ГЕРМЕТИЧНЫЙ ЭЛЕКТРОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ И СПОСОБ ЕГО СБОРКИ Российский патент 1998 года по МПК F04D13/06 F04D29/62 

Изобретения относятся к машиностроению и могут быть использованы в системах терморегулирования изделий авиационной и ракетной техники, а также в других областях техники.

Известен герметичный электронасосный агрегат (ЭНА), содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, на котором жестко закреплены электродвигатель и втулки с расточками, в которых установлены рабочие колеса, размещенные на валу электродвигателя [1].

Известен также способ сборки электронасосного агрегата, включающий установку электродвигателя в корпус с его фиксацией по отношению к ней и установку рабочих колес и втулок внутри корпуса [1].

Недостатком этих устройства и способа являются невзаимозаменяемость и неремонтопригодность на борту космического летательного аппарата (КЛА).

Этого недостатка лишен герметичный ЭНА, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами и установленную в нем обойму, на которой жестко закреплен электродвигатель, а внутри обоймы размещены втулки с расточками, в которых установлены рабочие колеса, связанные с валом электродвигателя [2], выбранный в качестве прототипа. Между посадочной цилиндрической поверхностью электродвигателя и внутренней поверхностью обоймы размещено радиальное уплотнение. Выполнение обоймы, втулок и электродвигателя с рабочими колесами в виде единого блока позволяет обеспечить взаимозаменяемость и ремонтопригодность на борту КЛА.

Указанного недостатка лишен способ сборки ЭНА, выбранный в качестве прототипа, включающий установку электродвигателя в обойму с его фиксацией по отношению к ней, установку рабочих колес и втулок внутри обоймы, присоединенные обоймы с электродвигателем к корпусу, а также присоединение к корпусу герметичного кожуха [2].

Недостатком этого герметичного ЭНА и способа его сборки являются излишняя сложность конструкции ЭНА (так как имеются три фланцевых винтовых соединения: электродвигателя с обоймой, обоймы с корпусом и кожуха с корпусом) и низкая технологичность способа сборки: помимо необходимости выполнения указанных винтовых соединений способ ограничивает число сборок - разборок электродвигателя с обоймой и корпуса с обоймой из-за износа резьбовых отверстий корпуса и обоймы (особенно для ЭНА, используемых в изделиях авиационной и ракетной техники, где из-за жестких требований к массе агрегатов эти детали выполняются из алюминиевых сплавов, обладающих невысокими прочностными характеристиками).

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленных изобретений, является упрощение конструкции ЭНА и повышение технологичности способа его сборки.

Этот результат достигается за счет того, что в герметичном электронасосном агрегате, содержащем корпус с входным и выходным штуцерами и установленную в нем обойму, на которой жестко закреплен электродвигатель, внутри обоймы размещены втулки с расточками, в которых установлены рабочие колеса, связанные с валом электродвигателя, и герметизирующий полость статора электродвигателя кожух, при этом между посадочной цилиндрической поверхностью электродвигателя и внутренней поверхностью обоймы размещено радиальное уплотнение, а корпус соединен с кожухом посредством крепежных деталей, согласно изобретению электродвигатель выполнен в герметичном исполнении, фланец электродвигателя размещен между торцом обоймы и упором, выполненным на кожухе, в одном из элементов пары обойма-кожух выполнена расточка диаметром, большим или равным диаметру фланца электродвигателя, а на другом - входящий в нее кольцевой выступ, при этом между контактирующими цилиндрическими поверхностями расточки и выступа размещено радиальное уплотнение. Этот результат достигается за счет того, что в способе сборки электронасосного агрегата, включающем установку электродвигателя в обойму с его фиксацией по отношению к ней, установку рабочих колес и втулок внутри обоймы, присоединение обоймы с электродвигателем к корпусу, а также присоединение к корпусу герметичного кожуха, согласно изобретению фиксацию электродвигателя к обойме производят путем помещения электродвигателя и обоймы в герметизирующий кожух, монтажа уплотнений между обоймой и кожухом, а также между обоймой и электродвигателем, после чего в полости, ограниченной герметизирующим кожухом, обоймой и электродвигателем, создают разрежение и производят ее герметизацию, затем производят установку рабочих колес и втулок внутри обоймы, присоединение обоймы к корпусу и окончательную фиксацию корпуса, обоймы и герметизирующего кожуха крепежными деталями, стягивающими корпус с кожухом, при этом разрежение, создаваемое в полости,

где
P_атм - величина атмосферного давления;
P_пол - величина давления в полости на момент ее герметизации;
F - минимально допустимое усилие поджатия электродвигателя к обойме;
D - диаметр расточки,
d - диаметр посадочной цилиндрической поверхности электродвигателя.

