RU2409765C1

RU2409765C1 - Radial-flow auger pump

Info

Publication number: RU2409765C1
Application number: RU2009135526/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Борисович Болотин (RU); Николай Борисович Болотин
Original assignee: Николай Борисович Болотин
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2011-01-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed pump comprises housings 5, 21, 23, impeller 2 with hub 3 fitted on shaft 1 running in bearing 4 protected by seal 36, and screw 10. Intermediate and inner shaft 6, 8 are fitted inside hub 3. One extension of shaft 8 supports first auger 10 fitted on shaft 8 secured by front taper nut 11 thereto. Opposite extension of shaft 8 carries impeller 12 of hydraulic turbine 13. One extension of shaft 6 supports second auger 15 fitted between impeller 2 and first auger 10. Space 18 of hub 3 accommodates reduction gear 17 coupling shafts 6, 8. Hub 3 has through holes 28 to communicate space of impeller 2 with space 18 in hub 3. Three spaces 29-31 are made inside shaft 1, separated by web 32 that accommodates guide vanes 14 of hydraulic turbine 13. Space 31 of shaft 1 communicates with space 37 between bearing 4 and seal 36. Augers 10, 15 cab rotate in opposite directions.

EFFECT: improved cavitation properties.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в любых отраслях техники для перекачки жидкостей, не содержащих абразивных включений, в том числе для перекачки криогенных жидкостей. Предпочтительно использовать в турбонасосных агрегатах жидкостных ракетных двигателей.The invention relates to pump engineering and can be used in any technical field for pumping liquids that do not contain abrasive inclusions, including for pumping cryogenic liquids. It is preferable to use in turbopump units of liquid rocket engines.

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 имеет плохие кавитационные свойства.Known screw centrifugal pump according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2094660, comprising a detachable body, centrifugal impellers (impellers), auger, shaft and support units in the form of sliding and rolling bearings. The pump has poor cavitation properties.

Известен шнекоцентробежный насос по патенту РФ №2106534, МПК⁶ F04D 13/04, 10.03.1998, содержащий корпуса, центробежное рабочее колесо со ступицей, установленное на валу, который установлен на подшипнике, защищенном уплотнением, 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.Known screw centrifugal pump according to the patent of the Russian Federation No. 2106534, IPC ⁶ F04D 13/04, 03/10/1998, comprising a housing, a centrifugal impeller with a hub mounted on a shaft that is mounted on a bearing protected by a seal, 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.

Задача изобретения - 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 шнекоцентробежном насосе, содержащем корпуса, центробежное рабочее колесо со ступицей, установленное на валу, который установлен на подшипнике, защищенном уплотнением, и шнек, согласно изобретению внутри ступицы установлены промежуточный и внутренний валы, на одном конце внутреннего вала установлен первый шнек, который закреплен на этом валу передней конической гайкой, на противоположном конце внутреннего вала закреплено рабочее колесо гидротурбины, а на одном конце промежуточного вала установлен второй шнек, установленный между центробежным рабочим колесом и первым шнеком, в полости внутри ступицы установлен редуктор, соединяющий внутренний и промежуточный валы, в ступице выполнены сквозные отверстия, соединяющие полость центробежного рабочего колеса с полостью в ступице, внутри вала выполнены три полости, разделенные перегородкой, в которой установлен сопловой аппарат гидротурбины, при этом задняя полость вала сообщается с полостью между подшипником и уплотнением. Шнеки могут быть выполнены с возможностью вращения в противоположные стороны.The technical result is achieved due to the fact that in a screw centrifugal pump containing housings, a centrifugal impeller with a hub mounted on a shaft that is mounted on a bearing protected by a seal, and the screw, according to the invention, intermediate and internal shafts are installed inside the hub, at one end of the inner a first screw is installed on the shaft, which is fixed on this shaft with a front conical nut, an impeller of the hydraulic turbine is fixed on the opposite end of the inner shaft, and at one end of the intermediate there is a second screw installed between the centrifugal impeller and the first screw, a gearbox is installed in the cavity inside the hub connecting the inner and intermediate shafts, through holes are made in the hub connecting the cavity of the centrifugal impeller with a cavity in the hub, three cavities are divided inside the shaft the partition in which the nozzle apparatus of the turbine is installed, while the rear cavity of the shaft communicates with the cavity between the bearing and the seal. The screws can be rotated in opposite directions.

