ЭЛЕКТРОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 2001 года по МПК F04D13/06 F04D29/44 

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике и может быть использовано в составе систем терморегулирования изделий авиационной и ракетной техники.

Известен электронасосный агрегат (ЭНА), содержащий установленную в корпусе с входным и выходным штуцерами обойму, в которой размещены электродвигатель с рабочими колесами, втулки с расточками и диафрагмы между втулками, а между выходом последнего колеса и отверстием выходного штуцера выполнен диффузор [1]. Диффузор выполнен в виде конусного отверстия в выходном штуцере.

Недостатком такого ЭНА являются значительные радиальные габариты и масса, что является следствием значительной длины выходного штуцера, вызванной расположением в нем диффузора в виде конуса с углом раскрытия 8-11^o (по рекомендации [2]). Этот недостаток весьма серьезно затрудняет компоновку ЭНА в составе контуров терморегулирования космических летательных аппаратов из-за недостатка пространства.

Этого недостатка лишен ЭНА, содержащий установленную в корпусе с входным и выходным штуцерами и контактирующую с ним по своей наружной поверхности обойму, в расточке которой размещены электродвигатель с n [n = 1, 2, и т.д.] рабочими колесами, выход последнего колеса сообщен с началом диффузора, выполненного в виде канавки на наружной поверхности обоймы (прототип [3]). Конец канавки диффузора сообщен с отверстием выходного штуцера, а поперечное сечение канавки выполнено монотонно возрастающим от сечения сквозного отверстия до сечения отверстия выходного штуцера. Ширина канавки диффузора в конечном сечении выполнена равной диаметру отверстия выходного штуцера.

Недостатки такого ЭНА - неоправданно большие радиальные габариты и масса, что является следствием значительной толщины обоймы, т.к. глубина канавки диффузора определяется из условия равенства концевого сечения канавки сечению отверстия выходного штуцера ЭНА. При прямоугольной форме сечения канавки глубина канавки (при условии, что ее ширина в концевом сечении равна диаметру D отверстия выходного штуцера) H = 0,785D. Именно эта величина H определяет минимально возможную толщину обоймы, которая для прототипа является постоянной.

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

Этот результат достигается за счет того, что в известном электронасосном агрегате, содержащем установленную в корпусе с входным и выходным штуцерами обойму, в расточке которой размещены электродвигатель с n [n = 1, 2, и т.д.] рабочими колесами, при этом между выходом последнего колеса и отверстием выходного штуцера выполнен диффузор в виде канавки на наружной поверхности обоймы, причем в обойме выполнено сквозное отверстие, сообщающее выход последнего колеса с началом канавки диффузора, поперечное сечение канавки выполнено монотонно возрастающим от сечения сквозного отверстия до сечения отверстия выходного штуцера, согласно изобретению, расточка выполнена эксцентрично относительно наружной цилиндрической поверхности обоймы, сквозное отверстие выполнено на участке обоймы с минимальной толщиной, а отверстие выходного штуцера выполнено выходящим на наружную поверхность обоймы на участке ее максимальной толщины, при этом основание канавки выполнено равноудаленным относительно поверхности расточки, а эксцентриситет e выполнен равным

где H_max и H_min - максимальное и минимальное значения толщины обоймы соответственно, и

а

где D и d - диаметры отверстия выходного штуцера и сквозного отверстия соответственно. Выполнение расточки эксцентрично относительно наружной цилиндрической поверхности обоймы вместе с выполнением начального участка канавки диффузора в месте, где толщина обоймы минимальна, а отверстие выходного штуцера - выходящим на наружную поверхность обоймы в месте, где толщина обоймы максимальна, позволяет получить рекомендуемый характер увеличения поперечного сечения канавки диффузора и в то же время снизить толщину обоймы в тех местах, где большая толщина не требуется (толщина обоймы максимальна и равна толщине обоймы прототипа в конце канавки-диффузора и меньше этой толщины во всех других сечениях), т.е. снизить радиальные габариты и массу ЭНА. При этом технологичность выполнения канавки не ухудшается по сравнению с прототипом, т. к. выполнение основания канавки равноудаленным относительно поверхности расточки позволяет получить канавку диффузора без радиального перемещения фрезы при базировании детали по поверхности расточки, т.е. тем же методом, что и в прототипе. Признаки, характеризующие геометрические размеры элементов ЭНА, необходимы для достижения максимального снижения радиальных габаритов и массы. Таким образом, изобретение отвечает критерию "изобретательский уровень".

