RU2734733C1

RU2734733C1 - Booster turbo pump unit of lpe

Info

Publication number: RU2734733C1
Application number: RU2019133418A
Authority: RU
Inventors: Андрей Владимирович Иванов; Анатолий Иванович Дмитренко; Дмитрий Павлович Шматов; Александр Викторович Москвичев
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2020-10-22
Also published as: RU2734733C9

Abstract

FIELD: machine building; cosmonautics.

SUBSTANCE: invention relates to rocket science and can be used in liquid-propellant rocket engines, mainly in engines with high and medium thrust. Booster turbopump unit of liquid-propellant engine comprises axial pump, housing and shaft, on which axial pump and bearings are installed, according to invention bearings are installed between axial thrusts of housing, and between bearings axial spring is installed.

EFFECT: invention provides increase in its service life and reliability due to reduction of axial load acting on bearings.

1 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области ракетостроения и может быть использовано в жидкостных ракетных двигателях (ЖРД), преимущественно в двигателях с большой и средней тягой.The invention relates to the field of rocketry and can be used in liquid-propellant rocket engines (LRE), mainly in engines with high and medium thrust.

В ЖРД широко применяются бустерные турбонасосные агрегаты (БТНА) с осевым насосом, приводом для которого служит гидравлическая или газовая турбина. Такие БТНА, вследствие простоты конструкции обладают высокой надежностью. Одной из основных проблем при их создании является обеспечение разгрузки подшипников от действия осевых сил. Особенно остро указанная проблема проявляется в бустерных турбонасосных агрегатах ЖРД средней и большой тяги. Это связано с тем, что при работе бустерного турбонасосного агрегата с осевым насосом на его осевое рабочее колесо действует осевое усилие, обусловленное создаваемым им перепадом давлений. Это осевое усилие действует в направлении от выхода к входу в насос. Чем выше перепад давления, создаваемый насосом, и чем больше диаметр осевого колеса насоса, увеличивающийся с увеличением тяги двигателя, тем больше величина осевого усилия, действующего на осевое колесо насоса. Величина этого усилия может составлять несколько тысяч килоньютон. Вследствие этого подшипники, особенно зафиксированный, имеют ограниченный ресурс, который может быть недостаточен для современных ЖРД с многократным включением и длительным временем работы.In liquid-propellant rocket engines, booster turbopump units (BTNA) with an axial pump driven by a hydraulic or gas turbine are widely used. Such BTNA, due to the simplicity of the design, have high reliability. One of the main problems in their creation is to ensure the unloading of bearings from the action of axial forces. This problem is especially acute in booster turbopump units for medium and high thrust LPRE. This is due to the fact that when a booster turbopump unit with an axial pump is operating, an axial force acts on its axial impeller due to the pressure difference it creates. This axial force acts from the outlet to the inlet of the pump. The higher the pressure drop created by the pump, and the larger the diameter of the pump axle wheel, which increases with increasing engine thrust, the greater the amount of axial force acting on the pump axle wheel. The magnitude of this effort can be several thousand kilonewtons. As a result, bearings, especially fixed bearings, have a limited resource, which may not be sufficient for modern liquid-propellant rocket engines with multiple switching on and long operating time.

Известен бустерный турбонасосный агрегат для ЖРД с осевым насосом, содержащий корпус, помещенный в нем вал, на который с одной стороны установлено осевое колесо насоса и закрепленное на его периферии колесо гидротурбины, а с другой стороны установлены зафиксированный в корпусе осевыми упорами корпуса подшипник и подвижный в осевом направлении относительно корпуса подшипник (Патент РФ 2135811 С1. Жидкостный ракетный двигатель. Опубликовано 27.08.1999).Known is a booster turbopump unit for a rocket engine with an axial pump, containing a housing, a shaft placed in it, on which, on one side, an axial pump wheel and a hydraulic turbine wheel fixed on its periphery are installed, and on the other side, a bearing fixed in the housing by axial stops of the housing and movable in axial direction relative to the housing bearing (RF Patent 2135811 C1. Liquid rocket engine. Published 27.08.1999).

Такое устройство обладает следующим недостатком. При работе БТНА на его рабочее колесо действует осевое усилие, вызванное создаваемым им перепадом давления, которое действует в направлении от выхода ко входу в насос и воспринимается зафиксированным в осевом направлении подшипником. Чем выше перепад давления, создаваемый насосом, тем больше осевое усилие, действующее на этот подшипник. Вследствие этого зафиксированный подшипник имеет ограниченный ресурс.Such a device has the following disadvantage. When the BTNA is in operation, an axial force acts on its impeller, caused by the pressure drop created by it, which acts in the direction from the outlet to the inlet of the pump and is perceived by the bearing fixed in the axial direction. The higher the differential pressure generated by the pump, the greater the axial force acting on that bearing. As a result, a fixed bearing has a limited life.

Известен бустерный турбонасосный агрегат с осевым насосом, содержащий корпус, в котором есть вход и выход для подаваемого рабочего тела, а также вход и выход для рабочего тела турбины, рабочее колесо насоса установлено на подшипниках в корпусе. С ним скреплено рабочее колесо турбины, которое имеет профилированные лопатки. Выход турбины непосредственно сообщен с выходом насоса. В качестве рабочего тела турбины служат продукты сгорания в кислороде горючего, например, углеводородного, с избытком кислорода. Рабочее колесо турбины закреплено на периферийной диаметральной части рабочего колеса насоса. В насосе имеется канал высокого давления, в который подается жидкий кислород высокого давления, обеспечивая разгрузку шнека от действия осевых сил (патент РФ 21064534 С1. Бустерный турбонасосный агрегат. Опубликовано 10.03.1998).Known booster turbopump unit with an axial pump containing a housing in which there is an input and output for the supplied working fluid, as well as an input and output for the working fluid of the turbine, the pump impeller is mounted on bearings in the housing. The turbine impeller, which has profiled blades, is attached to it. The turbine outlet is directly connected to the pump outlet. The combustion products in the oxygen of the fuel, for example, hydrocarbon, with an excess of oxygen, serve as the working fluid of the turbine. The turbine impeller is fixed on the peripheral diametrical part of the pump impeller. The pump has a high-pressure channel, into which high-pressure liquid oxygen is supplied, providing unloading of the screw from the action of axial forces (RF patent 21064534 C1. Booster turbopump unit. Published 10.03.1998).

Устройство такого БТНА обладает следующими недостатками:The device of such a BTNA has the following disadvantages:

- утечка жидкого компонента высокого давления, обеспечивающего разгрузку от осевых сил, в полость насоса снижает его кавитационные характеристики, приводят к снижению общей экономичности системы питания двигателя;- leakage of the high-pressure liquid component, which provides unloading from axial forces, into the pump cavity reduces its cavitation characteristics, leads to a decrease in the overall efficiency of the engine power supply system;

- наличие тракта внешнего подвода жидкости высокого давления усложняет конструкцию двигателя, так как требует включения в состав двигателя отдельной магистрали подвода жидкого компонента высокого давления от основного турбонасосного агрегата к БТНА;- the presence of an external high-pressure fluid supply path complicates the engine design, since it requires the inclusion of a separate high-pressure fluid component supply line from the main turbopump unit to the BTNA into the engine;

- усилие разгрузки подшипников от действия осевых сил определяется давлением подводимого компонента и диаметром уплотнения на разгрузочном диске, чем выше давление подводимого на разгрузку компонента топлива, чем больше диаметр уплотнения, тем большая мощность теряется на основном турбонасосном агрегате.- the force of unloading bearings from the action of axial forces is determined by the pressure of the supplied component and the diameter of the seal on the unloading disk, the higher the pressure of the fuel supplied for unloading, the larger the diameter of the seal, the more power is lost on the main turbopump unit.

