RU2388939C1

RU2388939C1 - Centrifugal screw pump

Info

Publication number: RU2388939C1
Application number: RU2009106414/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Борисович Болотин (RU); Николай Борисович Болотин
Original assignee: Николай Борисович Болотин
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2010-05-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: pump includes housing, impeller with a hub installed on the shaft which is installed on the bearing protected with a sealing, and a screw. Inside the hub there installed are intermediate and internal shafts. Between edges of those shafts there installed is spring. On one end of internal shaft there installed is the first screw which is fixed on that shaft with a front conical nut. On the opposite end of internal shaft there fixed is rear conical nut with impeller of the first hydraulic turbine. On ends of intermediate shaft there installed is the second screw and impeller of the second hydraulic turbine. Nozzle device of the first hydraulic turbine is installed in conical cavity inside the shaft, and that of the second hydraulic turbine - in the cavity inside the hub. In the latter there are through holes connecting the cavity of impeller to cavity in the hub; inside the shaft there are three cavities divided with a partition with a hole. Rear cavity of the shaft is interconnected with cavity between bearing and sealing. Screws are made so that they can rotate in opposite directions.

EFFECT: improving cavitation properties of pump.

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

Наиболее близким к изобретению является шнекоцентробежный насос, содержащий корпусы, крыльчатку со ступицей, установленную на валу, который установлен на подшипнике, защищенном уплотнением, и шнек (RU 2006117677 A1, 10.12.2007). 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 screw centrifugal pump containing housings, an impeller with a hub mounted on a shaft that is mounted on a bearing protected by a seal, and a screw (RU 2006117677 A1, 10.12.2007). 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 создания 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 корпусы, крыльчатку со ступицей, установленную на валу, который установлен на подшипнике, защищенном уплотнением, и шнек, согласно изобретению внутри ступицы установлены промежуточный и внутренний валы, между торцами этих валов установлена пружина, на одном конце внутреннего вала установлен первый шнек, который закреплен на этом валу передней конической гайкой, на противоположном конце внутреннего вала закреплена задняя коническая гайка с рабочим колесом первой гидротурбины, а на концах промежуточного вала установлен второй шнек и рабочее колесо второй гидротурбины, сопловой аппарат первой гидротурбины установлен в конической полости внутри вала, а второй гидротурбины - в полости внутри ступицы, в ступице выполнены сквозные отверстия, соединяющие полость крыльчатки с полостью в ступице, внутри вала выполнены три полости, разделенные перегородкой с отверстием, 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, an impeller with a hub mounted on a shaft mounted on a bearing protected by a seal and a screw, according to the invention, intermediate and internal shafts are installed inside the hub, a spring is installed between the ends of these shafts , on one end of the inner shaft, a first screw is installed, which is fixed on this shaft by a front conical nut, on the opposite end of the inner shaft, a rear conical nut with a working m by the wheel of the first hydraulic turbine, and a second screw and an impeller of the second hydraulic turbine are installed at the ends of the intermediate shaft, the nozzle apparatus of the first hydraulic turbine is installed in the conical cavity inside the shaft, and the second hydraulic turbine is installed in the cavity inside the hub, through holes are made in the hub connecting the impeller cavity with the cavity in the hub, inside the shaft there are three cavities separated by a partition with an opening, 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 чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

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

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

на фиг.3 - коническая полость с первой гидротурбиной.figure 3 is a conical cavity with a first hydraulic turbine.

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 6 установлен внутренний вал 8, который установлен внутри вала 6 на подшипниках 9. С одной стороны (со стороны входа в крыльчатку 2) на внутреннем валу 8 установлен первый шнек 10, который закреплен на этом валу 8 при помощи передней конической гайки 11. На противоположном конце внутреннего вала 8 закреплена задняя коническая гайка 12 с рабочим колесом 13 первой гидротурбины, рядом с которым внутри вала 1 установлен сопловой аппарат 14 первой гидротурбины. На промежуточном валу 6 на переднем конце (со стороны входа в насос) установлен второй шнек 15, а на противоположном конце закреплено рабочее колесо 16 второй гидротурбины. Сопловой аппарат 17 второй гидротурбины установлен рядом с рабочим колесом 16 второй гидротурбины (со стороны выхода насоса) и закреплен внутри полости 18, выполненной в ступице 3. В качестве подшипников 7 и 9 могут быть применены подшипники скольжения или игольчатые подшипники. Для восприятия осевых нагрузок, действующих на валы 6 и 8, служат контактные кольца 19, установленные на их торцах. Между торцами валов 6 и 8 установлена пружина 20.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 6 , which is installed inside the shaft 6 on the bearings 9. On the one side (from the entrance to the impeller 2), the first screw 10 is installed on the inner shaft 8, which is fixed to this shaft 8 using the front conical nut 11. At the opposite end of the inner shaft 8 is fixed ass Thread conical nut 12 with the impeller 13 of the first hydraulic turbine, next to which shaft 1 is mounted inside the nozzle assembly 14 of the first water turbine. A second screw 15 is installed on the intermediate shaft 6 at the front end (from the pump inlet side), and the impeller 16 of the second hydraulic turbine is fixed at the opposite end. The nozzle apparatus 17 of the second hydraulic turbine is installed next to the impeller 16 of the second hydraulic turbine (from the pump outlet side) and is fixed inside the cavity 18 made in the hub 3. As bearings 7 and 9, sliding bearings or needle bearings can be used. For the perception of axial loads acting on the shafts 6 and 8, are the contact rings 19 mounted on their ends. Between the ends of the shafts 6 and 8, a spring 20 is installed.

