посредством шпонки или шлицевого соединения. Перед шнеком 4 на валу 1 установлен с возможностью проскальзывания дополнительный шнек 5. Дополнительный шнек 5 должен быть установлен, по меньшей мере, на одном подшипнике 6. Предпочтительно применить магнитный (магнитные) подшипник(и) 6. Дополнительный шнек 5 имеет втулку 7 и бандаж 8. Шнек 4 также имеет втулку 9 и бандаж 10.The screw centrifugal pump (Fig. 1) contains an impeller 2 mounted on the shaft 1 with a hub 3 and a screw 4. The impeller 2 and the screw 3 are rigidly connected to the shaft 1, for example, by means of a dowel or splined connection. An additional screw 5 is installed with the possibility of slipping in front of the screw 4 on the shaft 1. The additional screw 5 must be mounted on at least one bearing 6. It is preferable to use magnetic (magnetic) bearing (s) 6. The additional screw 5 has a sleeve 7 and a band 8. The screw 4 also has a sleeve 9 and a bandage 10.

Между шнеком 4 и дополнительным шнеком 5 выполнена коническая магнитная муфта 11, которая содержит ведущие магниты 12 на бандаже 10 шнека 4 и ведомые магниты 13 на бандаже 8 шнека 5 (фиг.2).Between the screw 4 and the additional screw 5, a conical magnetic coupling 11 is made, which contains the driving magnets 12 on the band 10 of the screw 4 and the driven magnets 13 on the band 8 of the screw 5 (FIG. 2).

Шнек 5 подпружинен со стороны входа насоса пружинами 14 автомата 15 управления нагрузкой дополнительного шнека 5. Автомат 15 управления нагрузкой дополнительного шнека 5 содержит пружину 14, установленную внутри стакана 16. Стакан 16 прижат к валу 1 болтом 17 и закрыт с противоположной стороны крышкой 18 (фиг.3). На торце крышки 18 или и на торцах втулки 7 дополнительного шнека 5 выполнены контактные кольца 19. Контактные кольца 19 необходимы для предотвращения износа торцов втулки 7 дополнительного шнека 5, имеющего частоту вращения, значительно отличающуюся от частоты вращения вала 1 и шнека 4. Крышка 18 зафиксирована от проворота штифтом 20, установленным в стакане 16 и выступающим в продольном пазу «В» для обеспечения осевого перемещения крышки 18 относительно стакана 17, что необходимо для работы автомата 15 управления нагрузкой дополнительного шнека 5.The screw 5 is spring-loaded from the pump inlet side by the springs 14 of the additional screw auger 15 load control machine 5. The additional screw 5 load control automaton 15 contains a spring 14 installed inside the glass 16. The glass 16 is pressed against the shaft 1 by a bolt 17 and is closed on the opposite side by the cover 18 (Fig. .3). Contact rings 19 are made at the end face of the cover 18 or at the ends of the sleeve 7 of the additional screw 5. The contact rings 19 are necessary to prevent wear on the ends of the sleeve 7 of the additional screw 5 having a rotational speed significantly different from the speed of the shaft 1 and screw 4. The cover 18 is fixed from rotation by a pin 20 installed in the glass 16 and protruding in the longitudinal groove "B" to ensure axial movement of the cover 18 relative to the glass 17, which is necessary for the operation of the machine 15 to control the load of the additional screw 5.

Вал 1 установлен в основном подшипнике 21 (фиг.1), который, в свою очередь установлен в корпусе 22. К корпусу 22 подстыкован входной корпус 23 с входной полостью «Г» и выходной корпус 24 с выходной полостью «Д», между шнеками 4 и 5 выполнена полость «Е». На заднем торце ступицы 3 крыльчатки 2 выполнено заднее уплотнение 25, отделяющее выходную полость «Д» от разгрузочной полости «Ж». Разгрузочная полость «Ж» позволяет уменьшить осевое усилие на основной подшипник 21.The shaft 1 is installed in the main bearing 21 (Fig. 1), which, in turn, is installed in the housing 22. The input housing 23 with the input cavity "G" and the output housing 24 with the output cavity "D" are connected to the housing 22, between the screws 4 and 5, cavity “E” is made. At the rear end of the hub 3 of the impeller 2, a rear seal 25 is made, separating the outlet cavity "D" from the discharge cavity "G". The unloading cavity "G" allows to reduce the axial force on the main bearing 21.