Известен БТНА ЖРД с осевым насосом, содержащий корпус и вал, на который установлено осевое колесо, зафиксированный и подвижный подшипники, зафиксированный подшипник размещен между осевыми упорами корпуса, со стороны подвижного подшипника, обращенной к осевому колесу насоса, выполнен упор, а между упором и подвижным подшипником установлена осевая пружина (Патент РФ 2299343 С1. Бустерный турбонасосный агрегат с осевым насосом. Опубликовано 20.05.2007, бюл. №14 - прототип).Known BTNA LPRE with an axial pump, containing a housing and a shaft on which an axial wheel is installed, fixed and movable bearings, a fixed bearing is placed between the axial stops of the housing, from the side of the movable bearing facing the axial wheel of the pump, a stop is made, and between the stop and the movable bearing installed axial spring (RF Patent 2299343 C1. Booster turbopump unit with axial pump. Published 20.05.2007, bul. No. 14 - prototype).

Такой бустерный турбонасосный агрегат обладает следующими недостатками:Such a booster turbo pump unit has the following disadvantages:

- совместно подшипники могут воспринимать усилие только в одном направлении, что не всегда реализуется на переходных режимах, в другом направлении усилие воспринимает только зафиксированный подшипник;- together, the bearings can perceive the force only in one direction, which is not always realized in transient modes, in the other direction the force is perceived only by the fixed bearing;

- на зафиксированный подшипник действует осевая сила, равная разнице осевого усилия на роторе и усилия осевой пружины;- an axial force acts on the fixed bearing, equal to the difference between the axial force on the rotor and the force of the axial spring;

- в таком БТНА отсутствует устройство разгрузки повышенного осевого усилия, возникающего при предварительной раскрутке ротора перед запуском ЖРД.- in such a BTNA there is no device for unloading the increased axial force that occurs during the preliminary spinning of the rotor before starting the liquid-propellant engine.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков бустерного турбонасосного агрегата ЖРД и повышение его ресурса и надежности за счет снижения осевой нагрузки, действующей на подшипники.The objective of the present invention is to eliminate the indicated disadvantages of the booster turbopump unit of the liquid-propellant engine and increase its resource and reliability by reducing the axial load acting on the bearings.

Технический эффект изобретения достигается тем, что в бустерном турбонасосном агрегате жидкостного ракетного двигателя, содержащем осевой насос, корпус и вал, на который установлены осевое колесо насоса и подшипники, согласно изобретению подшипники установлены между осевыми упорами корпуса, а между подшипниками установлена осевая пружина; кроме того со стороны, противоположной входу в осевой насос, установлен разгрузочный диск с уплотнением на его наружном диаметре, при этом полость с одной стороны разгрузочного диска сообщается с полостью высокого давления, например, за осевым колесом насоса, а полость с другой стороны разгрузочного диска соединена с полостью низкого давления, например, с полостью входа в осевое колесо насоса с помощью канала в валу; подшипники установлены между осевыми упорами корпуса, между подшипниками установлена осевая пружина, а со стороны, противоположной входу в осевой насос, установлен разгрузочный диск с уплотнением на его наружном диаметре, при этом полость с одной стороны разгрузочного диска сообщается с полостью высокого давления, например за осевым колесом насоса, а полость с другой стороны разгрузочного диска соединена с полостью низкого давления, например, с полостью входа в осевое колесо насоса с помощью канала в валу; также в полости за осевым колесом насоса на валу установлен дополнительный разгрузочный диск, а на торце корпуса со стороны диска выполнены лопатки (ребра); подшипники установлены между осевыми упорами корпуса, между подшипниками установлена осевая пружина, в полости за осевым колесом насоса на валу установлен дополнительный разгрузочный диск, а на торце корпуса со стороны дополнительного разгрузочного диска выполнены лопатки (ребра); со стороны, противоположной входу в осевой насос, установлен разгрузочный диск с уплотнением на его наружном диаметре, при этом полость с одной стороны разгрузочного диска сообщается с полостью высокого давления, например за осевым колесом насоса, а полость с другой стороны разгрузочного диска соединена с полостью низкого давления, например с полостью входа в осевое колесо насоса с помощью канала в валу, в полости за осевым колесом насоса на валу установлен дополнительный разгрузочный диск, а на торце корпуса со стороны дополнительного разгрузочного диска выполнены лопатки (ребра); подшипники установлены между осевыми упорами корпуса, между подшипниками установлена осевая пружина, а со стороны, противоположной входу в осевой насос, установлен разгрузочный диск с уплотнением на его наружном диаметре, при этом полость с одной стороны разгрузочного диска сообщается с полостью высокого давления, например за осевым колесом насоса, а полость с другой стороны разгрузочного диска соединена с полостью низкого давления, например, с полостью входа в осевое колесо насоса с помощью канала в валу, в полости за осевым колесом насоса на валу установлен дополнительный разгрузочный диск, а на торце корпуса со стороны дополнительного разгрузочного диска выполнены лопатки (ребра).The technical effect of the invention is achieved by the fact that in a booster turbopump unit of a liquid-propellant rocket engine containing an axial pump, a housing and a shaft on which the axial pump wheel and bearings are installed, according to the invention, the bearings are installed between the axial stops of the housing, and an axial spring is installed between the bearings; in addition, on the side opposite to the inlet to the axial pump, a discharge disk is installed with a seal on its outer diameter, while the cavity on one side of the discharge disk communicates with the high pressure cavity, for example, behind the axial pump wheel, and the cavity on the other side of the discharge disk is connected with a low-pressure cavity, for example, with a cavity for entering the axial impeller of the pump through a channel in the shaft; the bearings are installed between the axial stops of the housing, an axial spring is installed between the bearings, and a discharge disk with a seal on its outer diameter is installed on the side opposite to the entrance to the axial pump, while the cavity on one side of the discharge disk communicates with the high-pressure cavity, for example, behind the axial the pump wheel, and the cavity on the other side of the unloading disk is connected to the low pressure cavity, for example, to the cavity of the inlet to the axial pump wheel by means of a channel in the shaft; also in the cavity behind the axial wheel of the pump, an additional unloading disk is installed on the shaft, and blades (ribs) are made at the end of the housing on the side of the disk; the bearings are installed between the axial stops of the housing, an axial spring is installed between the bearings, an additional unloading disc is installed on the shaft in the cavity behind the axial wheel of the pump, and blades (ribs) are made on the end of the housing on the side of the additional unloading disc; on the side opposite to the inlet to the axial pump, a discharge disk is installed with a seal on its outer diameter, while the cavity on one side of the discharge disk communicates with the high pressure cavity, for example, behind the axial pump wheel, and the cavity on the other side of the discharge disk is connected to the low cavity pressure, for example, with the cavity of the inlet to the axial wheel of the pump using a channel in the shaft, in the cavity behind the axial wheel of the pump, an additional unloading disk is installed on the shaft, and blades (ribs) are made at the end of the housing on the side of the additional unloading disk; the bearings are installed between the axial stops of the housing, an axial spring is installed between the bearings, and a discharge disk with a seal on its outer diameter is installed on the side opposite to the entrance to the axial pump, while the cavity on one side of the discharge disk communicates with the high-pressure cavity, for example, behind the axial the pump wheel, and the cavity on the other side of the unloading disk is connected to the low pressure cavity, for example, to the cavity of the pump axial wheel by means of a channel in the shaft, in the cavity behind the pump axial wheel, an additional unloading disk is installed on the shaft, and at the end of the housing from the side The additional unloading disk has blades (ribs).

