РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 2000 года по МПК F04D13/14 

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике и может быть использовано в системах терморегулирования изделий авиационной и ракетной техники, а также в других областях техники.

Известен резервированный электронасосный агрегат (ЭНА), содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, в котором установлены два центробежных электронасоса, при этом входные полости электронасосов сообщены с входным штуцером, а выходные полости сообщены с выходным штуцером через двусторонний обратный клапан, установленный между диффузорами электронасосов [1]. Недостатками этого ЭНА являются низкая технологичность конструкции ЭНА, так как размещение двустороннего обратного клапана требует применения сварочных операций, а также повышенный радиальный габарит, вызванный наличием протяженных конических диффузоров в каждом электронасосе. Другим недостатком является низкая степень резервирования, т.к. данная конструкция позволяет объединять в одном корпусе только два электронасоса, что является недостаточным для ЭНА долговременных космических объектов.

Последнего недостатка лишен выбранный в качестве прототипа резервированный ЭНА, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, установленные в нем n (в данном техническом решении n = 2) электронасосов, входные полости которых объединены с входным штуцером, а их выходные полости через обратные клапаны связаны с выходным штуцером [2]. В данной конструкции степень резервирования принципиально не ограничивается.

Недостатком этого ЭНА являются значительные габариты и масса, что является следствием наличия обратных клапанов в виде отдельных сборочных единиц, а также наличие общего корпуса наряду с корпусами электронасосов.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является снижение массы и габаритов.

Этот результат достигается за счет того, что в известном ЭНА, содержащем корпус с входным и выходным штуцерами, установленные в нем n (n = 2, 3 и т. д.) центробежных электронасосов, при этом входные полости электронасосов сообщены с входным штуцером, а выходные полости сообщены с выходным штуцером, согласно изобретению, каждый электронасос выполнен в виде цилиндрической обоймы, в которой установлен насосный блок и электродвигатель, диффузор насосного блока выполнен в виде канавки переменного сечения на наружной поверхности обоймы, при этом в корпусе выполнено n расточек для размещения обойм и n каналов, соединяющих отверстие выходного штуцера с диффузорами электронасосов, причем на наружной поверхности каждой из обойм выполнена дополнительная винтовая канавка, один конец которой выполнен глухим, а другой - выходящим в канавку диффузора, в винтовой канавке размещен плунжер с поперечным сечением, равным поперечному сечению канавки, выполненный с возможностью перемещения вдоль канавки, в обойме со стороны диффузора выполнен упор для ограничения перемещения плунжера, а в полости между плунжером и глухим концом винтовой канавки размещена возвратная пружина сжатия, при этом полость между плунжером и глухим концом винтовой канавки сообщена с входной полостью, наружная цилиндрическая поверхность плунжера выполнена охватывающей сечение канала в месте его выхода на цилиндрическую поверхность расточки, причем минимальное расстояние H от края плунжера, противоположного пружине при положении плунжера на упоре до ближайшей к нему точки отверстия канала на цилиндрической поверхности расточки
0 ≤ H ≤ L - L_отв,
где L - величина хода плунжера,
L_отв - расстояние между краями отверстия канала,
при этом H, L и L_отв измерены по цилиндрической поверхности расточки в направлении перемещения плунжера, и в этом положении края плунжера размещены с противоположных сторон канала. В частных случаях выполнения дополнительная канавка может быть выполнена в виде участка кольцевой канавки или в виде канавки, параллельной оси обоймы. Так как заявленная совокупность существенных признаков устройства позволяет получить указанный технический результат (габариты ЭНА снижаются благодаря использованию для размещения плунжера и возвратной пружины имеющегося объема обоймы, при этом высвобождается пространство, занятое в прототипе обратными клапанами; выполнение электронасосов в виде цилиндрической обоймы, в которой установлены насосный блок и электродвигатель, и выполнение диффузора насосного блока в виде канавки переменного сечения на наружной поверхности обоймы позволяет сообщить расточки корпуса относительно коротким цилиндрическим каналом с выходным штуцером, что приводит к повышению технологичности ЭНА и снижению радиальных габаритов; выполнение электронасосов в виде цилиндрической обоймы, в которой установлены насосный блок и электродвигатель, и выполнение диффузора насосного блока в виде канавки переменного сечения на наружной поверхности обоймы известны в технике (см. , например, [3]), однако только в совокупности с сообщением расточек корпуса относительно короткими цилиндрическими каналами с выходным штуцером это приводит к снижению радиальных габаритов), то заявленное устройство соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения резервированного электронасосного агрегата, продольный разрез, на фиг. 2 и 3 - то же, поперечный разрез по рабочим колесам при неработающих центробежных насосах (фиг. 2) и при одном работающем и другом неработающем центробежных насосах (фиг. 3), на фиг. 4, 5, 6 - развертка наружной цилиндрической поверхности обоймы при различных вариантах выполнения дополнительной канавки.

