ГЕРМЕТИЧНЫЙ ЭЛЕКТРОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 1999 года по МПК F04D13/06 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано 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, установленный в нем электродвигатель со смонтированным на его валу рабочим колесом (Малюшенко В.В. "Динамические насосы", М. , "Машиностроение", 1984, рис. 122 на листе 49, стр. 71). Недостатком этого устройства является значительная осевая сила, которая, воздействуя на подшипник электродвигателя, значительно снижает ресурс ЭНА.

Этого недостатка лишен ЭНА, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, установленные в нем электродвигатель и рабочие колеса, смонтированные на валу электродвигателя, при этом входной и выходной штуцеры соответственно сообщены с входной и выходной полостями (Малюшенко В.В. "Динамические насосы", М. , "Машиностроение", 1984, рис. 123 на листе 49, стр. 71), выбранный в качестве прототипа. Вал выступает с каждого торца электродвигателя, и рабочие колеса установлены на каждом из концов вала. Симметричное расположение рабочих колес позволяет взаимно уравновесить осевые силы, воздействующие на колеса. Подшипники вала электродвигателя смазываются перекачиваемой жидкостью. Выходы и входы рабочих колес, установленных на каждом из концов вала, соответственно объединены между собой (объединение входов на иллюстрации показано за границей изображенного фрагмента ЭНА, в системе, куда он подключен), образуя входную и выходную полости.

Недостатком такого ЭНА является невозможность проведения автономных испытаний ЭНА, неподключенного к заправленной гидросистеме, в которой он используется, т. к. подшипники вала электродвигателя, не смазывающиеся перекачиваемой жидкостью, могут выйти из строя из-за перегрева. Нормальная работа подшипников обеспечивается только при полном заполнении внутренних полостей ЭНА перекачиваемой жидкостью, что может быть достигнуто только после монтажа и заправки гидросистемы. В авиационной и ракетной технике заправка гидросистем является сложной операцией, которую проводят после окончательного монтажа гидросистемы. Обнаружение какой-либо неисправности ЭНА после заправки гидросистемы ведет к необходимости слива жидкости из гидросистемы, замене ЭНА и повторению всего цикла работ, что существенно увеличивает время изготовления изделия. В случае же проверок ЭНА не автономно, а с использованием какой-либо технологической гидроустановки такая проверка может отрицательно сказаться на качестве работоспособного ЭНА после завершения проверки, т.к. перекачиваемая жидкость после завершения испытаний ЭНА не может быть полностью удалена из него из-за наличия капиллярных зазоров в его конструкции, например в подшипниках скольжения. В процессе дальнейшего хранения эта жидкость может способствовать коррозии соприкасающихся поверхностей ЭНА либо образовывать осадок после высыхания, что может вызвать заклинивание вала электродвигателя, особенно при малой мощности ЭНА, что, в свою очередь, может привести к перегреву и разрушению обмоток электродвигателя. Даже в случае использования ЭНА, ротор электродвигателя которого установлен на подшипниках качения (см., например, Малюшенко В.В. "Динамические насосы", М., "Машиностроение", 1984, рис. 127 на листе 50, стр. 72), автономная проверка его может быть осуществлена либо посредством включения ЭНА без рабочей жидкости (при этом подшипники ротора работают на своей смазке), что не дает полной информации о характере работы ЭНА, либо включением его на технологической гидроустановке, заполненной рабочей жидкостью. Однако в последнем случае также возможна коррозия подшипников при высыхании рабочей жидкости, т. к. собственная смазка подшипников вымывается рабочей жидкостью в процессе испытаний.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является обеспечение возможности проведения автономных испытаний работоспособности ЭНА на любом этапе его жизненного цикла.

