RU2389906C1

RU2389906C1 - Centrifugal pump

Info

Publication number: RU2389906C1
Application number: RU2009103982/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Борисович Болотин (RU); Николай Борисович Болотин
Original assignee: Николай Борисович Болотин
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2010-05-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: pump includes inlet and outlet housings 16, 18, impeller 2 with hub 3, which is installed on shaft 1, and screw 10. Inside hub 3 there installed are intermediate and inner shafts 6, 8. On one end of inner shaft 8 there installed is the first screw 10 with rotor wheel 11 of the first hydraulic turbine on the periphery. On ends of intermediate shaft 6 there installed is the second screw 12 and impeller 13 of the second hydraulic turbine. Nozzle device 14 of hydraulic turbine is installed in cavity of hub 3. In hub 3 there are through holes 24 connecting the cavity of impeller 2 to cavity 25 in hub 3. After rotor wheel 13 of hydraulic turbine there is a bypass channel for return of pumped product to cavity between screws 10, 12. Bypass channel is made in the form of blind axial hole 27 in inner shaft 8 and radial holes 28 arranged between screws 10, 12 and opening inside hole 27. Inlet and outlet housings 16, 18 are connected by means of bypass channel 29 for drive of the first hydraulic turbine. Screws 10, 11 are made so that they can rotate in opposite directions.

EFFECT: improving cavitation properties of pump.

3 cl, 2 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 по RU 2094660 С1, 27.10.1997, содержащий разъемный корпус, центробежные рабочие колеса (крыльчатки), шнек, вал и опорные узлы в виде подшипников скольжения и качения. Насос имеет плохие кавитационные свойства.Known screw centrifugal pump according to RU 2094660 C1, 10.27.1997, containing a split housing, centrifugal impellers (impellers), auger, shaft and support units in the form of sliding and rolling bearings. The pump has poor cavitation properties.

Наиболее близким к изобретению является центробежный насос по RU 2106534 С1, 10.03.1998. Известный центробежный насос содержит входной и выходной корпусы, крыльчатку со ступицей, установленную на валу, и шнек. 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 according to RU 2106534 C1, 03/10/1998. Known centrifugal pump contains inlet and outlet housings, an impeller with a hub mounted on a shaft, and a screw. 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 создания 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 входной и выходной корпусы, крыльчатку со ступицей, установленную на валу, и шнек, согласно изобретению внутри ступицы установлены промежуточный и внутренний валы, при этом на одном конце внутреннего вала установлен первый шнек с рабочим колесом первой гидротурбины на периферии, а на концах промежуточного вала установлен второй шнек и рабочее колесо второй гидротурбины, сопловой аппарат второй гидротурбины установлен в полости внутри ступицы, в ступице выполнены сквозные отверстия, соединяющие полость крыльчатки с полостью в ступице, после рабочего колеса второй гидротурбины выполнен канал перепуска для возврата перекачиваемого продукта в полость между первым и вторым шнеками, а входной и выходной корпуса соединены каналом перепуска для привода первой гидротурбины. Шнеки могут быть выполнены с возможностью вращения в противоположные стороны. Канал перепуска для возврата перекачиваемого продукта может быть выполнен в виде несквозного осевого отверстия во внутреннем валу и радиальных отверстий, размещенных между шнеками и выходящих внутрь несквозного отверстия.The technical result is achieved due to the fact that in a centrifugal pump containing an input and output bodies, an impeller with a hub mounted on the shaft and a screw, according to the invention, intermediate and internal shafts are installed inside the hub, while the first screw is installed on one end of the internal shaft with the impeller of the first hydraulic turbine is at the periphery, and the second screw and the impeller of the second hydraulic turbine are installed at the ends of the intermediate shaft, the nozzle apparatus of the second hydraulic turbine is installed in the cavity inside the hub, in the hubs through holes are made that connect the impeller cavity to the cavity in the hub; after the impeller of the second hydraulic turbine, a bypass channel is made to return the pumped product to the cavity between the first and second screws, and the inlet and outlet casing are connected by the bypass channel to drive the first hydraulic turbine. The screws can be rotated in opposite directions. The bypass channel for returning the pumped product 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, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

