Результат интеллектуальной деятельности: ТУРБОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ

Изобретение относится к конструкции бесконтактных уплотнений по валу высокооборотных турбонасосных агрегатов (ТНА) и может быть использовано в специальном энергомашиностроении, например для ракетной техники.

Для обеспечения надежной работы ТНА уплотнение между насосом и турбиной должно обеспечить герметичность по газу, т.е. обеспечить отсутствие протравок газа в полость насоса, чтобы исключить кавитационный срыв работы насоса, а также обеспечить минимальные утечки жидкости через уплотнение, чтобы не понижать КПД насоса.

Для обеспечения перечисленных условий в насосе производится настройка гидравлических линий, обеспечивающая необходимое давление в полости уплотнения.

Конструкции уплотнений, обеспечивающие настройку необходимого давления в полости уплотнения, широко описаны в технической литературе (см. например, «Малорасходные насосы авиационных и космических систем», авторы М.В.Краев, В.А.Лукин, Б.В.Овсянников; М.: Машиностроение, 1985 г., стр.90, рис.6.1, стр.93, рис.6.8, рис.6.9 и рис.6.10, патент РФ №2175407).

На всех перечисленных рисунках, кроме рис.6.9, настройка давления в полости уплотнения производится за счет подбора сопротивления магистрали сброса утечек через щелевые уплотнения центробежного колеса на вход в насос. Такая настройка давления в полости уплотнения применяется при сравнительно низких давлениях газа в полости турбины и практически не влияет на коэффициент полезного действия (КПД) насоса. На рисунке 6.9 этой же книги показана конструкция уплотнения при более высоком давлении газа в полости турбины, которая взята за прототип изобретения.

Настройка давления в полости уплотнения производится настройкой гидравлического тракта дросселем, установленным на трубопроводе, соединяющем полость уплотнения с выходом насоса. После щели жидкость поступает на вход в центробежное колесо.

Такая конструкция узла уплотнения ТНА характеризуется отбором жидкости высокого давления после насоса с последующим дросселированием на дросселе, что приводит к снижению КПД насоса, в конструкции имеются выносные элементы - дроссель и перепускной трубопровод.

Заявляемое изобретение направлено на повышение КПД насоса, упрощение конструкции и повышение надежности ТНА.

Для достижения этого результата в турбонасосных агрегатах, где соотношение давления в полости турбины, параметр Р_т, и давления за насосом, параметр Р₂, меньше 0,65, т.е , отбор жидкости для подачи ее в полость уплотнения производится не после насоса, а из полости рабочего центробежного колеса на высоте наружного диаметра колеса.

Для этого в турбонасосном агрегате, включающем газовую турбину, центробежный насос и разделительное устройство между ними, содержащее уплотнение между турбиной и насосом по валу, щелевое уплотнение по валу, отделяющее полость уплотнения от полости утечек на вход в центробежное колесо, в отличие от известных конструкций полость уплотнения между турбиной и насосом по валу до щелевого уплотнения сообщена с полостью центробежного колеса диффузорными винтовыми каналами, выполненными в разделительном устройстве на высоте наружного диаметра колеса.

При таком исполнении перепад давлений, срабатываемый на узле уплотнения ТНА, минимальный, что повышает КПД насоса, из конструкции ТНА исключаются выносные элементы для подачи запирающей жидкости в уплотнение.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 дан продольный разрез ТНА по изобретению, на фиг.2 дан выносной элемент А, на фиг.3 показан вид по стрелке Б (развертка).

ТНА включает в себя: газовую турбину 1, центробежный насос 2, разделительное устройство между ними 3, содержащее уплотнение между турбиной и колесом 4 по валу 5, щелевое уплотнение 6 по валу 5, отделяющее полость 7 уплотнения 4 от полости 8 сброса утечек на вход 9 в центробежное колесо по каналу 10, и щелевое уплотнение 11 центробежного колеса 2. В отличие от известных решений полость 7 уплотнения 4 соединена диффузорными винтовыми каналами 12 с полостью 13 центробежного колеса насоса 2 на высоте наружного диаметра Д_нар колеса.

Каналы 12 выполнены в разделительном устройстве 3 агрегата.

При работе агрегата турбина 1 вращает колесо насоса 2, который обеспечивает подачу жидкости к потребителям. Жидкость из полости 13 колеса насоса 2 по каналам 12 поступает в полость 7 уплотнения 4 и обеспечивает разделение полостей турбины 1 и насоса 2.

Утечки жидкости через щелевое уплотнение 6 по валу 5 и щелевое уплотнение 11 поступают в полость 8 и далее по каналу 10 на вход 9 колеса насоса 2. Выполнение каналов 12 диффузорными и по винтовым линиям позволяет реализовать кроме статической составляющей также и динамический напор потока жидкости на периферии колеса насоса.

Как видно из фиг.1, в конструкции ТНА в отличие от прототипа отсутствуют выносные элементы: виброзависимый трубопровод и дроссель. Отбор жидкости из полости 13 центробежного колеса насоса 2 на высоте наружного диаметра Д_нар колеса насоса обеспечивает минимальные потери давления на линии подвода жидкости в полость 7 уплотнения 4. Перечисленные отличия повышают КПД насоса и надежность ТНА.