Резервированный электронасосный агрегат содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 штуцерами, в котором установлены два центробежных электронасоса 4 и 5. Каждый из электронасосов 4 и 5 выполнен в виде цилиндрической обоймы 6, в которой установлены насосный блок 7 и электродвигатель 8. В данном примере конкретного выполнения насосный блок состоит из рабочего колеса 9, установленного на валу электродвигателя 8, однако в общем случае насосный блок может быть выполнен из нескольких последовательно соединенных между собой ступеней, что и объясняет использование в формуле изобретения обобщающего термина "насосный блок". Диффузор каждого насосного блока 7 выполнен в виде канавки 10 переменного сечения на наружной поверхности обоймы 6, при этом в корпусе 1 выполнены расточки 11 под каждую обойму 6 и цилиндрические каналы 12, соединяющие отверстие выходного штуцера 3 с диффузорами - канавками 10. Входной штуцер 2 сообщен с входными полостями 13 электронасосов 4 и 5 посредством каналов 14. Выходные полости 15 (конечные участки диффузоров - канавок 10) сообщены с выходным штуцером 3 посредством каналов 12. На наружной поверхности обоймы 6 выполнена дополнительная винтовая канавка 16. В винтовой канавке 16 размещен плунжер 17 с поперечным сечением, равным поперечному сечению канавки 16, выполненный с возможностью перемещения вдоль канавки. В обойме 6 со стороны диффузора 10 выполнен упор 18 (в виде штифта на фиг. 4 и 5 или в виде плоского торца канавки 16 на фиг. 6) для ограничения перемещения плунжера 17. Один конец 19 канавки 16 выполнен глухим, а другой - выходящим в канавку 10 диффузора, а в полости между плунжером 17 и глухим концом 19 винтовой канавки 16 размещена возвратная пружина сжатия 20. В обойме 6 выполнен спиральный отвод 21, выход которого сообщен с канавкой 10. Полость между плунжером 17 и глухим концом 19 винтовой канавки 16 сообщена с входным штуцером 2 посредством канавки 22, выполненной на наружной поверхности обоймы 6, а наружная цилиндрическая поверхность плунжера 17 выполнена охватывающей сечение канала 12 в месте его выхода на цилиндрическую поверхность расточки 11 (показано штриховой линией 23 на фиг. 4, 5 и 6), причем минимальное расстояние H от края плунжера 17, противоположного пружине 20 при положении плунжера 17 на упоре 18 до ближайшей к нему точки отверстия канала 12 на цилиндрической поверхности расточки 11
0 ≤ H ≤ L - L_отв,
где L - величина хода плунжера 17,
L_отв - расстояние между краями отверстия канала 12,
при этом H, L и L_отв измерены по цилиндрической поверхности расточки 11 в направлении перемещения плунжера 17, и в этом положении края плунжера 17 размещены с противоположных сторон отверстия 17 канала 12. На фиг. 4, 5 и 6 иллюстрированы различные конфигурации канавки 16, выполненной в виде винтовой канавки. На фиг. 4 канавка 16 изображена в виде участка кольцевой канавки (винтовая линия с углом подъема 0^o). На фиг. 5 канавка 16 изображена в виде участка винтовой канавки с углом A подъема 0^o < A < 90^o. На фиг. 6 канавка 16 изображена в виде канавки, параллельной оси обоймы 6 (винтовая линия с углом подъема 90^o). Все возможные конфигурации канавки 16 позволяют плунжеру 17 перемещаться вдоль канавки 16, поэтому в формуле изобретения применен обобщающий термин "винтовая канавка". Математически более определенно канавку 16 следовало бы назвать "канавкой, ось которой выполнена в виде линии откоса" [4] , однако термины "винтовая линия" и "винтовая канавка" являются гораздо более распространенными в технике и поэтому термин "винтовая канавка" применен в формуле изобретения.