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и 2, гдеThe invention is illustrated in figures 1 and 2, where

на фиг.1 приведен чертеж центробежного насоса,figure 1 shows a drawing of a centrifugal pump,

на фиг.2 приведен разрез по А-А.figure 2 shows a section along aa.

Центробежный насос (фиг.1) содержит вал 1, который выполнен пустотелым. На валу 1 установлено центробежное колесо 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 6 установлен внутренний вал 8, который установлен внутри вала 6 на подшипниках 9. С одной стороны (со стороны входа в центробежное колесо 2) на внутреннем валу 8 установлен первый шнек 10, который закреплен на этом валу при помощи передней конической гайки 11. На противоположном конце внутреннего вала 8 закреплено рабочее колесо 12 гидротурбины 13, рядом с которым внутри вала 1 установлен сопловой аппарат гидротурбины 14. На промежуточном валу 6 на переднем конце (со стороны входа в насос) установлен второй шнек 15, а на противоположном конце закреплена ведомая шестерня 16 редуктора 17. Редуктор 17 установлен внутри полости 18, выполненной в ступице 3. В качестве подшипников 7 и 9 могут быть применены подшипники скольжения, магнитные подшипники или игольчатые подшипники. Для восприятия осевых нагрузок на валы 6 и 8 служат контактные кольца 19, установленные на их торцах. И подшипник 20, установленный внутри вала 1.The centrifugal pump (figure 1) contains a shaft 1, which is made hollow. A centrifugal wheel 2 with a hub 3 is installed on the shaft 1. Shaft 1 is mounted on a bearing 4 in the housing 5. An intermediate shaft 6 extends inside the hub 3 and is installed inside it on at least one intermediate bearing 7. An internal shaft is installed inside the intermediate shaft 6 8, which is mounted inside the shaft 6 on bearings 9. On the one hand (from the entrance to the centrifugal wheel 2), a first screw 10 is installed on the inner shaft 8, which is fixed to this shaft with a front conical nut 11. At the opposite end of the inner shaft 8, the impeller 12 of the hydraulic turbine 13 is fixed, next to which a nozzle apparatus of the hydraulic turbine 14 is installed inside the shaft 1. A second screw 15 is installed on the intermediate shaft 6 at the front end (from the pump inlet side), and the driven gear 16 of the gearbox 17 is fixed at the opposite end. The gear 17 is installed inside the cavity 18, made in the hub 3. As bearings 7 and 9 can be used bearings, magnetic bearings or needle bearings. For the perception of axial loads on the shafts 6 and 8 are the contact rings 19 mounted on their ends. And a bearing 20 mounted inside the shaft 1.

К корпусу 5 подстыкованы входной корпус 21, имеющий полость 22, и выходной корпус 23, имеющий полость 24. Между корпусом 5 и центробежным рабочим колесом 2 выполнено переднее уплотнение 25. Со стороны заднего торца центробежного колеса 2 на ее ступице 3 выполнены заднее уплотнение 26 и разгрузочная полость 27. В ступице 3 центробежного колеса 2 выполнены отверстия 28, выходящие в полость 18. Внутри вала 1 выполнено три полости: передняя 29, средняя 30 и задняя 31. Полости 29 и 30 разделены гидротурбиной 14, а полости 30 и 31 разделены перегородкой 32, в которой установлен подшипник 20. Средняя полость 30 выполнена цилиндрической, т.е. с цилиндрическими стенками, на которых закреплен сопловой аппарат 14 гидротурбины 13.The input housing 21 having a cavity 22 and the output housing 23 having a cavity 24 are connected to the housing 5. A front seal 25 is made between the housing 5 and the centrifugal impeller 2. A rear seal 26 is made on the side of the rear end of the centrifugal wheel 2 on its hub 3 and unloading cavity 27. In the hub 3 of the centrifugal wheel 2, holes 28 are made that extend into the cavity 18. Three cavities are made inside the shaft 1: the front 29, the middle 30 and the back 31. The cavities 29 and 30 are separated by a hydraulic turbine 14, and the cavities 30 and 31 are separated by a partition 32, in which the bearing 20 is taped. The middle cavity 30 is cylindrical, i.e. with cylindrical walls on which the nozzle apparatus 14 of the turbine 13 is fixed.