К корпусу 5 подстыкованы входной корпус 21, имеющий полость 22, и выходной корпус 23, имеющий полость 24. Между корпусом 5 и крыльчаткой 2 выполнено переднее уплотнение 25. Со стороны заднего торца крыльчатки 2 на ее ступице 3 выполнены заднее уплотнение 26 и разгрузочная полость 27. В ступице 3 крыльчатки 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 сопловым аппаратом первой гидротурбины 14, а полости 30 и 31 разделены перегородкой 32 со сквозным отверстием 33, в котором установлен жиклер 34. Средняя полость 30 выполнена конической, т.е. с коническими стенками 35, на которых закреплен сопловой аппарат первой гидротурбины 14 (см. фиг.3).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 impeller 2. A rear seal 26 and an unloading cavity 27 are made on the rear end of the impeller 2 on its hub 3. In the hub 3 of the impeller 2, holes 28 are made, extending into the cavity 18. Inside the shaft 1 there are three cavities: front 29, middle 30 and rear 31. The cavities 29 and 30 are separated by the nozzle apparatus of the first hydraulic turbine 14, and the cavities 30 and 31 are divided by a partition 32 with through hole 33 in the nozzle 34 is mounted on the torus. The middle cavity 30 is conical, i.e. with conical walls 35, on which the nozzle apparatus of the first hydraulic turbine 14 is fixed (see figure 3).

На первом шнеке 10 может быть выполнен бандаж 36 с уплотнениями 37. 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 крыльчатку 2, но внутри крыльчатки 2 необходимо предусмотреть цилиндрический пояс 38. Подшипник 4 закрыт с задней стороны (по отношению к входу в насос) уплотнением 39, при этом между этим уплотнением и подшипником 4 образуется полость 40, которая радиальными отверстиями 41, выполненными в валу 1, сообщается с задней полостью 31 внутри вала 1. Между шнеками 10 и 15 выполнена полость 42.A band 36 with seals 37 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 band so that reduce clutter of the tract at the entrance to the impeller 2, but inside the impeller 2 it is necessary to provide a cylindrical belt 38. The bearing 4 is closed on the rear side (relative to the inlet to the pump) with a seal 39, while between this seal and the bearing m 4, a cavity 40 is formed, which, with radial holes 41 made in the shaft 1, communicates with the rear cavity 31 inside the shaft 1. A cavity 42 is made between the screws 10 and 15.

При включении привода (не показан) раскручивается вал 1 с крыльчаткой 2. Внутри крыльчатки 2 и на выходе из нее, 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 40, радиальные отверстия 41, заднюю полость 31, отверстие 33 (жиклер 34), сопловой аппарат 14 первой гидротурбины, переднюю полость 29 и рабочее колесо 13 первой гидротурбины. Внутренний вал 8 раскручивается. Потом поток перекачиваемого продукта (утечки) проходит через сопловой аппарат 17 второй гидротурбины и рабочее колесо 16 второй гидротурбины, а потом по отверстиям 28 поступает в крыльчатку 2 насоса. При этом раскручивается рабочее колесо 16 второй гидротурбины и промежуточный вал 6 со вторым шнеком 15. Шнеки и 10 и 15 значительно повышают давление на входе в крыльчатку 2, тем самым предотвращая кавитацию на ее 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 12, 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 крыльчатку 2 отсутствует. С учетом того, что первый шнек 10 вращается в 3…10 раз медленнее, чем крыльчатка 2, на его входе кавитация исключена. Второй шнек 15 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 26, используются для смазки подшипника 4 и для привода двух гидротурбин, 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 крыльчатки, после ее входа, и эти утечки несмотря на относительно высокую температуру не вызывают ухудшение кавитационных свойств насоса в целом.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 23, the pressure of the pumped product increases, and its part (5% ... 7%) through the rear seal 26 enters the discharge cavity 27 and then passes sequentially the bearing 4, cavity 40, radial holes 41, rear cavity 31, hole 33 (jet 34), the nozzle apparatus 14 of the first hydraulic turbine, the front cavity 29 and the impeller 13 of the first hydraulic turbine. The inner shaft 8 is untwisted. Then the flow of the pumped product (leak) passes through the nozzle apparatus 17 of the second turbine and the impeller 16 of the second turbine, and then through the holes 28 enters the impeller 2 of the pump. In this case, the impeller 16 of the second hydraulic turbine and the intermediate shaft 6 with the second screw 15 are untwisted. The screws and 10 and 15 significantly increase the pressure at the inlet to the impeller 2, thereby preventing cavitation at its inlet. 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 12, 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 screws 10 and 15 and at the entrance to the impeller 2. Given that the first screw 10 rotates 3 ... 10 times slower than the impeller 2, cavitation is excluded at its entrance. The second screw 15 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, which passed through the rear seal 26, are used to lubricate the bearing 4 and to drive two hydraulic turbines, i.e. specifically the selection of the pumped product to drive the screws is not used. This favorably affects the efficiency of the pump. In addition, all leaks return through special openings into the impeller 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.