ЭНА работает следующим образом: при выключенных электродвигателях 8 давления во входном 2 и выходном 3 штуцерах одинаковы. Плунжеры 17 под воздействием пружин 20 поджаты к упорам 18, перекрывая отверстия 23 и предотвращая, таким образом, переток жидкости от выходного 3 к входному 2 штуцеру, что показано на фиг. 2. При включении электродвигателя 8 электронасоса 4 (верхнего на фиг. 3) он вращает свое колесо 9. Жидкость через входной штуцер 2, верхний канал 14 и верхнюю входную полость 13 поступает на периферию верхнего колеса 9, затем через спиральный отвод 21 поступает в диффузор - канавку 10 на наружной поверхности верхней обоймы 6. За счет разности давлений в канавке и в канавке 16 со стороны ее глухого конца 19 (где давление равно давлению во входном штуцере 2 благодаря наличию соединительной канавки 22) на плунжер 17 начинает действовать сила давления, которая, преодолевая усилие пружины 20, сдвигает плунжер 17 вдоль канавки 16 в направлении ее глухого конца 19 (это положение показано на фиг. 3 для верхнего электронасоса 4). Таким образом, выходная полость 15 верхней канавки 10 сообщается с выходным штуцером 3, куда и поступает рабочая жидкость из верхней канавки 10. То, что поперечное сечение плунжера 17 равно поперечному сечению канавки 16, позволяет сохранить перепад давлений между канавками 10 и 16 (давление падает на капиллярных зазорах по периметру сечения плунжера 17). Выполнение канавки 16 в виде винтовой линии позволяет плунжеру 17 перемещаться в направлении оси канавки 16, обеспечивая при этом неизменность зазора по периметру сечения плунжера 17. Это справедливо и для частных случаев выполнения винтовой канавки - в виде участка кольцевой канавки (фиг. 4) и в виде канавки, параллельной оси обоймы 6 (фиг. 6). Заявленное же соотношение 0 ≤ H ≤ L - L_отв обеспечивает, с одной стороны, гарантированное перекрытие наружной поверхностью плунжера 17 отверстия 23 канала 12 при неработающем электродвигателе 8 под воздействием пружины 20, а с другой стороны - полное открытие отверстия 23 плунжером 17 при работающем электродвигателе 8 под воздействием перепада давлений на торцах плунжера 17. В случае же отказа электродвигателя 8 и остановки его вала давления в штуцерах 2 и 3 выравниваются и пружина 20 принуждает плунжер 17 перемещаться в направлении, противоположном глухому концу 19 канавки 16 до его контакта с упором 18. Таким образом, обеспечивается перекрытие гидравлической линии от штуцера 3 к штуцеру 2. В случае включения резервного электронасоса 5 (осуществляемого обычно автоматически по сигналу отказа основного электронасоса 4, например, по резкому увеличению тока через электродвигатель 8) он вращает свое колесо 9. Жидкость через входной штуцер 2, нижний канал 14 и нижнюю входную полость 13 поступает на периферию нижнего колеса 9, затем через спиральный отвод 21 поступает в диффузор - канавку 10 на наружной поверхности нижней обоймы 6. За счет разности давлений в канавке 10 и в канавке 16 со стороны ее глухого конца 19 (где давление равно давлению во входном штуцере 2 благодаря наличию соединительной канавки 22) на плунжер 17 начинает действовать сила давления, которая, преодолевая усилие пружины 20, сдвигает плунжер 17 вдоль канавки 16 в направлении ее глухого конца. Таким образом, выходная полость 15 нижней канавки 10 сообщается с выходным штуцером 3, куда и поступает рабочая жидкость из нижней канавки 10. Нетрудно заметить, что конструкция приведенного примера конкретного выполнения резервированного ЭНА является осесимметричной, поэтому число n электронасосов (равное в приведенных иллюстрациях двум) может быть увеличено простым добавлением необходимого числа электронасосов, при этом технология изготовления ЭНА не изменяется. Каналы 12 за счет своей малой длины могут быть получены методом электроэрозионной обработки. Полученное снижение габаритов особенно ценно для изделий космической техники, характеризующихся весьма малыми располагаемыми объемами под компоновку оборудования.