Для повышения осевого усилия, компенсирующего действующие на подшипники осевые силы:To increase the axial force to compensate for the axial forces acting on the bearings:

- осевая пружина и разгрузочный диск могут быть использованы совместно;- axial spring and unloading disc can be used together;

- на торце разгрузочного диска со стороны осевого колеса насоса могут быть выполнены лопатки (ребра);- blades (ribs) can be made at the end of the unloading disk from the side of the axial wheel of the pump;

- на торце корпуса, примыкающем к разгрузочному диску со стороны противоположной осевому колесу насоса, могут быть выполнены лопатки (ребра);- blades (ribs) can be made on the end of the body adjacent to the unloading disc from the side opposite to the axial impeller of the pump;

- на торце разгрузочного диска со стороны осевого колеса насоса выполнены лопатки (ребра) и на торце корпуса, примыкающем к разгрузочному диску со стороны противоположной осевому колесу насоса, могут быть выполнены лопатки (ребра).- blades (ribs) are made on the end of the unloading disc on the side of the pump axial wheel, and on the end of the housing adjacent to the unloading disc on the side opposite to the axial pump wheel, blades (ribs) can be made.

Продольный разрез предлагаемого бустерного турбонасосного агрегата ЖРД представлен на фиг. 1, на фиг. 2-8 - варианты бустерного турбонасосного агрегата, гдеA longitudinal section of the proposed booster turbopump unit of the LPRE is shown in Fig. 1, FIG. 2-8 - options for a booster turbopump unit, where

1 - корпус;1 - case;

2 - вал;2 - shaft;

3 - осевое колесо насоса;3 - axial pump wheel;

4, 5 - подшипник;4, 5 - bearing;

6 - осевая пружина;6 - axial spring;

7 - выход насоса;7 - pump outlet;

8 - полость за осевым колесом насоса;8 - cavity behind the axial pump wheel;

9 - разгрузочный диск;9 - unloading disk;

10 - уплотнение;10 - seal;

11 - каналы;11 - channels;

12 - канал в валу;12 - channel in the shaft;

13 - лопатки на торце разгрузочного диска;13 - blades at the end of the unloading disk;

14 - лопатки па торце корпуса;14 - blades on the end of the body;

15 - дополнительный разгрузочный диск;15 - additional unloading disc;

16 - лопатки на торце корпуса.16 - blades at the end of the body.

Бустерный турбонасосный агрегат (фиг. 1) состоит из корпуса 1, вала 2, на который с одной стороны установлено осевое колесо насоса 3, с другой подшипники 4 и 5, между которыми установлена осевая пружина 6, выхода из насоса 7. За осевым колесом насоса 3 расположена полость 8.The booster turbopump unit (Fig. 1) consists of a housing 1, a shaft 2, on which, on one side, an axial pump wheel 3 is installed, on the other, bearings 4 and 5, between which an axial spring 6 is installed, exit from the pump 7. Behind the axial pump wheel 3 is the cavity 8.

В варианте изобретения (фиг. 2) БТНА состоит из корпуса 1, вала 2, на который с одной стороны установлено осевое колесо насоса 3, с другой подшипники 4 и 5, выхода из насоса 7, за осевым колесом насоса 3 расположена полость 8. Со стороны противоположной осевому колесу насоса 3 на вал 2 установлен разгрузочный диск 9 с уплотнением 10 на его наружном диаметре. Полость с одной стороны разгрузочного диска сообщается с полостью высокого давления, например, с полостью за осевым колесом насоса 8. Указанная полость может дополнительно сообщаться каналами 11 с выходом насоса 7 или выходом из направляющего аппарата (фиг. 3), а полость с другой стороны разгрузочного диска соединена с полостью низкого давления, например, каналом 12 в валу 2 с входом в осевое колесо насоса. Для повышения разгружающей способности на торце разгрузочного диска 9 со стороны насоса могут быть выполнены лопатки (ребра) 13, с той же целью лопатки (ребра) 14 могут быть выполнены на торце корпуса с противоположной насосу стороны разгрузочного диска 9. Лопатки (ребра) 13 и 14 могут быть выполнены, как по отдельности, так и совместно.In the embodiment of the invention (Fig. 2), the BTNA consists of a housing 1, a shaft 2, on which, on one side, an axial impeller of pump 3 is installed, on the other, bearings 4 and 5, exit from the pump 7, a cavity 8 is located behind the axial impeller of pump 3. on the side opposite to the axial wheel of the pump 3, an unloading disk 9 with a seal 10 on its outer diameter is installed on the shaft 2. The cavity on one side of the unloading disk communicates with the high-pressure cavity, for example, with the cavity behind the axial impeller of the pump 8. This cavity can additionally communicate with channels 11 with the outlet of the pump 7 or the outlet from the guide vane (Fig. 3), and the cavity on the other side of the unloading the disk is connected to a low-pressure cavity, for example, a channel 12 in the shaft 2 with an inlet to the axial pump wheel. To increase the unloading capacity at the end of the unloading disc 9 from the pump side, blades (ribs) 13 can be made, for the same purpose, the blades (ribs) 14 can be made at the end of the housing on the side of the unloading disc 9 opposite to the pump. Blades (ribs) 13 and 14 can be performed both separately and together.

В варианте изобретения для повышения разгружающей способности БТНА (фиг. 4) состоит из корпуса 1, вала 2, на который с одной стороны установлено осевое колесо насоса 3, с другой подшипники 4 и 5, между которыми установлена осевая пружина 6, выхода из насоса 7. За осевым колесом насоса 3 расположена полость 8, со стороны противоположной осевому колесу насоса 3 на вал 2 установлен разгрузочный диск 9 с уплотнением 10 на его наружном диаметре. Полость с одной стороны разгрузочного диска 9 сообщается с полостью высокого давления, например, с полостью за осевым колесом насоса 8. Указанная полость может дополнительно сообщаться каналами 11 с выходом насоса 7 или выходом из направляющего аппарата, а полость с другой стороны разгрузочного диска соединена с полостью низкого давления, например, каналом 12 в валу 2 с входом в осевое колесо насоса. Для повышения разгружающей способности на торце разгрузочного диска 9 со стороны насоса могут быть выполнены лопатки (ребра) 13, с той же целью лопатки (ребра) 14 могут быть выполнены на торце корпуса с противоположной насосу стороны разгрузочного диска 9. Лопатки (ребра) 13 и 14 могут быть выполнены, как по отдельности, так и совместно.In the embodiment of the invention, to increase the unloading capacity of the BTNA (Fig. 4), it consists of a housing 1, a shaft 2, on which, on one side, an axial wheel of the pump 3 is installed, on the other, bearings 4 and 5, between which an axial spring 6 is installed, an outlet from the pump 7 A cavity 8 is located behind the axial impeller of the pump 3, on the side opposite to the axial impeller of the pump 3, an unloading disk 9 with a seal 10 on its outer diameter is mounted on the shaft 2. The cavity on one side of the unloading disk 9 communicates with the high-pressure cavity, for example, with the cavity behind the axial impeller of the pump 8. This cavity can additionally communicate with channels 11 with the outlet of the pump 7 or the outlet from the guide vane, and the cavity on the other side of the unloading disk is connected to the cavity low pressure, for example, channel 12 in shaft 2 with an entrance to the axial wheel of the pump. To increase the unloading capacity at the end of the unloading disc 9 from the pump side, blades (ribs) 13 can be made, for the same purpose, the blades (ribs) 14 can be made at the end of the housing on the side of the unloading disc 9 opposite to the pump. Blades (ribs) 13 and 14 can be performed both separately and together.