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

на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.figure 2 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. Внутри промежуточного вала установлен внутренний вал 8, который установлен внутри вала 7 на подшипниках 9. С одной стороны (со стороны входа в крыльчатку 2) на внутреннем валу 8 установлен первый шнек 10 с рабочим колесом 11 первой гидротурбины на периферии. На промежуточном валу 6 на одном его конце установлен второй шнек 12, а с другой стороны установлено рабочее колесо 13 второй гидротурбины. Сопловой аппарат 14 второй гидротурбины установлен перед рабочим колесом 13 второй гидротурбины (со стороны входа насоса). В качестве подшипников 7 и 9 могут быть применены подшипники скольжения или игольчатые подшипники. Для восприятия осевых нагрузок на валы 6 и 8 служат контактные кольца 15, 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 installed 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. An internal shaft 8 is installed inside the intermediate shaft. which is installed inside the shaft 7 on the bearings 9. On the one hand (from the entrance to the impeller 2), the first screw 10 is installed on the inner shaft 8 with the impeller 11 of the first turbine at the periphery. On the intermediate shaft 6, a second screw 12 is installed at one end thereof, and on the other hand, an impeller 13 of the second turbine is installed. The nozzle apparatus 14 of the second hydraulic turbine is installed in front of the impeller 13 of the second hydraulic turbine (from the pump inlet side). As bearings 7 and 9, plain bearings or needle bearings can be used. For the perception of axial loads on the shafts 6 and 8 are contact rings 15 mounted on their ends.

К корпусу 5 подстыкованы входной корпус 16, имеющий полость 17, и выходной корпус 18, имеющий полость 19. Между первым шнеком 10 и вторым шнеком 12 образована полость 20. Между корпусом 5 и крыльчаткой 2 выполнено переднее уплотнение 21. Со стороны заднего торца крыльчатки 2 на ее ступице 3 выполнены заднее уплотнение 22 и разгрузочная полость 23. В ступице 3 крыльчатки 2 выполнены отверстия 24, выходящие в полость перед гидротурбиной 25. После рабочего колеса 13 второй гидротурбины выполнены полость 26 и канал перепуска для возврата перекачиваемого продукта в полость между первым и вторым шнеками 10, 12. Указанный канал выполнен в виде несквозного осевого отверстия 27 во внутреннем валу 8 и радиальных отверстий 28, размещенных между шнеками 10, 12, выходящих внутрь несквозного отверстия 27 и служащих для возврата части расхода перекачиваемого продукта на вход в насос. Если бы был осуществлен перепуск этого расхода продукта на вход в шнек 10, как это всегда делается при наличии одного шнека, это бы ухудшило кавитационные характеристики насоса.An input housing 16 having a cavity 17 and an output housing 18 having a cavity 19 are connected to the housing 5. A cavity 20 is formed between the first screw 10 and the second screw 12. A front seal 21 is made between the housing 5 and the impeller 2. From the rear end of the impeller 2 on its hub 3, a rear seal 22 and an unloading cavity 23 are made. In the hub 3 of the impeller 2, openings 24 are made that extend into the cavity in front of the turbine 25. After the impeller 13 of the second turbine there is a cavity 26 and a bypass channel for returning the pumped product into the cavity between the first and second screws 10, 12. The specified channel is made in the form of a through axial hole 27 in the inner shaft 8 and radial holes 28 located between the screws 10, 12, going inside the through hole 27 and serving to return part of the flow rate of the pumped product to pump inlet. If this flow rate of the product were transferred to the inlet of the auger 10, as is always done with a single auger, this would degrade the cavitation characteristics of the pump.

Полость 19 выходного корпуса 18 насоса и его полость 17 входного корпуса 16 соединены каналом 29 перепуска для привода первой гидротурбины, в состав которого входит кольцевой коллектор 30, установленный перед первым шнеком 10, и радиальные отверстия 31, выполненные во входном корпусе 16 и сообщающие полость кольцевого коллектора 30 и полость 17 внутри входного корпуса 16.The cavity 19 of the pump outlet housing 18 and its cavity 17 of the input housing 16 are connected bypass channel 29 for driving the first hydraulic turbine, which includes an annular manifold 30 installed in front of the first screw 10, and radial holes 31 made in the inlet housing 16 and communicating the annular cavity the collector 30 and the cavity 17 inside the input housing 16.

