Консольный центробежный насос
Полезная модель относится к гидравлическим машинам для перемещения жидкости и предназначена для повышения надежности, преимущественно, моноблочных центробежных насосов, работающих в системах с избыточным давлением на входе в насос. Задачей технического решения является обеспечение минимизации осевых сил, действующих на ротор, при сохранении максимальной простоты конструкции. Поставленная задача решается тем, что в консольном центробежном насосе, содержащем корпус, жестко соединенный с фланцем электродвигателя, на валу которого установлены уплотнение, герметизирующее вал относительно крышки корпуса, и двухпоясковое рабочее колесо с разгрузочными отверстиями, образующее с расточками корпуса и крышки корпуса переднее и заднее щелевые уплотнения, согласно полезной модели диаметр и площадь заднего щелевого уплотнения, число и диаметры разгрузочных отверстий выбраны из условия равенства осевых сил от давления жидкости, действующих на рабочее колесо и вал электродвигателя в рабочей точке.
Предложение относится к гидравлическим машинам для перемещения жидкости и предназначено для повышения надежности, преимущественно, моноблочных центробежных насосов, работающих в системах с избыточным давлением на входе в насос.
Он может быть использован в химической и пищевой промышленности, в системах охлаждения, водоснабжения и водоподготовки.
Известны консольные центробежные насосы, в которых гидравлические силы, действующие на рабочее колесо насоса, уравновешиваются в осевом направлении за счет введения в рабочее колесо заднего щелевого уплотнения и разгрузочных отверстий, соединяющих зону перед уплотнением с всасыванием. При этом гидравлическое сопротивление разгрузочных отверстий значительно ниже сопротивления заднего щелевого уплотнения, т.е. площадь сечения заднего щелевого уплотнения значительно (в 3-6 раз) меньше площади сечения разгрузочных отверстий. Такая конструкция описана, например, в кн. А.А.Ломакина 
Центробежные и осевые насосы
, М., Машиностроение, 1966, с.209, рис.122, б. Ее недостатком является невозможность уравновешивания осевой силы от действия на вал давления жидкости на входе в насос.
Наиболее близкой по вешаемой задаче и достигаемому техническому результату является консольный центробежный насос, описанный в авт. св. СССР 
580357, МПК F04D 29/10 от 15.09.1975 г. В этом насосе вал выведен через зону всасывания в полость, соединенную атмосферой и герметизированную относительно вала дополнительным контактным уплотнением. Это исключает возникновение осевых сил от давления на входе в насос. Недостатком этой конструкции является введение дополнительного уплотнения и удлинение вала, что повышает стоимость и снижает надежность насоса.
Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение минимизации осевых сил, действующих на ротор, при сохранении максимальной простота конструкции.
Поставленная задача решается тем, что диаметр и площадь проходного сечения заднего щелевого уплотнения, число и диаметры разгрузочных отверстий выбраны из условия равенства осевых сил от давления жидкости, действующих на рабочее колесо и вал электродвигателя в рабочей точке.
В случае равенства диаметров переднего и заднего щелевых уплотнений число и диаметры разгрузочных отверстий выбраны из условия следующего соотношения параметров в рабочей точке:
, где
Pу - давление перед уплотнением,
Pвх - давление на входе в насос,
dу - диаметр герметизируемого вала,
dз - диаметр заднего пояска рабочего колеса.
Сущность предложения поясняется чертежом, где показан разрез предлагаемого насоса.
Корпус насоса 1 жестко соединен с фланцем электродвигателя 2 проставком 3. На валу 4 электродвигателя 2 установлено уплотнение 5, герметизирующее его относительно крышки корпуса 6. Двухпоясковое рабочее колесо 7 установлено на валу 4 так, что его поясок 8 с расточкой 9 корпуса образует переднее щелевое уплотнение 10, а поясок 11 образует с расточкой 12 крышки корпуса 6 заднее щелевое уплотнение 13. Полость 14, образованная пояском 11 рабочего колеса 7 и крышкой корпуса 6 и валом 4, соединена с зоной всасывания несколькими разгрузочными отверстиями 15 диаметрами dp со всасыванием насоса, где имеется избыточное давление Pвх.
Работа конструкции заключается в следующем.
При вращении вала 4 установленное на нем рабочее колесо 7 создает в корпусе насоса требуемое давление. Основная часть жидкости подается через напорный патрубок (не показан) потребителю, но часть ее через заднее щелевое уплотнение 13 и разгрузочные отверстия 15 перетекает на всасывание. При этом в полости 14 создается давление Pу, величина которого определяется соотношением гидравлических сопротивлений заднего щелевого уплотнения 13 и разгрузочных отверстий 15, а осевая сила, направленная в сторону входа в насос, определяется давлением Pу и площадью части рабочего колеса 7 между валом и задним щелевым уплотнением. Ограничение изменения величин Pвх и Pу, связанное с изменением режима работы системы и рабочей точки насоса в большинстве случаев незначительно и практически не влияет на осевые силы.
В целом описанное техническое решение обеспечивает для случая эксплуатации насоса при работе с подпором разгрузку ротора от осевой силы, реализуется в простой и технологичной конструкции и повышает эксплуатационную эффективность насоса.
1. Консольный центробежный насос, содержащий корпус, жестко соединенный с фланцем электродвигателя, на валу которого установлены уплотнение, герметизирующее вал относительно крышки корпуса, и двухпоясковое рабочее колесо с разгрузочными отверстиями, образующее с расточками корпуса и крышки корпуса переднее и заднее щелевые уплотнения, отличающийся тем, что диаметр и площадь заднего щелевого уплотнения, число и диаметры разгрузочных отверстий выбраны из условия равенства осевых сил от давления жидкости, действующих на рабочее колесо и вал электродвигателя в рабочей точке.
2. Консольный центробежный насос по п.1, отличающийся тем, что диаметры переднего и заднего щелевых уплотнений выполнены одинаковыми, а число и диаметр разгрузочных отверстий выбраны из условия следующего соотношения параметров в рабочей точке:
,
где Pу - давление перед уплотнением;
Pвх - давление на входе в насос;
dу - диаметр герметизируемого вала;
dз - диаметр заднего пояска рабочего колеса.