Поскольку заявленное в формуле изобретения устройство не может быть собрано посредством какого-либо другого, кроме указанного, способа и так как заявленный способ позволяет получить технический результат лишь при сборке ЭНА, удовлетворяющего заявленной формуле устройства, то очевидно, что в заявке описана группа изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом. Так как заявленные совокупности существенных признаков устройства и способа позволяют устранить резьбовые соединения фланца электродвигателя с обоймой, а также корпуса с обоймой и вследствие этого получить указанный технический результат, то заявленные устройство и способ соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения герметичного электронасосного агрегата, продольный разрез; на фиг. 2,3 показаны операции способа его сборки.

Герметичный электронасосный агрегат содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 штуцерами и установленную в нем обойму 4, на которой размещен электродвигатель 5, диаметр посадочной цилиндрической поверхности которого обозначен d. Внутри обоймы 4 размещены втулки 6 и 7 с расточками, в которых установлены рабочие колеса 8 и 9, установленные на валу электродвигателя 5. Между втулками 6 и 7 размещена проставка 10. Втулки 6 и 7 и проставка 10 поджимаются к торцу электродвигателя 5 гайкой 11. На наружной поверхности обоймы 4 выполнен переводной канал 12, соединяющий выход колеса 8 с входом колеса 9. К корпусу 1 посредством винтов 13 присоединен герметизирующий полость статора электродвигателя 5 кожух 14. Между посадочной цилиндрической поверхностью электродвигателя 5 и внутренней поверхностью обоймы 4 размещено радиальное уплотнение 15. Электродвигатель 5 выполнен в герметичном исполнении, фланец электродвигателя 5 размещен между торцом обоймы 4 и упором 16, выполненным на кожухе 14. В кожухе 14 выполнена расточка 17 с диаметром D, большим диаметра фланца электродвигателя, а на обойме 4 - входящий в расточку 17 кольцевой выступ 18, при этом между контактирующими цилиндрическими поверхностями расточки и выступа размещено радиальное уплотнение 19. На кожухе 14 размещен электрический соединитель 20 выводов электродвигателя 5, герметизированный уплотнительным кольцом 21. В корпусе 1 размещено также уплотнительное кольцо 22, герметизирующее стык между корпусом 1 и обоймой 4.

Способ сборки элеткронасосного агрегата осуществляют следующим образом. Производят установку электродвигателя 5 в обойму 4 с его фиксацией по отношению к ней, для чего герметизирующий кожух 14 с установленным на нем соединителем 20 устанавливают в монтажном приспособлении, которое представляет собой герметичный стакан 23 с герметично закрывающей его крышкой 24. Электродвигатель 5 размещают так, что его фланец оперт на упор 16 кожуха 14. В центральное отверстие крышки 24 вставляют уплотненный по этому отверстию технологический шток 25, на котором устанавливают обойму 4 с установленными радиальными уплотнениями 15 и 19. После этого крышкой 24 закрывают стакан 23 и через штуцер 26 стакана 23 и магистраль 27 производят откачку воздуха из монтажного приспособления до достижения внутри него разрежения

где
P_атм - величина атмосферного давления;
P_пол - величина давления в полости на момент ее герметизации;
F - минимально допустимое усилие поджатия электродвигателя к обойме.