Этот результат достигается за счет того, что в известном герметичном ЭНА, содержащем корпус с входным и выходным штуцерами, установленные в нем электродвигатель и рабочие колеса, связанные с валом электродвигателя, при этом входной и выходной штуцеры соответственно связаны с входной и выходной полостями, согласно изобретению, между входной и выходной полостями установлен нормально открытый регулируемый дроссель, при этом между входной полостью и входным штуцером и между выходной полостью и выходным штуцером соответственно установлены нормально закрытые краны, а также в него введен термокомпенсатор, гидравлическая полость которого сообщена с внутренней полостью электронасосного агрегата в любом месте между входной и выходной полостями, причем весь внутренний объем электронасосного агрегата между входной и выходной полостями заполнен рабочей жидкостью. Признаки "между входной полостью и входным штуцером и между выходной полостью и выходным штуцером соответственно установлены нормально закрытые краны" и "весь внутренний объем электронасосного агрегата между входной и выходной полостями заполнен рабочей жидкостью" позволяют обеспечить возможность проведения автономных испытаний ЭНА при обеспечении штатных условий функционирования подшипников. Признак "между входной и выходной полостями установлен нормально открытый регулируемый дроссель" позволяет, наряду с уже упомянутыми, обеспечить устойчивую работу ЭНА при испытаниях без возникновения помпажа (см. Черкасский В. М. "Насосы. Вентиляторы. Компрессоры", М., "Энергия", 1977. стр. 119, разд. 3-14.). Признак "в него введен термокомпенсатор, гидравлическая полость которого сообщена с внутренней полостью электронасосного агрегата в любом месте между входной и выходной полостями" необходим для обеспечения нормального функционирования ЭНА при колебаниях температуры, без него ЭНА может быть разрушен при тепловом расширении жидкости. Так как заявленная совокупность существенных признаков устройства позволяет получить указанный технический результат, то заявленное устройство соответствует критерию "изобретательский уровень"
На чертеже приведен пример конкретного выполнения герметичного ЭНА, продольный разрез.

ЭНА содержит электродвигатель 1 с валом 2, выступающим с каждого торца электродвигателя, рабочие колеса 3 и 4, установленные на каждом из концов вала 2, и два фланца 5 и 6, присоединенные к торцам электродвигателя 1. Во фланцах 5 и 6 выполнены центральные расточки 7 для размещения рабочих колес. В каждом из фланцев 5 и 6 дополнительно выполнены по две аксиальных расточки 8, 9 и 10, 11 и по два канала 12, 13 и 14, 15. Аксиальные расточки 8 и 10 соединены через каналы 12 и 14 с входами колес 3 и 4, а расточки 9 и 11 через каналы 13, 15 - с выходами рабочих колес. Аксиальные расточки 8 и 10 посредством трубопровода 16 соединены друг с другом, а расточки 9 и 11 соединены посредством трубопровода 17. Фланец 5 снабжен установленными на нем нормально закрытыми кранами 18 и 19, на корпусах которых размещены входной 20 и выходной 21 штуцеры. Фланцы 5 и 6, краны 18 и 19, входной 20 и выходной 21 штуцеры и трубопроводы 16 и 17 вместе образуют сборный корпус 22. ЭНА снабжен фильтром 23. Электрический соединитель 24, на который выведены провода обмоток электродвигателя 1, размещен на его корпусе. Во фланцах 5 и 6 перед входами колес 3 и 4 выполнены камеры 25. В ЭНА образована входная полость 26, состоящая из камер 25, каналов 12 и 14, аксиальных расточек 8 и 10 трубопровода 16, а также выходная полость 27, состоящая из каналов 13 и 15, расточек 9 и 11 и трубопровода 17. Входной 20 и выходной 21 штуцеры соответственно связаны с входной 26 и выходной 27 полостями через краны 18 и 19. Кран 18 установлен между входной полостью 26 и входным штуцером 20, а кран 19 установлен между выходной полостью 27 и выходным штуцером 21. Между входной 26 и выходной 27 полостями установлен нормально открытый регулируемый дроссель 28. В ЭНА установлен термокомпенсатор 29, гидравлическая полость которого сообщена с внутренней полостью ЭНА - в данном примере конкретного выполнения с входной полостью 26. Вся внутренняя полость ЭНА (пространство между кранами 18 и 19) заполнена рабочей жидкостью.