В варианте изобретения БТНА (фиг. 5) состоит из корпуса 1, вала 2, на который с одной стороны установлено осевое колесо насоса 3, с другой подшипники 4 и 5, выхода из насоса 7. За осевым колесом насоса 3 расположена полость 8, в которой расположены дополнительный разгрузочный диск 15 и лопатки 16, лопатки 16 выполнены на торце корпуса со стороны дополнительного разгрузочного диска 15.In the embodiment of the invention, the BTNA (Fig. 5) consists of a housing 1, a shaft 2, on which, on one side, the axial wheel of the pump 3 is installed, on the other, bearings 4 and 5, the outlet from the pump 7. Behind the axial wheel of the pump 3 is a cavity 8, in which are located an additional unloading disc 15 and blades 16, the blades 16 are made at the end of the body from the side of the additional unloading disc 15.

В варианте изобретения для повышения разгружающей способности БТНА (фиг. 6) состоит из корпуса 1, вала 2, на который с одной стороны установлено осевое колесо насоса 3, с другой подшипники 4 и 5, между которыми установлена осевая пружина 6, выхода из насоса 7. За осевым колесом насоса 3 расположена полость 8, в которой расположены дополнительный разгрузочный диск 16 и лопатки 16, лопатки 16 выполнены на торце корпуса со стороны дополнительного разгрузочного диска 15.In an embodiment of the invention, to increase the unloading capacity of the BTNA (Fig. 6), it consists of a housing 1, a shaft 2, on which, on one side, an axial impeller of pump 3 is installed, on the other, bearings 4 and 5, between which an axial spring 6 is installed, outlet from the pump 7 A cavity 8 is located behind the axial impeller of the pump 3, in which an additional unloading disc 16 and blades 16 are located, the blades 16 are made at the end of the housing from the side of the additional unloading disc 15.

В варианте изобретения для обеспечения высокой разгружающей способности БТНА (фиг. 7) состоит из корпуса 1, вала 2, на который с одной стороны установлено осевое колесо насоса 3, с другой подшипники 4 и 5, выхода из насоса 7. За осевым колесом насоса 3 расположена полость 8, а со стороны противоположной осевому колесу насоса 3 на вал 2 установлен разгрузочный диск 9 с уплотнением 10 на его наружном диаметре. Полость с одной стороны разгрузочного диска 9 сообщается с полостью высокого давления, например, с полостью за осевым колесом насоса 8. Указанная полость может дополнительно сообщаться каналами 11 с выходом насоса 7 или выходом из направляющего аппарата, а полость с другой стороны разгрузочного диска соединена с полостью низкого давления, например, каналом 12 в валу 2 с входом в осевое колесо насоса. Для повышения разгружающей способности на торце разгрузочного диска 9 со стороны насоса могут быть выполнены лопатки (ребра) 13, с той же целью лопатки (ребра) 14 могут быть выполнены на торце корпуса с противоположной насосу стороны разгрузочного диска 9. Лопатки (ребра) 13 и 14 могут быть выполнены, как по отдельности, так и совместно. В полости 8 расположены дополнительный разгрузочный диск 15 и лопатки 16, лопатки 16 выполнены на торце корпуса со стороны дополнительного разгрузочного диска 15.In an embodiment of the invention, to ensure high unloading capacity, the BTNA (Fig. 7) consists of a housing 1, a shaft 2, on which, on one side, an axial impeller of pump 3 is installed, on the other, bearings 4 and 5, an outlet from the pump 7. Behind the axial impeller of pump 3 there is a cavity 8, and on the side opposite to the axial wheel of the pump 3, a relief disk 9 with a seal 10 on its outer diameter is installed on the shaft 2. The cavity on one side of the unloading disk 9 communicates with the high-pressure cavity, for example, with the cavity behind the axial impeller of the pump 8. This cavity can additionally communicate with channels 11 with the outlet of the pump 7 or the outlet from the guide vane, and the cavity on the other side of the unloading disk is connected to the cavity low pressure, for example, channel 12 in shaft 2 with an entrance to the axial wheel of the pump. To increase the unloading capacity at the end of the unloading disc 9 from the pump side, blades (ribs) 13 can be made, for the same purpose, the blades (ribs) 14 can be made at the end of the housing on the side of the unloading disc 9 opposite to the pump. Blades (ribs) 13 and 14 can be performed both separately and together. An additional unloading disk 15 and blades 16 are located in the cavity 8, the blades 16 are made at the end of the housing from the side of the additional unloading disk 15.

В варианте изобретения для достижения максимальной разгружающей способности БТНА (фиг. 8) состоит из корпуса 1, вала 2, на который с одной стороны установлено осевое колесо насоса 3, с другой подшипники 4 и 5, между которыми установлена осевая пружина 6, выхода из насоса 7. За осевым колесом насоса 3 расположена полость 8, а со стороны противоположной осевому колесу насоса 3 на вал 2 установлен разгрузочный диск 9 с уплотнением 10 на его наружном диаметре. Полость с одной стороны разгрузочного диска 9 сообщается с полостью высокого давления, например, с полостью за осевым колесом насоса 8. Указанная полость может дополнительно сообщаться каналами 11 с выходом насоса 7 или выходом из направляющего аппарата, а полость с другой стороны разгрузочного диска соединена с полостью низкого давления, например, каналом 12 в валу 2 с входом в осевое колесо насоса. Для повышения разгружающей способности на торце разгрузочного диска 9 со стороны насоса могут быть выполнены лопатки (ребра) 13, с той же целью лопатки (ребра) 14 могут быть выполнены на торце корпуса с противоположной насосу стороны разгрузочного диска 9. Лопатки (ребра) 13 и 14 могут быть выполнены, как по отдельности, так и совместно. В полости 8 расположены дополнительный разгрузочный диск 15 и лопатки 16, лопатки 16 выполнены на торце корпуса со стороны дополнительного разгрузочного диска 15.In an embodiment of the invention, to achieve maximum unloading capacity, the BTNA (Fig. 8) consists of a housing 1, a shaft 2, on which, on one side, an axial pump wheel 3 is installed, on the other, bearings 4 and 5, between which an axial spring 6 is installed, exit from the pump 7. A cavity 8 is located behind the axial wheel of the pump 3, and on the side opposite to the axial wheel of the pump 3, an unloading disk 9 with a seal 10 on its outer diameter is mounted on the shaft 2. The cavity on one side of the unloading disk 9 communicates with the high-pressure cavity, for example, with the cavity behind the axial impeller of the pump 8. This cavity can additionally communicate with channels 11 with the outlet of the pump 7 or the outlet from the guide vane, and the cavity on the other side of the unloading disk is connected to the cavity low pressure, for example, channel 12 in shaft 2 with an entrance to the axial wheel of the pump. To increase the unloading capacity at the end of the unloading disc 9 from the pump side, blades (ribs) 13 can be made, for the same purpose, the blades (ribs) 14 can be made at the end of the housing on the side of the unloading disc 9 opposite to the pump. Blades (ribs) 13 and 14 can be performed both separately and together. An additional unloading disk 15 and blades 16 are located in the cavity 8, the blades 16 are made at the end of the housing from the side of the additional unloading disk 15.