Кроме того, происходит автоматическое изменение режима работы первого шнека 10 и рабочего колеса 13 первой ступени гидротурбины на переходных режимах. Например, при резком увеличении частоты вращения первого шнека 10 давление в полости 42 повышается, и первый шнек 10 перемещается вперед (в сторону входа в насос (позиция R). При этом рабочее колесо 13 первой гидротурбины также перемещается в сторону входа в насос (фиг.3) и радиальный зазор δ увеличивается, при этом часть расхода перепускается мимо рабочего колеса первой ступени гидротурбины 13, ее мощность уменьшается, и частота вращения первого шнека 10 снижается, что предотвращает кавитацию на его входе.In addition, there is an automatic change in the operating mode of the first screw 10 and the impeller 13 of the first stage of the hydraulic turbine in transition modes. For example, with a sharp increase in the speed of the first screw 10, the pressure in the cavity 42 rises and the first screw 10 moves forward (towards the pump inlet (position R). The impeller 13 of the first hydraulic turbine also moves towards the pump inlet (FIG. 3) and the radial clearance δ increases, while part of the flow bypasses the impeller of the first stage of the hydraulic turbine 13, its power decreases, and the speed of the first screw 10 decreases, which prevents cavitation at its inlet.

Применение изобретения позволяет следующее:The application of the invention allows the following:

1. Значительно улучшить кавитационные свойства насоса за счет применения двух шнеков, уменьшения скоростей вращения шнеков и применения консольной схемы и автоматического регулирования режима работы первого шнека.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 and automatic control of the operating mode of the first auger.

2. Спроектировать насос очень большой мощности за счет повышения частоты вращения крыльчатки до предельно допустимых по прочности.2. Design a pump of very high power by increasing the 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 внутренний и промежуточный валы, т.к. осевые силы, создаваемые вторым шнеком и рабочим колесом второй гидротурбины, направлены в противоположные стороны, а с внутреннего вала осевая сила передается на промежуточный вал. Суммарно усилие от внутреннего и промежуточного валов передается на мощный подшипник.5. Relieve axial forces acting on the pump rotor and on the internal and intermediate shafts, as axial forces created by the second screw and impeller of the second turbine are directed in opposite directions, and axial force is transmitted from the internal shaft to the intermediate shaft. In total, the force from the inner and intermediate shafts is transmitted to a powerful bearing.

6. Полностью использовать утечки перекачиваемого продукта для смазки подшипника и привода двух гидротурбин и полностью предотвратить утечки перекачиваемого продукта в дренаж.6. Fully use the leakage of the pumped product to lubricate the bearing and drive of two hydraulic turbines and completely prevent the leakage of the pumped product into the drainage.

7. Увеличить КПД насоса за счет предотвращения утечек продукта в дренаж.7. Increase pump efficiency by preventing product leaks into the drain.

Claims

1. A screw centrifugal pump comprising housings, an 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 spring is installed between the ends of these shafts, 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, a rear conical nut with an impeller of the first hydraulic turbine is fixed on the opposite end of the inner shaft, and at the ends the second screw and the impeller of the second hydraulic turbine are installed on the shaft, the nozzle apparatus of the first hydraulic turbine is installed in the conical cavity inside the shaft, and the second hydraulic turbine is installed in the cavity inside the hub, through holes are made in the hub connecting the impeller cavity with the cavity in the hub, three cavities are made inside the shaft , separated by a baffle with a hole, while the rear shaft cavity communicates with the cavity between the bearing and the seal.

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