Электронасосный агрегат работает следующим образом: при вращении вала 2 электродвигателя 1 его вращение передается на колеса 3 и 4. Рабочая жидкость циркулирует через трубопровод 16, расточки 8 и 10, каналы 12 и 14 и камеры 25 на входы рабочих колес 3 и 4, под действием лопаток которых поступает в центральные расточки 7. Из них жидкость через каналы 13, 15 поступает в расточки 9, 11 и трубопровод 17, откуда через нормально открытый регулируемый дроссель 28 поступает в камеру 25, и далее цикл повторяется снова. О работоспособности ЭНА судят по величине тока в обмотках электродвигателя 1 и скорости его вращения (при наличии в электродвигателе тахогенератора). Нормально закрытые краны 18 и 19 обеспечивают герметизацию внутренней полости ЭНА от штуцеров 20 и 21 и постоянное наличие рабочей жидкости в ней. В случае колебаний температуры ЭНА термокомпенсатор 29 обеспечивает компенсацию температурного расширения или сжатия жидкости и предотвращает разрушение корпуса ЭНА давлением рабочей жидкости. Нормально открытый регулируемый дроссель 28 позволяет организовать течение рабочей жидкости из выходной полости 27 во входную полость 26. При использовании заявленной конструкции без этого дросселя включение ЭНА было бы возможным, но расход, создаваемый таким ЭНА, был бы весьма мал (т.к. весь расход определялся бы утечками по боковым зазорам между колесами 3 и 4 и стенками расточек 7), что приводило бы к помпажу и неустойчивой работе ЭНА (см. Черкасский В.М. "Насосы. Вентиляторы. Компрессоры". М, "Энергия", 1977, стр. 119, разд. 3-14.). Дроссель 28 позволяет обеспечить устойчивую работу ЭНА при испытаниях без возникновения помпажа. В данном примере рабочие колеса 3 и 4 установлены непосредственно на валу 2 электродвигателя, однако это не является необходимым. Например, возможна установка колес на собственном валу, связанном с валом электродвигателя через муфту или редуктор, поэтому в формуле изобретения приведен обобщающий признак "рабочие колеса, связанные с валом электродвигателя". Т к. в прототипе входной и выходной штуцеры непосредственно сообщены с входной и выходной полостями, а в заявленном ЭНА они связаны с указанными полостями через краны, то в формуле использован обобщающий признак "входной и выходной штуцеры соответственно связаны с входной и выходной полостями". Выше описана работа ЭНА, не подключенного к какой-либо гидросистеме, в автономном режиме. Таким образом обеспечивается проверка функционирования ЭНА в процессе его длительного хранения, при периодических испытаниях, а также проверка ЭНА перед его подключением к гидросистеме и ее заправкой рабочей жидкостью.

ЭНА после его подключения к гидросистеме и ее заправки работает следующим образом (при этом дроссель 28 переводят в полностью закрытое положение (его шток находится в положении, показанном пунктиром), а краны 18 и 19 открывают (их штоки находятся в положениях, показанных пунктиром): при вращении вала 2 электродвигателя 1 его вращение передается на колеса 3 и 4. Рабочая жидкость циркулирует из гидросистемы (на иллюстрации не показана) через входной штуцер 20, открытый кран 18 в трубопровод 16, расточки 8 и 10, каналы 12 и 14 и в камеры 25 на входы рабочих колес 3 и 4, под действием лопаток которых поступает в центральные расточки 7. Из них жидкость через каналы 13, 15 поступает в расточки 9, 11 и трубопровод 17, откуда через открытый кран 19 и выходной штуцер 21 поступает в гидросистему. После прохода жидкости через гидросистему цикл повторяется снова. Т.к. дроссель 28 полностью закрыт, то иной путь течения жидкости из полости 27 в полость 26 перекрыт (кроме утечек по боковым зазорам между колесами 3 и 4 и стенками расточек 7, что характерно для любого центробежного насоса).

В результате использования изобретения обеспечивается возможность проведения автономных испытаний работоспособности ЭНА на любом этапе его жизненного цикла, что позволяет свести к минимуму время сборки изделия.

Изобретение может быть использовано в системах терморегулирования изделий авиационной и ракетной техники, а также в других областях техники. Герметичный электронасосный агрегат содержит корпус с входным и выходным штуцерами, установленные в нем электродвигатель и рабочие колеса, связанные с валом электродвигателя. Входной и выходной штуцеры соответственно связаны с входной и выходной полостями. Между входной и выходной полостями установлен нормально открытый регулируемый дроссель, при этом между входной полостью и входным штуцером и между выходной полостью и выходным штуцером соответственно установлены нормально закрытые краны. В него введен термокомпенсатор, сообщенный с внутренней полостью электронасосного агрегата, и весь внутренний объем электронасосного агрегата заполнен рабочей жидкостью. Изобретение позволяет проводить автономные испытания работоспособности агрегата на любом этапе его жизненного цикла. 1 ил.

Герметичный электронасосный агрегат, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, установленные в нем электродвигатель и рабочие колеса, связанные с валом электродвигателя, при этом входной и выходной штуцеры соответственно связаны с входной и выходной полостями, отличающийся тем, что между входной и выходной полостями установлен нормально открытый регулируемый дроссель, при этом между входной полостью и входным штуцером и между выходной полостью и выходным штуцером соответственно установлены нормально закрытые краны, а также в него введен термокомпенсатор, гидравлическая полость которого сообщена с внутренней полостью электронасосного агрегата в любом месте между входной и выходной полостями, причем весь внутренний объем электронасосного агрегата между входной и выходной полостями заполнен рабочей жидкостью.