Давление внутри приспособления контролируют по манометру 28. При достижении заданного давления P_пол вентиль 29 магистрали 27 закрывают. В этом положении шток 25 с установленной на нем обоймой 4 перемещают вниз до упора обоймы 4 во фланец электродвигателя 5. Таким образом, между обоймой 4, электродвигателем 5 (выполненным, как указано выше, в герметичном исполнении) и кожухом 14 образована изолированная полость 30, давление воздуха в которой равно P_пол . Затем магистраль 27 отсоединяют от насоса, которым откачивали воздух из монтажного приспособления ( на иллюстрациях не показан), и открывают вентиль 29, выравнивая, таким образом, давление внутри приспособления с атмосферным. После этого снимают крышку 24 со стакана 23 и отсоединяют технологический шок 25 от обоймы 4. В результате выполнения вышеописанных операций процесса сборки получают сборочную единицу обойма 4 - электродвигатель 5 - кожух 14 (с установленными в ней уплотнениями 15, 19, 21 и соединителем 20), в которой обойма 4 и электродвигатель 5 поджаты к кожуху 14 силой атмосферного давления. Нетрудно подсчитать величину этого усилия.

Рассмотрев условие равновесия кожуха 14, видим, что разность давлений Δ=(P_атм-P_пол), воздействующая на участок кожуха, находящийся внутри диаметра D, численно равна произведению разности давлений на площадь круга диаметром D и уравновешивается осевой реакцией со стороны фланца электродвигателя F _кож:

Рассмотрев условие равновесия обоймы 4, видим, что разность давлений Δ=(P_атм- P_пол), воздействующая на кольцевой участок обоймы, находящийся внутри диаметра D и снаружи диаметра d, численно равна произведению разности давлений на площадь кольца, ограниченного диаметрами D и d, и уравновешивается осевой реакцией со стороны фланца электродвигателя F_оп:

Рассмотрим для примера величину этих усилий при следующих условиях: d=75 мм; D=90 мм; P_пол =0,5, P_атм=0,5 кгс/см².

Подставив в (1) и (2) эти величины, получим F _кож = 31,8 кгс, F_оп =9,7 кгс. Меньшая из этих величин, F_оп, определяет максимально допустимое значение осевых усилий F, прикладываемых при дальнейшей сборке ЭНА, обеспечивающее неизменное взаимное положение деталей ЭНА до момента окончательной фиксации деталей ЭНА винтами 13. Исходя из условия F_оп= F и получено входящее в формулу изобретения математическое выражение.

Следующей операцией является установка в обойму 4 втулок 6 и 7 с расточками, рабочих колес 8 и 9, проставки 10 и фиксация этих деталей затяжкой гайки 11 (см. фиг. 3). При этом осевая фиксация электродвигателя 5 к обойме 4 обеспечивается усилием F_оп, поэтому максимальные силовые воздействия в осевом направлении при сборке не должны превосходить этой величины (в противном случае возможна ошибка при фиксации осевого положения рабочих колес 8 и 9, что может привести в процессе эксплуатации к касанию колесами стенок втулок 6 и 7 и проставки 10, а последнее может вызвать отказ гидросистемы, в которую входит ЭНА). Поэтому необходимо вести контроль осевых усилий при сборке, в частности гайку 11 затягивают моментным ключом, что позволяет обеспечить гарантированное превышение усилия F_оп над величиной усилия поджатия гайки 11. После завершения вышеуказанной операции производят присоединение обоймы 4 к корпусу 1 с постановкой уплотнительного кольца 22 и окончательную фиксацию корпуса 1, обоймы 4 и герметизирующего кожуха 14 винтами 13, стягивающими корпус 1 с кожухом 14, что показано на фиг 1. Надо отметить, что описанный пример конкретного выполнения способа сборки ЭНА не является единственно возможным. Аналогичного результата можно достичь и без использования монтажного приспособления, за счет выполнения заправочного клапана на кожухе 14, через который затем создают разрежение в полости 30, однако вышеописанный способ является, по мнению автора, наиболее технологичным и позволяет максимально удешевить конструкцию ЭНА.