При работе БТНА (фиг. 1) рабочее тело насоса (жидкость) поступает на вход в корпус 1, при вращении вала 2, установленного на подшипниках 4 и 5, за счет вращения осевого колеса насоса 3 создается перепад давления между его входом и выходом, при этом давление в полости 8 за осевым колесом насоса больше давления на входе в корпус 1. Осевая пружина 6 распределяет осевое усилие, действующее на осевое колесо насоса 3, на оба подшипника 4 и 5, размещенных со стороны осевого колеса насоса 3 и со стороны выхода насоса 7. Благодаря этому обеспечивается величина осевого усилия, действующего на каждый подшипник, равная половине осевого усилия, действующего на осевое колесо насоса.During operation of the BTNA (Fig. 1), the working fluid of the pump (liquid) enters the inlet to the housing 1, when the shaft 2, mounted on bearings 4 and 5 rotates, due to the rotation of the axial wheel of the pump 3, a pressure difference is created between its inlet and outlet, when In this case, the pressure in the cavity 8 behind the axial impeller of the pump is greater than the pressure at the inlet to the housing 1. The axial spring 6 distributes the axial force acting on the axial impeller of the pump 3 to both bearings 4 and 5 located on the side of the axial impeller of the pump 3 and on the side of the pump outlet 7. This ensures that the axial force acting on each bearing is equal to half the axial force acting on the axial wheel of the pump.

При работе варианта БТНА с разгрузочным диском 9 (фиг. 2) рабочее тело насоса (жидкость) поступает на вход в корпус 1, при вращении вала 2, установленного на подшипниках 4 и 5, за счет вращения осевого колеса насоса 3 создается перепад давления между его входом и выходом, при этом давление в полости 8 за осевым колесом насоса больше давления на входе в корпус 1. После осевого колеса насоса 3 и направляющего аппарата рабочее тело поступает на выход насоса 7. В полость разгрузочного диска 9 со стороны осевого колеса насоса 3 поступает рабочее тело насоса высокого давления, например, из полости 8 за осевым колесом насоса 3 или из полости за направляющим аппаратом со стороны выхода из насоса 7 через каналы 11 (фиг. 3). После разгрузочного диска 9 рабочее тело, для обеспечения перепада давления на разгрузочном диске, поступает в полость низкого давления, например, через канал 12 в валу на вход в осевое колесо насоса 3, где смешивается с основным потоком. Полости низкого и высокого давления разделены уплотнением 10. За счет разницы давления по обе стороны разгрузочного диска 9 создается осевое усилие на разгрузочном диске, компенсирующее осевое усилие, действующее от осевого колеса насоса. Площадь разгрузочного диска 9 и полость отвода утечек после него определяются величиной осевого усилия, требуемого для уравновешивания осевых сил, действующих на осевое колесо насоса 3. Для повышения разгружающей способности разгрузочного диска 9 за счет выравнивания эпюр давления на разгрузочном диске 9 при вращении вала 2 со стороны насоса могут быть выполнены лопатки (ребра) 13, лопатки (ребра) 14 могут быть выполнены на торце корпуса со стороны разгрузочного диска 9, противоположной входу в насос. Лопатки (ребра) 13 и 14 могут быть выполнены как по отдельности, так и одновременно в зависимости от распределения осевых сил в полостях БТНА. За счет компенсирующей осевой силы на разгрузочном диске 9 полностью или частично разгружается осевая сила, действующая на подшипники 4 и 5 со стороны осевого колеса насоса 3.When operating the BTNA version with a discharge disc 9 (Fig. 2), the working fluid of the pump (liquid) enters the inlet to the housing 1, when the shaft 2, mounted on bearings 4 and 5 rotates, due to the rotation of the axial wheel of the pump 3, a pressure difference is created between its inlet and outlet, while the pressure in the cavity 8 behind the axial impeller of the pump is greater than the pressure at the inlet to the housing 1. After the axial impeller of the pump 3 and the guide vane, the working fluid enters the outlet of the pump 7. The cavity of the unloading disk 9 from the side of the axial impeller of the pump 3 enters the working body of the high-pressure pump, for example, from the cavity 8 behind the axial wheel of the pump 3 or from the cavity behind the guide vanes from the outlet side of the pump 7 through channels 11 (Fig. 3). After the unloading disk 9, the working fluid, in order to provide a differential pressure on the unloading disk, enters the low pressure cavity, for example, through the channel 12 in the shaft to the entrance to the axial impeller of the pump 3, where it mixes with the main flow. The low and high pressure cavities are separated by a seal 10. Due to the pressure difference on both sides of the unloading disc 9, an axial force is created on the unloading disc, which compensates for the axial force acting from the axial pump wheel. The area of the unloading disk 9 and the cavity for drainage after it are determined by the value of the axial force required to balance the axial forces acting on the axial wheel of the pump 3. To increase the unloading capacity of the unloading disk 9 by equalizing the pressure diagrams on the unloading disk 9 when the shaft 2 rotates from the side the pump blades (ribs) 13 can be made, the blades (ribs) 14 can be made at the end of the housing from the side of the unloading disk 9 opposite to the pump inlet. The blades (ribs) 13 and 14 can be made both separately and simultaneously, depending on the distribution of axial forces in the BTNA cavities. Due to the compensating axial force on the balancing disc 9, the axial force acting on the bearings 4 and 5 from the side of the axial wheel of the pump 3 is completely or partially unloaded.