На первом шнеке 10 может быть выполнен бандаж 33 с уплотнениями 34. Входной корпус 21 в этом случае необходимо изготовить цилиндрическим, это уменьшит перетекание перекачиваемого продукта из-за разности давлений на входе и выходе первого шнека 10. Второй шнек 15 следует выполнить без бандажа, чтобы уменьшить загромождение тракта на входе в центробежное колесо 2, но внутри центробежного колеса 2 необходимо предусмотреть цилиндрический пояс 35. Подшипник 4 закрыт с задней стороны (по отношению к входу в насос) уплотнением 36, при этом между этим уплотнением и подшипником 4 образуется полость 37, которая радиальными отверстиями 38, выполненными в валу 1, сообщается с задней полостью 31 внутри вала 1. Между шнеками 10 и 15 выполнена полость 39.A bandage 33 with seals 34 can be made on the first screw 10. In this case, the inlet housing 21 must be made cylindrical, this will reduce the flow of the pumped product due to the pressure difference at the inlet and outlet of the first screw 10. The second screw 15 should be made without a bandage so that reduce the clutter of the tract at the entrance to the centrifugal wheel 2, but inside the centrifugal wheel 2 it is necessary to provide a cylindrical belt 35. The bearing 4 is closed on the rear side (relative to the inlet to the pump) with a seal 36, while between this seal cavity and bearing 4, a cavity 37 is formed, which, with radial holes 38 made in the shaft 1, communicates with the rear cavity 31 inside the shaft 1. A cavity 39 is made between the screws 10 and 15.