При работе пружина 15 упирается одним торцом в торец стакана 16, другим - в торец крышки 19 и далее максимально сближает ведущий и ведомый магниты 12 и 13 магнитной муфты 11. При этом зазор δ (фиг.3) уменьшается, и мощность, передаваемая магнитной муфтой 11, возрастает. При запуске насоса дополнительный шнек 5 вращается практически с той же скоростью, что и крыльчатка 2 и шнек 4, что благоприятно сказывается на антикавитационных свойствах насоса. При выходе шнекоцентробежного насоса на максимальный режим давление перекачиваемого продукта в полости «Е» будет больше, чем это необходимо из условия отсутствия кавитации на входе в шнек 4. Но в то же время из-за большой скорости вращения дополнительного шнека 5 могут создаться условия возникновения кавитации на входе в дополнительный шнек 5. Повышенное давление в полости «Е» создаст осевое усилие и переместит дополнительный шнек 5 в сторону входа в насос, при этом сожмется пружина 14 и дальнейшее перемещение дополнительного шнека 5 прекратится. Зазор δ между ведомыми магнитами 12 и ведущими магнитами 13 магнитной муфты 11 увеличится, и автоматически уменьшится крутящий момент (мощность), передаваемый с вала 1 на дополнительный шнек 5. Частота вращения дополнительного шнека 5 уменьшится и улучшатся условия для предотвращения кавитации на входе в дополнительный шнек 5.During operation, the spring 15 abuts with one end against the end of the cup 16, with the other against the end of the lid 19 and then brings the leading and driven magnets 12 and 13 of the magnetic clutch as close as possible 11. The gap δ (Fig. 3) decreases and the power transmitted by the magnetic clutch 11 is increasing. When starting the pump, the additional screw 5 rotates at almost the same speed as the impeller 2 and screw 4, which favorably affects the anti-cavitation properties of the pump. When the screw centrifugal pump reaches its maximum mode, the pressure of the pumped product in the cavity “E” will be greater than is necessary due to the absence of cavitation at the inlet to the screw 4. But at the same time, due to the high rotation speed of the additional screw 5, cavitation conditions can be created at the entrance to the additional screw 5. The increased pressure in the cavity "E" will create axial force and move the additional screw 5 towards the inlet to the pump, while the spring 14 is compressed and the further movement of the additional screw 5 is closed titsya. The gap δ between the driven magnets 12 and the driving magnets 13 of the magnetic coupling 11 will increase, and the torque (power) transmitted from the shaft 1 to the additional screw 5 will automatically decrease. The speed of the additional screw 5 will decrease and the conditions will be improved to prevent cavitation at the entrance to the additional screw 5.

При падении давления в полости «Е» происходит обратный процесс, т.е. дополнительный шнек 5 перемещается в сторону крыльчатки 2, тем самым процесс регулирования нагрузки на магнитную муфту 11 будет полностью автоматизирован. Это значительно улучшит антикавитационные свойства насоса. Например, при частоте вращения вала 100000 об/мин можно получить скорость вращения дополнительного 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.When the pressure drops in the cavity "E", the reverse process occurs, ie the additional screw 5 moves towards the impeller 2, thereby the process of regulating the load on the magnetic coupling 11 will be fully automated. This will significantly improve the anti-cavitation properties of the pump. For example, at a shaft rotation frequency of 100,000 rpm, you can get the rotation speed of an additional screw 5 of the order of 5000 ... 10000 rpm, i.e. limiting speed on the cavitation properties of the screw. At the same time, at one stage of the centrifugal pump, the maximum possible increase in pressure will be obtained with a minimum weight and dimensions of the pump, which is crucial for rocket engines.

Применение изобретения позволит:The application of the invention will allow:

1. Значительно улучшить кавитационные свойства насоса за счет уменьшения скорости вращения дополнительного шнека, применять консольную схему и размещать пружины автомата управления нагрузкой шнека внутри стакана на валу.1. Significantly improve the cavitation properties of the pump by reducing the rotation speed of the additional auger, apply a cantilever circuit and place the springs of the auger load control automat inside the cup on the shaft.

2. Спроектировать насос очень большой мощности за счет размещения магнитной муфты на большом диаметре и на большой конической поверхности: на наружной и внутренней поверхностях бандажа шнеков.2. To design a pump of very high power by placing a magnetic coupling on a large diameter and on a large conical surface: on the outer and inner surfaces of the screw band.

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, что имеет первостепенное значение в ракетной технике.4. Create a pump with minimum weight and dimensions with high pressure and performance, which is of paramount importance in rocketry.

5. Обеспечить автоматическое регулирование антикавитационных свойств насоса.5. Provide automatic regulation of anti-cavitation properties of the pump.

6. Улучшить смазку магнитных подшипников.6. Improve the lubrication of magnetic bearings.

7. Разгрузить осевые силы, действующие на ротор насоса.7. Relieve axial forces acting on the pump rotor.

8. Уменьшить утечки перекачиваемого продукта на вход в насос.8. Reduce leakage of the pumped product at the pump inlet.

Claims

1. A screw centrifugal pump comprising a housing and a screw and an impeller mounted on the shaft, characterized in that an additional screw is installed in front of the screw, which is made with a sleeve and a band, a magnetic coupling is made between the screws on the band, the additional screw is installed with the possibility of axial movement and is spring loaded in end from the inlet side of the pump by the spring of the screw load control machine mounted on the shaft.

2. The screw-centrifugal pump according to claim 1, characterized in that the spring is installed inside the cup and abuts on one side of its inner end, and on the other hand, through the cover and contact ring, into the end face of the additional screw sleeve from the pump inlet side.

3. The screw centrifugal pump according to claim 1 or 2, characterized in that the magnetic coupling is conical and contains driving magnets on the screw and driven magnets on the additional screw.