При включении привода (не показан) раскручивается вал 1 с крыльчаткой 2. Внутри крыльчатки 2 и на выходе из нее, т.е. в полости 19, повышается давление перекачиваемого продукта, и его часть (10%…15%) через отверстия 24 поступает в полость 25 и далее проходит последовательно сопловой аппарат 14 и рабочее колесо 13 второй гидротурбины. Часть расхода 8…12% от общего расхода по каналу 29 перепуска поступает в кольцевой коллектор 30 и через радиальные отверстия 31 на рабочее колесо 11 первой гидротурбины. При этом раскручиваются: рабочее колесо 11 первой гидротурбины с первым шнеком 10 и внутренним валом 8, а также рабочее колесо 13 второй гидротурбины с промежуточным валом 6 и вторым шнеком 12. Шнеки 10 и 12 значительно повышают давление на входе в крыльчатку 2, тем самым предотвращая кавитацию на входе в нее. Первый шнек 10 повышает давление между шнеками 10 и 12, т.е. в полости 20, создавая благоприятные условия с точки зрения предотвращения кавитации на входе во второй шнек 12, даже с учетом перепуска подогретого перекачиваемого продукта. С учетом того, что первый шнек 10 вращается в 3…10 раз медленнее, чем крыльчатка 2, на его входе кавитация исключена. Второй шнек 10 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 22 могут использоваться для смазки подшипника 4 и поступают в полость 27 и далее на вход насоса или сбрасываются, если перекачиваемый продукт не ядовитый 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 19, the pressure of the pumped product increases, and its part (10% ... 15%) through the holes 24 enters the cavity 25 and then the nozzle apparatus 14 and the impeller 13 of the second hydraulic turbine pass sequentially. Part of the flow rate of 8 ... 12% of the total flow rate through the bypass channel 29 enters the annular manifold 30 and through the radial holes 31 to the impeller 11 of the first turbine. In this case, the following are untwisted: the impeller 11 of the first hydraulic turbine with the first screw 10 and the inner shaft 8, as well as the impeller 13 of the second hydraulic turbine with the intermediate shaft 6 and the second screw 12. The screws 10 and 12 significantly increase the pressure at the inlet to the impeller 2, thereby preventing cavitation at the entrance to it. The first screw 10 increases the pressure between the screws 10 and 12, i.e. in the cavity 20, creating favorable conditions from the point of view of preventing cavitation at the entrance to the second screw 12, even taking into account the bypass of the heated pumped product. Given that the first screw 10 rotates 3 ... 10 times slower than the impeller 2, cavitation is excluded at its entrance. The second screw 10 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 22 can be used to lubricate the bearing 4 and enter the cavity 27 and further to the pump inlet or are discharged if the pumped product is not 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, уменьшения скоростей вращения шнеков и применения консольной схемы.1. Significantly improve the cavitation properties of the pump through the use of two augers, reducing the rotational speeds of the augers and using a cantilever circuit.

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

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.4. Create a pump with minimum weight and dimensions with high pressure and performance.

5. Разгрузить осевые силы, действующие на ротор насоса и на дополнительный подшипник, т.к. осевые силы, создаваемые шнеком и гидротурбиной, направлены в противоположные стороны.5. Relieve axial forces acting on the pump rotor and on the additional bearing, as axial forces created by the auger and hydraulic turbine are directed in opposite directions.

6. Уменьшить утечки перекачиваемого продукта в дренаж.6. Reduce leakage of the pumped product into the drain.

7. Увеличить КПД насоса.7. Increase pump efficiency.

Claims

1. A centrifugal pump comprising an inlet and an outlet housing, an impeller with a hub mounted on a shaft, and a screw, characterized in that the intermediate and inner shafts are installed inside the hub, with a first screw installed on one end of the inner shaft with an impeller of the first turbine on peripherals, and at the ends of the intermediate shaft, a second screw and an impeller of the second hydraulic turbine are installed, the nozzle apparatus of the second hydraulic turbine is installed in the cavity inside the hub, through holes are made in the hub connecting the cavity rylchatki with the cavity in the hub, after the second impeller is configured hydroturbine bypass passage for returning the pumped product into the cavity between the first and second screws and the housing inlet and outlet are connected by a bypass channel for driving the first hydraulic turbine.

2. The centrifugal pump according to claim 1, characterized in that the screws are rotatable in opposite directions.

3. The centrifugal pump according to claim 1, characterized in that the bypass channel for returning the pumped product is 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.