При работе БТНА, использующего одновременно осевую пружину 6 и разгрузочный диск 9 (фиг. 4) рабочее тело насоса (жидкость) поступает на вход в корпус 1, при вращении вала 2, установленного на подшипниках 4 и 5, за счет вращения осевого колеса насоса 3 создается перепад давления между его входом и выходом, при этом давление в полости 8 за осевым колесом насоса больше давления на входе в корпус 1. После осевого колеса насоса 3 и направляющего аппарата рабочее тело поступает на выход насоса 7. В полость разгрузочного диска 9 со стороны осевого колеса насоса 3 поступает рабочее тело насоса высокого давления, например, из полости 8 за осевым колесом насоса 3 или из полости за направляющим аппаратом со стороны выхода из насоса 7 через каналы 11. После разгрузочного диска 9 рабочее тело, для обеспечения перепада давления на разгрузочном диске, поступает в полость низкого давления, например, через канал в валу 12 на вход в осевое колесо насоса 3, где смешивается с основным потоком. Полости низкого и высокого давления разделены уплотнением К). За счет разницы давления по обе стороны разгрузочного диска 9 создается осевое усилие на разгрузочном диске, компенсирующее осевое усилие, действующее на подшипники, от осевого колеса насоса 3. Площадь разгрузочного диска 9 и полость отвода утечек после него определяются величиной осевого усилия, требуемого для уравновешивания осевых сил, действующих на осевое колесо насоса 3. Для повышения разгружающей способности разгрузочного диска 9 за счет выравнивания эпюр давления на разгрузочном диске при вращении вала 2 со стороны насоса могут быть выполнены лопатки (ребра) 13, лопатки (ребра) 14 могут быть выполнены на торце корпуса со стороны разгрузочного диска 9, противоположной входу в насос. Лопатки (ребра) 13 и 14 могут быть выполнены как по отдельности, так и одновременно в зависимости от распределения осевых сил в полостях БТНА. За счет компенсирующей осевой силы от разгрузочного диска 9 частично разгружается осевая сила, действующая на подшипники 4 и 5 со стороны осевого колеса насоса 3. Осевая пружина 6 распределяет осевое усилие, действующее на осевое колесо насоса 3 с учетом компенсирующей силы со стороны разгрузочного диска 9, на оба подшипника 4 и 5, размещенных со стороны осевого колеса насоса 3 и со стороны выхода насоса 7. Благодаря этому обеспечивается величина осевого усилия, действующего на каждый подшипник, равная половине осевого усилия, действующего на осевое колесо насоса 3 за вычетом осевой силы со стороны разгрузочного диска 9.During the operation of the BTNA, which simultaneously uses the axial spring 6 and the unloading disk 9 (Fig. 4), the pump working fluid (liquid) enters the inlet to the housing 1, when the shaft 2, mounted on bearings 4 and 5, rotates due to the rotation of the axial wheel of the pump 3 a pressure drop is created between its inlet and outlet, while the pressure in the cavity 8 behind the axial wheel of the pump is greater than the pressure at the inlet to the casing 1. After the axial wheel of the pump 3 and the guide vane, the working fluid enters the outlet of the pump 7. Into the cavity of the unloading disk 9 from the side axial impeller of pump 3 enters the working medium of the high-pressure pump, for example, from the cavity 8 behind the axial impeller of the pump 3 or from the cavity behind the guide vane from the outlet side of the pump 7 through the channels 11. After the unloading disk 9, the working fluid, to provide a pressure drop across the unloading disk, enters the low-pressure cavity, for example, through the channel in the shaft 12 to the inlet to the axial impeller of the pump 3, where it mixes with the main flow. The low and high pressure cavities are separated by a seal K). Due to the pressure difference on both sides of the unloading disc 9, an axial force is created on the unloading disc, which compensates for the axial force acting on the bearings from the axial wheel of the pump 3. The area of the unloading disc 9 and the cavity for drainage after it are determined by the value of the axial force required to balance the axial forces acting on the axial impeller of the pump 3. To increase the unloading capacity of the unloading disk 9 by equalizing the pressure diagrams on the unloading disk during the rotation of the shaft 2, blades (ribs) 13 can be made from the pump side, blades (ribs) 14 can be made at the end housing from the side of the unloading disk 9 opposite to the pump inlet. The blades (ribs) 13 and 14 can be made both separately and simultaneously, depending on the distribution of axial forces in the BTNA cavities. Due to the compensating axial force from the unloading disc 9, the axial force acting on the bearings 4 and 5 from the side of the axial wheel of the pump 3 is partially unloaded. The axial spring 6 distributes the axial force acting on the axial wheel of the pump 3, taking into account the compensating force from the side of the unloading disc 9, on both bearings 4 and 5 located on the side of the axial impeller of pump 3 and on the side of the outlet of the pump 7. This ensures the value of the axial force acting on each bearing equal to half the axial force acting on the axial wheel of pump 3 minus the axial force from the side unloading disc 9.

При использовании БТНА с дополнительным разгрузочным диском 15 (фиг. 5) рабочее тело насоса (жидкость) поступает на вход в корпус 1, при вращении вала 2, установленного на подшипниках 4 и 5, за счет вращения осевого колеса насоса 3 создается перепад давления между его входом и выходом, при этом давление в полости 8 за осевым колесом насоса больше давления на входе в корпус 1. После осевого колеса насоса 3 и направляющего аппарата рабочее тело поступает на выход насоса 7. При использовании дополнительного разгрузочного диска 15 за счет лопаток (ребер) 16 на корпусе компенсирующая осевая сила создается за счет исключения влияния закрученного потока, движущегося от периферии к центру дополнительного разгрузочного диска 15. За счет компенсирующей осевой силы полностью или частично разгружается осевая сила, действующая на подшипники 4 и 5 со стороны осевого колеса насоса 3.When using BTNA with an additional unloading disc 15 (Fig. 5), the working fluid of the pump (liquid) enters the inlet to the housing 1, when the shaft 2, mounted on bearings 4 and 5 rotates, due to the rotation of the axial wheel of the pump 3, a pressure difference is created between its inlet and outlet, while the pressure in the cavity 8 behind the axial impeller of the pump is greater than the pressure at the inlet to the housing 1. After the axial impeller of the pump 3 and the guide vane, the working fluid enters the outlet of the pump 7. When using an additional unloading disc 15 due to the blades (ribs) 16 on the housing, a compensating axial force is created by eliminating the influence of a swirling flow moving from the periphery to the center of the additional unloading disk 15. Due to the compensating axial force, the axial force acting on bearings 4 and 5 from the axial wheel of the pump 3 is completely or partially unloaded.

При работе БТНА, использующего одновременно осевую пружину 6 и дополнительный разгрузочный диск 15 (фиг. 6) рабочее тело насоса (жидкость) поступает на вход в корпус 1, при вращении вала 2, установленного на подшипниках 4 и 5, за счет вращения осевого колеса насоса 3 создается перепад давления между его входом и выходом, при этом давление в полости 8 за осевым колесом насоса больше давления на входе в корпус 1. После осевого колеса насоса 3 и направляющего аппарата рабочее тело поступает на выход насоса 7. При наличии дополнительного разгрузочного диска 15 и лопаток (ребер) 16 на корпусе компенсирующая осевая сила создается за счет исключения влияния закрученного потока, движущегося от периферии к центру дополнительного разгрузочного диска 15. За счет компенсирующей осевой силы от дополнительного разгрузочного диска 15 частично разгружается осевая сила, действующая на подшипники 4 и 5 со стороны осевого колеса насоса 3. Осевая пружина 6 распределяет осевое усилие, действующее на осевое колесо насоса 3 с учетом компенсирующей силы со стороны дополнительного разгрузочного диска 15, на оба подшипника 4 и 5, размещенных со стороны осевого колеса насоса 3 и со стороны выхода насоса 7. Благодаря этому обеспечивается величина осевого усилия, действующего на каждый подшипник, равная половине осевого усилия, действующего на осевое колесо насоса 3 за вычетом осевой силы со стороны дополнительного разгрузочного диска 15.During operation of the BTNA, which simultaneously uses the axial spring 6 and an additional unloading disk 15 (Fig. 6), the pump working fluid (liquid) enters the inlet to the housing 1, when the shaft 2, mounted on bearings 4 and 5, rotates due to the rotation of the axial pump wheel 3, a pressure drop is created between its inlet and outlet, while the pressure in the cavity 8 behind the axial impeller of the pump is greater than the pressure at the inlet to the housing 1. After the axial impeller of the pump 3 and the guide vane, the working fluid enters the outlet of the pump 7. In the presence of an additional unloading disc 15 and blades (ribs) 16 on the housing, a compensating axial force is created by eliminating the influence of a swirling flow moving from the periphery to the center of the additional unloading disk 15. Due to the compensating axial force from the additional unloading disk 15, the axial force acting on bearings 4 and 5 is partially unloaded on the side of the axial wheel of the pump 3. The axial spring 6 distributes the axial force acting on the axial the pump wheel 3, taking into account the compensating force from the side of the additional balancing disc 15, on both bearings 4 and 5 located on the side of the axial wheel of the pump 3 and on the side of the pump outlet 7. This ensures the value of the axial force acting on each bearing equal to half the axial the force acting on the axial impeller of the pump 3 minus the axial force from the side of the additional unloading disc 15.