При включении привода (не показан) раскручивается вал 1 с центробежным колесом 2. Внутри центробежного колеса 2 и на выходе из него, т.е. в полости 23 повышается давление перекачиваемого продукта и его часть (5%…7%) через заднее уплотнение 26 поступает в разгрузочную полость 27 и далее проходит последовательно подшипник 4, полость 37, радиальные отверстия 38, заднюю полость 31, сопловой аппарат 13 гидротурбины 14, переднюю полость 29. Внутренний вал 8 раскручивается. Одновременно через редуктор 17 раскручивается промежуточный вал 6 со вторым шнеком 15. Шнеки 10 и 15 значительно повышают давление на входе в колесо 2, тем самым предотвращая кавитацию на его входе. Из-за пониженных оборотов самих шнеков 10 и 15 кавитация на их входных кромках также исключается. Первый шнек 10 повышает давление между шнеками 10 и 15, создавая благоприятные условия с точки зрения предотвращения кавитации на входе во второй шнек 15. Перепуск подогретого перекачиваемого продукта на входах в шнеки 10 и 15 и на вход в колесо 2 отсутствует. С учетом того, что первый шнек 10 вращается в 3…10 раз медленнее, чем центробежное колесо 2, на его входе кавитация исключена. Второй шнек 15 вращается еще медленнее, что также благоприятно сказывается на его кавитационных качествах. Утечки перекачиваемого продукта, которые прошли через заднее уплотнение 26, используются для смазки подшипника 4 и для привода гидротурбины, т.е. специально отбор перекачиваемого продукта для привода шнеков не применяется. Это благоприятно сказывается на экономичности насоса. Кроме того, все утечки возвращаются через специальные отверстия внутрь колеса, после его входа, и эти утечки, несмотря на относительно высокую температуру, не вызывают ухудшение кавитационных свойств насоса в целом.When you turn on the drive (not shown), the shaft 1 spins with a centrifugal wheel 2. Inside the centrifugal wheel 2 and at the exit from it, i.e. in the cavity 23, the pressure of the pumped product increases and part of it (5% ... 7%) through the rear seal 26 enters the discharge cavity 27 and then passes sequentially the bearing 4, the cavity 37, the radial holes 38, the rear cavity 31, the nozzle unit 13 of the turbine 14, the front cavity 29. The inner shaft 8 is untwisted. At the same time, an intermediate shaft 6 with a second screw 15 is untwisted through a gearbox 17. The screws 10 and 15 significantly increase the pressure at the inlet to the wheel 2, thereby preventing cavitation at its entrance. Due to the reduced speed of the screws 10 and 15 themselves, cavitation at their input edges is also excluded. The first screw 10 increases the pressure between the screws 10 and 15, creating favorable conditions from the point of view of preventing cavitation at the entrance to the second screw 15. There is no bypass of the heated pumped product at the inlets of the augers 10 and 15 and at the entrance to the wheel 2. Given that the first screw 10 rotates 3 ... 10 times slower than the centrifugal wheel 2, cavitation is excluded at its input. The second screw 15 rotates even more slowly, which also favorably affects its cavitation qualities. Leaks of the pumped product, which passed through the rear seal 26, are used to lubricate the bearing 4 and to drive a hydraulic turbine, i.e. specially selected pumped product for the drive of the screws is not used. This favorably affects the efficiency of the pump. In addition, all leaks return through special openings inside the wheel after it enters, and these leaks, despite the relatively high temperature, do not cause a deterioration in the cavitation properties of the pump as a whole.

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

1. Значительно улучшить кавитационные свойства насоса за счет применения двух шнеков, уменьшения скоростей вращения шнеков, разной скорости вращения шнеков, применения редуктора, снижающего скорость вращения для привода второго шнека, и применения консольной схемы насоса.1. Significantly improve the cavitation properties of the pump through the use of two augers, reducing the rotational speeds of the augers, different rotational speeds of the augers, using a gearbox that reduces the rotational speed for driving the second auger, and using a cantilever pump circuit.

2. Спроектировать насос очень большой мощности за счет повышения частоты вращения центробежного рабочего колеса насоса до предельно допустимых по прочности.2. Design a pump of very high power by increasing the speed of the centrifugal impeller of the pump 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. Полностью использовать утечки перекачиваемого продукта для смазки подшипника и привода гидротурбины и смазки редуктора и полностью предотвратить утечки перекачиваемого продукта в дренаж.5. Make full use of the leakage of the pumped product to lubricate the bearing and the drive of the hydraulic turbine and lubricate the gearbox and completely prevent the leakage of the pumped product into the drain.

6. Увеличить КПД насоса за счет предотвращения утечек продукта в дренаж и их использования для привода гидротурбины.6. To increase the efficiency of the pump by preventing product leaks into the drainage and their use for driving a turbine.

Claims

1. A screw centrifugal pump, comprising housings, a centrifugal impeller with a hub mounted on a shaft that is mounted on a bearing protected by a seal, and a screw, characterized in that intermediate and internal shafts are installed inside the hub, a first screw is installed on one end of the internal shaft, which is fixed on this shaft with a front conical nut, on the opposite end of the inner shaft, the impeller of the turbine is fixed, and at one end of the intermediate shaft there is a second screw installed between the cent a robotic impeller and a first screw, a reducer is installed in the cavity inside the hub connecting the inner and intermediate shafts, through holes are made in the hub connecting the cavity of the centrifugal impeller with a cavity in the hub, three cavities are made inside the shaft, separated by a partition in which the nozzle apparatus is installed hydraulic turbines, while the rear shaft cavity communicates with the cavity between the bearing and the seal.

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