ЭНА работает следующим образом. При включении электродвигателя 5 он вращает колеса 8 и 9. Жидкость через входной штуцер 2 поступает на периферию колеса 8, затем через отверстия, выполненные во втулке 6 и на обойме 4, поступает в переводной канал 12, соединяющий выход колеса 8 с входом колеса 9, и далее на периферию колеса 9, и через отверстия, выполненные во втулке 7 и на обойме 4, - в штуцер 3. Электродвигатель 5 зафиксирован от осевых перемещений, т.к. его фланец зажат между торцем обоймы 4 и упором 16, выполненным на кожухе 14, а кожух поджат к обойме винтами 13 (усилие поджатия передается через корпус 1). Таким образом, в результате использования изобретения количество стяжных фланцевых соединений в конструкции ЭНА сведено к минимально возможному - все детали ЭНА зафиксированы неизменно в осевом направлении относительно друг друга только одним фланцевым соединением с использованием винтов 13, что существенно упрощает и облегчает конструкцию ЭНА. Снижение массы и габаритов особенно ценно для изделий космической техники.

Изобретения могут быть использованы в авиационной и космической технике, а также в других областях техники. Электродвигатель агрегата выполнен в герметичном исполнении, фланец электродвигателя размещен между торцом обоймы, размещенной в корпусе, и упором, выполненным на кожухе, герметизирующем полость статора электродвигателя. В одном из элементов пары обойма-кожух выполнена расточка диаметром, большим или равным диаметру фланца электродвигателя, а на другом - входящий в нее кольцевой выступ, при этом между контактирующими цилиндрическими поверхностями расточки и выступа размещено радиальное уплотнение. Способ сборки электронасосного агрегата включает установку электродвигателя в обойму с его фиксацией по отношению к ней, установку рабочих колес и втулок внутри обоймы, присоединение обоймы с электродвигателем к корпусу, а также присоединение к корпусу герметичного кожуха. Фиксацию электродвигателя к обойме производят путем помещения электродвигателя и обоймы в герметизирующий кожух, монтажа уплотнений между обоймой и кожухом, а также между обоймой и электродвигателем, после чего в полости, ограниченной герметизирующим кожухом, обоймой и электродвигателем, создают разрежение и производят ее герметизацию, затем производят установку рабочих колес и втулок внутри обоймы, присоединение обоймы к корпусу и окончательную фиксацию корпуса, обоймы и герметизирующего кожуха крепежными деталями, стягивающими корпус с кожухом. Использование изобретений позволит упростить конструкцию электронасосного агрегата и повысить технологичность его сборки. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Герметичный электронасосный агрегат, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами и установленную в нем обойму, на которой жестко закреплен электродвигатель, внутри обоймы размещены втулки с расточками, в которых установлены рабочие колеса, связанные с валом электродвигателя, и герметизирующий полость статора электродвигателя кожух, при этом между посадочной цилиндрической поверхностью электродвигателя и внутренней поверхностью обоймы размещено радиальное уплотнение, а корпус соединен с кожухом посредством крепежных деталей, отличающийся тем, что электродвигатель выполнен в герметичном исполнении, фланец электродвигателя размещен между торцом обоймы и упором, выполненным на кожухе, в одном из элементов пары обойма - кожух выполнена расточка с диаметром, большим или равным диаметру фланца электродвигателя, а на другом - входящий в нее кольцевой выступ, при этом между контактирующими цилиндрическими поверхностями расточки и выступа размещено радиальное уплотнение. 2. Способ сборки электронасосного агрегата, включающий установку электродвигателя в обойму с его фиксацией по отношению к ней, установку рабочих колес и втулок внутри обоймы, присоединение обоймы с электродвигателем к корпусу, а также присоединение к корпусу герметичного кожуха, отличающийся тем, что фиксацию электродвигателя к обойме производят путем помещения электродвигателя и обоймы в герметизирующий кожух, монтажа уплотнений между обоймой и кожухом, а также между обоймой и электродвигателем, после чего в полости, ограниченной герметизирующим кожухом, обоймой и электродвигателем, создают разрежение и производят ее герметизацию, затем производят установку рабочих колес и втулок внутри обоймы, присоединение обоймы к корпусу и окончательную фиксацию корпуса, обоймы и герметизирующего кожуха крепежными деталями, стягивающими корпус с кожухом, при этом разрежение, создаваемое в полости

где P_атм - величина атмосферного давления;
P_пол - величина давления в полости на момент ее герметизации;
F - минимально допустимое усилие поджатия электродвигателя к обойме;
D - диаметр расточки;
d - диаметр посадочной цилиндрической поверхности электродвигателя.