При работе варианта БТНА с разгрузочным диском 9 и дополнительным разгрузочным диском 15 (фиг. 7) рабочее тело насоса (жидкость) поступает на вход в корпус 1, при вращении вала 2, установленного на подшипниках 4 и 5, за счет вращения осевого колеса насоса 3 создается перепад давления между его входом и выходом, при этом давление в полости 8 за осевым колесом насоса больше давления на входе в корпус 1. После осевого колеса насоса 3 и направляющего аппарата рабочее тело поступает на выход насоса 7. В полость разгрузочного диска 9 со стороны осевого колеса насоса 3 поступает рабочее тело насоса высокого давления, например, из полости 8 за осевым колесом насоса 3 или из полости за направляющим аппаратом со стороны выхода из насоса 7 через каналы 11. После разгрузочного диска рабочее тело, для обеспечения перепада давления на разгрузочном диске, поступает в полость низкого давления, например, через канал 12 в валу на вход в осевое колесо насоса 3, где смешивается с основным потоком. Полости низкого и высокого давления разделены уплотнением 10. За счет разницы давления по обе стороны разгрузочного диска создается осевое усилие на разгрузочном диске 9, компенсирующее осевое усилие на подшипники, действующее от осевого колеса насоса 3. Площадь разгрузочного диска 9 и полость отвода утечек после него определяются величиной осевого усилия, требуемого для уравновешивания осевых сил, действующих на осевое колесо насоса 3. Для повышения разгружающей способности разгрузочного диска 9 за счет выравнивания эпюр давления на разгрузочном диске при вращении вала 2 со стороны насоса могут быть выполнены лопатки (ребра) 13, лопатки (ребра) 14 могут быть выполнены на торце корпусе со стороны разгрузочного диска, противоположной входу в насос. Лопатки (ребра) 13 и 14 могут быть выполнены как по отдельности, так и одновременно в зависимости от распределения осевых сил в полостях БТНА. Осевая сила, неразгруженная разгрузочным диском 9, компенсируется или доводится до приемлемого для работоспособности подшипников 4 и 5 уровня за счет использования дополнительного разгрузочного диска 15 и лопаток (ребер) 16 на корпусе. Компенсирующая осевая сила от дополнительного разгрузочного диска 15 создается за счет исключения влияния закрученного потока жидкости, движущегося от периферии к центру дополнительного разгрузочного диска 15. За счет компенсирующей осевой силы на разгрузочном диске 9 и дополнительном разгрузочном диске 15 полностью или частично разгружается осевая сила, действующая на подшипники 4 и 5 со стороны осевого колеса насоса 3.When operating the BTNA version with an unloading disc 9 and an additional unloading disc 15 (Fig. 7), the working fluid of the pump (liquid) enters the inlet to the housing 1, when the shaft 2, mounted on bearings 4 and 5 rotates, due to the rotation of the axial wheel of the pump 3 a pressure drop is created between its inlet and outlet, while the pressure in the cavity 8 behind the axial wheel of the pump is greater than the pressure at the inlet to the casing 1. After the axial wheel of the pump 3 and the guide vane, the working fluid enters the outlet of the pump 7. Into the cavity of the unloading disk 9 from the side of the axial impeller of the pump 3, the working fluid of the high pressure pump enters, for example, from the cavity 8 behind the axial impeller of the pump 3 or from the cavity behind the guide vane from the outlet side of the pump 7 through the channels 11. After the unloading disc, the working fluid, to provide a differential pressure across the unloading disc , enters the low-pressure cavity, for example, through the channel 12 in the shaft to the inlet to the axial impeller of the pump 3, where it mixes with the main flow. The cavities of low and high pressure are separated by a seal 10. Due to the pressure difference on both sides of the unloading disc, an axial force is created on the unloading disc 9, which compensates for the axial force on the bearings acting from the axial wheel of the pump 3. The area of the unloading disc 9 and the cavity for drainage after it are determined the value of the axial force required to balance the axial forces acting on the axial impeller of the pump 3. To increase the unloading capacity of the unloading disc 9 by equalizing the pressure diagrams on the unloading disc during the rotation of the shaft 2, blades (ribs) 13 can be made from the pump side, blades ( ribs) 14 can be made at the end of the housing on the side of the unloading disc opposite to the pump inlet. The blades (ribs) 13 and 14 can be made both separately and simultaneously, depending on the distribution of axial forces in the BTNA cavities. The axial force, unloaded by the unloading disc 9, is compensated or brought to an acceptable level for the operation of bearings 4 and 5 through the use of an additional unloading disc 15 and blades (ribs) 16 on the housing. The compensating axial force from the additional unloading disc 15 is created by eliminating the influence of the swirling fluid flow moving from the periphery to the center of the additional unloading disc 15. Due to the compensating axial force on the unloading disc 9 and the additional unloading disc 15, the axial force acting on bearings 4 and 5 on the side of the axial impeller of the pump 3.