Литература:
1. М.В. Краев, В.А. Лукин, Б.В. Овсянников, "Малорасходные насосы авиационных и космических систем", М. , "Машиностроение", 1985, стр. 18, рис. 1.11.

2. Авторское свидетельство СССР N 155399 по кл. F 04 D 13/14, 1963 г. (прототип).

3. Патент РФ N 2103556, 1998 г.

4. "Математическая энциклопедия", М., "Советская энциклопедия", 1984, т. 4, стб. 141, статья "Откоса линия",

Резервированный электронасосный агрегат относится к машиностроительной гидравлике и может быть использован в системах терморегулирования изделий авиационной и ракетной техники, а также в других областях техники. Резервированный электронасосный агрегат содержит корпус с входным и выходным штуцерами, установленные в нем n (n = 2, 3 и т.д.) центробежных электронасосов. Каждый электронасос выполнен в виде цилиндрической обоймы, в которой установлен насосный блок и электродвигатель, диффузор насосного блока выполнен в виде канавки переменного сечения на наружной поверхности обоймы, при этом в корпусе выполнено n расточек для размещения обойм и n каналов, соединяющих отверстие выходного штуцера с диффузорами электронасосов, причем на наружной поверхности каждой из обойм выполнена дополнительная винтовая канавка, один конец которой выполнен глухим, а другой - выходящим в канавку диффузора, в винтовой канавке размещен плунжер с поперечным сечением, равным поперечному сечению канавки, выполненный с возможностью перемещения вдоль канавки, в обойме со стороны диффузора выполнен упор для ограничения перемещения плунжера, а в полости между плунжером и глухим концом винтовой канавки размещена возвратная пружина сжатия, при этом полость между плунжером и глухим концом винтовой канавки сообщена с входной полостью, наружная цилиндрическая поверхность плунжера выполнена охватывающей сечение канала в месте его выхода на цилиндрическую поверхность расточки. При использовании изобретения достигается снижение массы и габаритов агрегата. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Резервированный электронасосный агрегат, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, установленные в нем n (n = 2, 3 и т.д.) центробежных электронасосов, при этом входные полости электронасосов сообщены с входным штуцером, а выходные полости сообщены с выходным штуцером, отличающийся тем, что каждый электронасос выполнен в виде цилиндрической обоймы, в которой установлен насосный блок и электродвигатель, диффузор насосного блока выполнен в виде канавки переменного сечения на наружной поверхности обоймы, при этом в корпусе выполнено n расточек для размещения обойм и n каналов, соединяющих отверстие выходного штуцера с диффузорами электронасосов, причем на наружной поверхности каждой из обойм выполнена дополнительная винтовая канавка, один конец которой выполнен глухим, а другой - выходящим в канавку диффузора, в винтовой канавке размещен плунжер с поперечным сечением, равным поперечному сечению канавки, выполненный с возможностью перемещения вдоль канавки, в обойме со стороны диффузора выполнен упор для ограничения перемещения плунжера, а в полости между плунжером и глухим концом винтовой канавки размещена возвратная пружина сжатия, при этом полость между плунжером и глухим концом винтовой канавки сообщена с входной полостью, наружная цилиндрическая поверхность плунжера выполнена охватывающей сечение канала в месте его выхода на цилиндрическую поверхность расточки, причем минимальное расстояние Н от края плунжера, противоположного пружине при положении плунжера на упоре, до ближайшей к нему точки отверстия канала на цилиндрической поверхности расточки
0 ≤ H ≤ L - L_ОТВ,
где L - величина хода плунжера;
L_ОТВ - расстояние между краями отверстия канала,
при этом H, L и L_ОТВ измерены по цилиндрической поверхности расточки в направлении перемещения плунжера, и в этом положении края плунжера размещены с противоположных сторон канала. 2. Резервированный электронасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что каждая дополнительная канавка выполнена в виде участка кольцевой канавки. 3. Резервированный электронасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что каждая дополнительная канавка выполнена в виде канавки, параллельной оси обоймы.