На фиг 1. приведен пример конкретного выполнения ЭНА, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез по выходному штуцеру.

Электронасосный агрегат содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 штуцерами. В корпусе 1 установлена обойма 4, в которой размещены электродвигатель 5, проставка 6 и улитка 7. На валу электродвигателя 5 установлено рабочее колесо 8. Выход 9 рабочего колеса 8 выполнен в виде спирального отвода на улитке 7. Обойма 4 присоединена к электродвигателю посредством винтов 10, а к корпусу 1 - посредством винтов 11. На наружной поверхности обоймы 4 выполнен диффузор в виде канавки 12. В обойме 4 выполнено сквозное отверстие 13, сообщающее выход 9 рабочего колеса с начальным участком 14 канавки 12. Конец 15 канавки 12 сообщен с отверстием выходного штуцера 3. Поперечное сечение канавки 12 выполнено монотонно возрастающим от сечения сквозного отверстия 13 до сечения отверстия выходного штуцера 3, и ширина канавки 12 диффузора в конечном сечении выполнена равной диаметру отверстия выходного штуцера 3. Электродвигатель 5, проставка 6 и улитка 7 размещены в расточке 16 обоймы 4, при этом расточка 16 выполнена эксцентрично наружной цилиндрической поверхности обоймы 4. Начальный участок 14 канавки 12 диффузора выполнен в месте, где толщина обоймы 4 минимальна, а отверстие выходного штуцера 3 выполнено выходящим на наружную поверхность обоймы 4 в месте, где толщина обоймы максимальна. Основание 17 канавки 12 выполнено равноудаленным относительно поверхности расточки 16 (т.е. величина t постоянна), а эксцентриситет e выполнен равным

где H_max и H_min - максимальное и минимальное значения толщины обоймы соответственно, и

а

где D и d - диаметры отверстия выходного штуцера 3 и сквозного отверстия 13 соответственно. Выражения для H_max и H_min получены исходя из равенства начального сечения канавки 12 сечению отверстия 13 и равенства конечного сечения канавки 12 сечению отверстия выходного штуцера 3; начальное сечение s канавки 12 равно:
s = bH_min, где b = d - ширина канавки 12 в ее начальном сечении.

Равенство этой ширины диаметру отверстия 13 необходимо для снижения гидравлических потерь в месте выхода отверстия 13 в канавку 12. Сечение отверстия 13 равно:

Приравняв выражения для s друг другу, получим

Аналогичным образом конечное сечение канавки 12 равно S = BH_max, где B = D - ширина канавки 12 в ее конечном сечении. Сечение отверстия выходного штуцера 3 равно

Приравняв выражения для S друг другу, получим

Выражение же для эксцентриситета e получено из условия, что основание 17 канавки 12 выполнено равноудаленным относительно поверхности расточки 16, т. е. величина t - толщина стенки между расточкой 16 и основанием 17 постоянна (см. фиг. 2). Из фиг. 2 следует, что максимальная F и минимальная f толщины обоймы 4 (в нижнем и верхнем сечениях соответственно) равны:
F = H_max + t;
f = H_min + t
В то же время из фиг. 2 очевидно, что
F = 0,5(D₁ - D₂) + e;
f = 0,5(D₁ - D₂) - e,
где D₁ и D₂ - наружный диаметр обоймы 4 и диаметр расточки 16 соответственно.

Исключив из вышеприведенных выражений t, F и f, получим уравнение для e:

Электронасосный агрегат работает следующим образом: при включении электродвигателя 5 он вращает установленное на своем валу колесо 8. Жидкость из входного штуцера 2 через рабочее колесо 8 поступает на его выход 9, откуда через отверстие 13 в канавку 12 диффузора. При течении жидкости через канавку 12 (диффузор) часть ее кинетической энергии преобразуется в энергию давления, т. к. поперечное сечение канавки 12 увеличивается с продвижением от начала 14 к концу 15. В конце канавки 12 жидкость поступает в отверстие штуцера 3 и далее - в гидравлическую сеть (не показана). Поскольку толщина обоймы 4 из-за эксцентриситета расточки 16 непостоянна, наружный диаметр обоймы 4 меньше, чем в прототипе на величину H_max - H_min (в прототипе толщина обоймы постоянна во всех радиальных направлениях и равна максимальной толщине обоймы в заявленном техническом решении). За счет того, что основание 17 канавки 12 выполнено равноудаленным относительно поверхности расточки 16 (т.е. размер t постоянен во всех точках канавки 12), канавку диффузора получают без радиального перемещения фрезы при базировании детали по поверхности расточки, т.е. тем же методом, что и в прототипе. Нужная степень расширения сечения диффузора, соответствующая рекомендациям [2], обеспечивается, с одной стороны, увеличением глубины H канавки 12 при движении от ее начала 14 к концу 15, а с другой стороны, одновременным расширением ширины канавки. Профиль канавки определяется геометрическим расчетом при известных D и d. В формуле изобретения упомянуто n рабочих колес, поскольку технический результат достигается и в этом случае (все признаки, касающиеся выполнения канавки, относятся к последнему колесу и не зависят от количества колес).

В примере конкретного выполнения приведен частный случай при n = 1 (т.к. использование n > 1 не влияет на реализацию изобретения). В результате использования изобретения существенно снижаются радиальные габариты и масса (например, при значениях D = 20 мм и d = 6 мм, t = 2 мм и диаметр расточки D_р = 60 мм - эти значения характерны для ЭНА космических объектов - по расчету по приведенным формулам получим H_max = 15,7 мм, H_min = 4,7 мм и e = 5,5 мм. Наружный диаметр обоймы 4 в прототипе составит
D_нар = 60 + 2(15,7 + 2) = 95,4 мм, в заявленном же техническом решении
D_нар = 60 + (15,7 + 4,7) + (2 + 2) = 84,4 мм, т.е. меньше на 11,5%.

Снижение габаритов и массы позволяет рекомендовать заявленное изобретение к внедрению в изделиях авиационной и космической техники.

Литература
1. Патент Российской Федерации N 2042053 по кл. F 04 D 1/06, 1995 г.

2. "Лопастные насосы", под ред. В.А. Зимницкого и В.А. Умова, Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1986, стр. 63.

3. Патент Российской Федерации N 2103556 по кл. F 04 D 13/06, 1998 г. (прототип).

Электронасосный агрегат (ЭНА) относится к машиностроительной гидравлике и может быть использован в составе системы терморегулирования изделий авиационной и ракетной техники. ЭНА содержит установленную в корпусе с входным и выходным штуцерами обойму, в расточке которой размещены электродвигатель с n[n=1,2, и т.д.] рабочими колесами, при этом между выходом последнего колеса и отверстием выходного штуцера выполнен диффузор в виде канавки на наружной поверхности объемы, причем в обойме выполнено сквозное отверстие, сообщающее выход последнего колеса с началом канавки диффузора. Поперечное сечение канавки выполнено монотонно возрастающим от сечения сквозного отверстия до сечения отверстия выходного штуцера, расточка выполнена эксцентрично наружной цилиндрической поверхности обоймы, начальный участок канавки диффузора выполнен в месте, где толщина обоймы минимальна, а отверстие выходного штуцера выполнено выходящим на наружную поверхность обоймы в месте, где толщина обоймы максимальна. Основание канавки выполнено равноудаленным относительно поверхности расточки. Использование изобретения позволяет снизить осевые габариты и массу ЭНА. 2 ил.

Электронасосный агрегат, содержащий установленную в корпусе с входным и выходным штуцерами обойму, в расточке которой размещены электродвигатель с n [n = 1,2 и т.д.] рабочими колесами, при этом между выходом последнего колеса и отверстием выходного штуцера выполнен диффузор в виде канавки на наружной поверхности обоймы, причем в обойме выполнено сквозное отверстие, сообщающее выход последнего колеса с началом канавки диффузора, поперечное сечение канавки выполнено монотонно возрастающим от сечения сквозного отверстия до сечения отверстия выходного штуцера, отличающийся тем, что расточка выполнена эксцентрично относительно наружной цилиндрической поверхности обоймы, сквозное отверстие выполнено на участке обоймы с минимальной толщиной, а отверстие выходного штуцера выполнено выходящим на наружную поверхность обоймы на участке ее максимальной толщины, при этом основание канавки выполнено равноудаленным относительно поверхности расточки, а эксцентриситет e выполнен равным

где H_max и H_min - максимальное и минимальное значения толщины обоймы соответственно и

а

где D и d - диаметры отверстия выходного штуцера и сквозного отверстия соответственно.