При работе БТНА, использующего одновременно осевую пружину 6, разгрузочный диск 9 и дополнительный разгрузочный диск 15 (фиг. 8) рабочее тело насоса (жидкость) поступает на вход в корпус 1, при вращении вала 2, установленного на подшипниках 4 и 5, за счет вращения осевого колеса насоса 3 создается перепад давления между его входом и выходом, при этом давление в полости 8 за осевым колесом насоса больше давления на входе в корпус 1. После осевого колеса насоса 3 и направляющего аппарата рабочее тело поступает на выход насоса 7. В полость разгрузочного диска 9 со стороны осевого колеса насоса 3 поступает рабочее тело насоса высокого давления, например, из полости 8 за осевым колесом насоса 3 или из полости за направляющим аппаратом со стороны выхода из насоса 7 через каналы 11. После разгрузочного диска 9 рабочее тело, для обеспечения перепада давления на разгрузочном диске, поступает в полость низкого давления, например, через канал в валу 12 на вход в осевое колесо насоса 3, где смешивается с основным потоком. Полости низкого и высокого давления разделены уплотнением 10. За счет разницы давления по обе стороны разгрузочного диска создается осевое усилие на разгрузочном диске 9, компенсирующее осевое усилие, действующее на подшипники от осевого колеса насоса 3. Площадь разгрузочного диска 9 и полость отвода утечек после него определяются величиной осевого усилия, требуемого для уравновешивания осевых сил, действующих на осевое колесо насоса 3. Для повышения разгружающей способности разгрузочного диска 9 за счет выравнивания эпюр давления на разгрузочном диске при вращении вала 2 со стороны насоса могут быть выполнены лопатки (ребра) 13, лопатки (ребра) 14 могут быть выполнены на горце корпуса 14 со стороны разгрузочного диска 9, противоположной входу в насос. Лопатки (ребра) 13 и 14 могут быть выполнены как по отдельности, так и одновременно в зависимости от распределения осевых сил в полостях БТНА. Осевая сила, некомпенсированная разгрузочным диском 9, доводится до приемлемого для работоспособности подшипников 4 и 5 уровня за счет использования дополнительного разгрузочного диска 15 и лопаток (ребер) 16 на корпусе. Компенсирующая осевая сила от дополнительного разгрузочного диска 15 создается за счет исключения влияния закрученного потока жидкости, движущегося от периферии к центру дополнительного разгрузочного диска 15. За счет компенсирующей осевой силы от разгрузочного диска 9 и дополнительного разгрузочного диска 15 частично разгружается осевая сила, действующая на подшипники 4 и 5 со стороны осевого колеса насоса 3. Осевая пружина 6 распределяет осевое усилие, действующее на осевое колесо насоса 3 с учетом компенсирующей силы со стороны разгрузочного диска 9 и дополнительного разгрузочного диска 15, на оба подшипника 4 и 5, размещенных со стороны осевого колеса насоса 3 и со стороны выхода насоса 7. Благодаря этому обеспечивается величина осевого усилия, действующего на каждый подшипник, равная половине осевого усилия, действующего на осевое колесо насоса 3 за вычетом осевой силы со стороны разгрузочного диска 9 и дополнительного разгрузочного диска 15.During the operation of the BTNA, which simultaneously uses the axial spring 6, the unloading disc 9 and an additional unloading disc 15 (Fig. 8), the working fluid of the pump (liquid) enters the inlet to the housing 1, when the shaft 2, mounted on bearings 4 and 5, rotates due to rotation of the axial impeller of pump 3 creates a pressure drop between its inlet and outlet, while the pressure in the cavity 8 behind the axial impeller of the pump is greater than the pressure at the inlet to the housing 1. After the axial impeller of pump 3 and the guide vane, the working fluid enters the outlet of pump 7. Into the cavity of the unloading disk 9 from the side of the axial impeller of the pump 3, the working medium of the high-pressure pump enters, for example, from the cavity 8 behind the axial impeller of the pump 3 or from the cavity behind the guide vane from the outlet of the pump 7 through channels 11. After the unloading disk 9, the working fluid, for ensuring a differential pressure on the unloading disc, enters the low-pressure cavity, for example, through a channel in the shaft 12 to the inlet to the axial impeller of the pump 3, where mixing It is connected to the main stream. The cavities of low and high pressure are separated by a seal 10. Due to the pressure difference on both sides of the unloading disc, an axial force is created on the unloading disc 9, which compensates for the axial force acting on the bearings from the axial wheel of the pump 3. The area of the unloading disc 9 and the cavity for drainage after it are determined the value of the axial force required to balance the axial forces acting on the axial impeller of the pump 3. To increase the unloading capacity of the unloading disc 9 by equalizing the pressure diagrams on the unloading disc during the rotation of the shaft 2, blades (ribs) 13 can be made from the pump side, blades ( ribs) 14 can be made on the hill of the housing 14 from the side of the unloading disk 9 opposite to the pump inlet. The blades (ribs) 13 and 14 can be made both separately and simultaneously, depending on the distribution of axial forces in the BTNA cavities. The axial force, uncompensated by the unloading disc 9, is brought to an acceptable level for the performance of bearings 4 and 5 by using an additional unloading disc 15 and blades (ribs) 16 on the housing. The compensating axial force from the additional unloading disc 15 is created by eliminating the influence of the swirling fluid flow moving from the periphery to the center of the additional unloading disc 15. Due to the compensating axial force from the unloading disc 9 and the additional unloading disc 15, the axial force acting on the bearings 4 is partially unloaded and 5 on the side of the axial wheel of the pump 3. The axial spring 6 distributes the axial force acting on the axial wheel of the pump 3, taking into account the compensating force from the side of the unloading disc 9 and the additional unloading disc 15, to both bearings 4 and 5 located on the side of the axial wheel of the pump 3 and from the outlet side of the pump 7. This ensures the value of the axial force acting on each bearing, equal to half the axial force acting on the axial wheel of the pump 3 minus the axial force from the side of the balancing disc 9 and the additional balancing disc 15.

В отличие от прототипа, где разгрузка подшипников от действия осевых сил обеспечивается, в основном, за счет осевой пружины в предлагаемом бустерном турбонасосном агрегате:In contrast to the prototype, where the unloading of bearings from the action of axial forces is provided mainly due to the axial spring in the proposed booster turbopump unit:

- обеспечивается равномерное распределение усилия между подшипниками;- uniform distribution of force between the bearings is ensured;

- осевая разгрузка подшипников осуществляется за счет организации рабочего процесса внутри агрегата;- axial unloading of bearings is carried out by organizing the working process inside the unit;

- усилие разгрузки подшипников от действия осевых сил обеспечивается выбором диаметра разгрузочного диска;- the force of unloading the bearings from the action of axial forces is provided by the choice of the diameter of the unloading disc;

- дополнительно осевое усилие может быть скомпенсировано применением разгрузочного диска с уплотнением на его наружном диаметре в сочетании с ребрами (лопатками) на торце разгрузочного диска и в корпусе и/или применением дополнительного разгрузочного диска в сочетании с ребрами (лопатками) на торце корпуса.- additionally, the axial force can be compensated by using an unloading disc with a seal on its outer diameter in combination with ribs (blades) at the end of the unloading disc and in the housing and / or using an additional unloading disc in combination with ribs (blades) at the end of the housing.

Таким образом, в предлагаемом бустерном турбонасосном агрегате ЖРД обеспечивается повышение долговечности подшипников и ресурс бустерного турбонасосного агрегата за счет компенсации и равномерного распределения усилия при работе агрегата. В таком БТНА осевое усилие, действующее на осевое колесо насоса, на основной и дополнительный разгрузочный диски, определяются давлением, создаваемым насосом. Благодаря этому не происходит разбалансировка осевых усилий при работе агрегата на различных режимах, включая и режим предварительной раскрутки ротора перед запуском ЖРД. Такая схема разгрузки подшипников от действия осевых сил может использоваться для бустерных турбонасосных агрегатов, приводимых как гидравлической, так и газовой турбиной.Thus, in the proposed booster turbopump unit of the liquid-propellant engine, the durability of bearings and the resource of the booster turbopump unit are increased due to compensation and uniform distribution of force during the operation of the unit. In such a BTNA, the axial force acting on the axial impeller of the pump, on the main and additional unloading discs, is determined by the pressure generated by the pump. Due to this, there is no imbalance of axial forces during the operation of the unit in various modes, including the mode of preliminary spinning of the rotor before starting the liquid-propellant engine. Such a scheme for unloading bearings from the action of axial forces can be used for booster turbopump units driven by both a hydraulic and a gas turbine.

Claims

A booster turbopump unit of a liquid-propellant rocket engine containing an axial pump, a housing and a shaft on which the axial pump wheel and bearings are installed, characterized in that the bearings are installed between the axial stops of the housing, and an axial spring is installed between the bearings.