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 градусов (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, выбранный в качестве прототипа [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.

Недостатком такого ЭНА является нетехнологичность выполнения канавки диффузора с изменением ее ширины в квадратичной зависимости от углового положения сечения, так как это требует обработки за несколько проходов на специальном оборудовании - фрезерном станке с программным управлением.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является повышение технологичности.

Этот результат достигается за счет того, что в известном электронасосном агрегате, содержащем 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, причем в обойме выполнено сквозное отверстие, сообщающее выход последнего колеса с началом диффузора, выполненного в виде канавки на наружной поверхности обоймы, при этом конец канавки диффузора сообщен с отверстием выходного штуцера, причем поперечное сечение канавки выполнено монотонно возрастающим от сечения сквозного отверстия до сечения отверстия выходного штуцера, и ширина канавки диффузора в конечном сечении выполнена равной диаметру отверстия выходного штуцера, согласно изобретению контактирующие наружная поверхность обоймы и внутренняя поверхность корпуса выполнены в виде конуса, расширяющегося от входного штуцера к выходному, с конусностью

где H и h соответственно - высоты профиля канавки, измеренные по ее средней линии в конечном и начальном поперечных сечениях, L - расстояние вдоль оси конуса между указанными сечениями, средняя линия канавки выполнена монотонно удаляющейся вдоль оси конуса от начального сечения к концевому, основание канавки выполнено равноудаленным относительно оси конуса с шириной, постоянной по всей длине канавки, а боковые стороны сечения канавки выполнены в виде симметричных относительно средней линии канавки кривых, монотонно удаляющихся от средней линии канавки, начиная от ее основания. Наиболее технологичным является выполнение средней линии канавки в виде винтовой линии, а боковых сторон сечения канавки - в виде прямых. Выполнение наружной поверхности обоймы и внутренней поверхности корпуса в виде конуса, расширяющегося от входного штуцера к выходному в совокупности с выполнением средней линии канавки монотонно удаляющейся вдоль оси конуса от начального сечения к концевому позволяет получить рекомендуемый характер увеличения поперечного сечения канавки диффузора. Для перехода от малого сечения выхода последнего коллектора к большому сечению отверстия выходного штуцера основание канавки выполняют равноудаленным относительно оси конуса с шириной, постоянной по всей длине канавки, а боковых сторон сечения канавки - в виде симметричных относительно средней линии канавки кривых, монотонно удаляющихся от средней линии канавки, начиная от ее основания, позволяет получить канавку диффузора за один проход с использованием фрезы с профилем, соответствующим профилю канавки, что существенно повышает технологичность. Наиболее технологичным является выполнение средней линии канавки в виде винтовой линии, а боковых сторон сечения канавки - в виде прямых, т.к. это обеспечивает наиболее простую траекторию режущего инструмента и простоту в изготовлении фрезы. Таким образом, изобретение отвечает критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения ЭНА, продольный разрез, на фиг. 2 - развертка наружной поверхности обоймы, на фиг. 3, 4 и 5 - примеры конкретного выполнения профиля канавки.

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 началом 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. Контактирующие наружная поверхность обоймы 4 и внутренняя поверхность корпуса 1 выполнены в виде конуса 16, расширяющегося от входного 2 штуцера к выходному 3, с конусностью

где H и h соответственно - высоты профиля канавки, измеренные по ее средней линии в конечном и начальном поперечных сечениях, L - расстояние вдоль оси конуса между указанными сечениями. Конкретные значения H и h определяются исходя из площадей начального и конечного сечений канавки 12 (соответственно равных сечениям сквозного отверстия и отверстия выходного штуцера), значение L определяется при проектировании ЭНА исходя из общих требований к проектированию (минимизация габаритов, удобство сопряжения деталей и т.п.). Выражение для конусности K получено следующим образом: по определению,

где D и d - диаметры конуса в двух его нормальных сечениях, а L - расстояние между этими сечениями. Взяв в качестве этих сечений сечения, расположенные на средней линии канавки 12 в конечном и начальном сечениях этой канавки соответственно, получим (см. фиг. 1):
D = d₀ + 2H
d = d₀ + 2h,
где d₀ - диаметр основания канавки 12.

Подставив эти значения в исходную формулу, получим выражение для конусности в виде

Средняя линия 17 канавки 12 выполнена монотонно удаляющейся вдоль оси конуса 16 от начального сечения к концевому. Основание 18 канавки 12 выполнено равноудаленным относительно оси конуса 16 с шириной b, постоянной по всей длине канавки 12, а боковые стороны 19 сечения канавки 12 выполнены в виде симметричных относительно средней линии канавки кривых, монотонно удаляющихся от средней линии канавки, начиная от ее основания 18. Исходя из требований минимизации местных гидравлических сопротивлений целесообразно выполнять ширину b равной диаметру отверстия 13, однако это широко используется в проектировании ЭНА. В данном примере конкретного выполнения средняя линия 17 канавки 12 выполнена в виде винтовой линии, а боковые стороны 19 сечения канавки 12 - в виде прямых.

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 поступает в канавку 12 диффузора. При течении жидкости через канавку 12 (диффузор) часть ее кинетической энергии преобразуется в энергию давления, т.к. за счет выполнения наружной поверхности обоймы 4 в виде расширяющегося конуса 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). За счет того, что основание 18 канавки 12 выполнено равноудаленным относительно оси конуса 16 с шириной b, постоянной по всей длине канавки 12, а боковые стороны 19 сечения канавки 12 выполнены в виде симметричных относительно средней линии канавки кривых, монотонно удаляющихся от средней линии канавки, начиная от ее основания 18, выполнение диффузора становится существенно более технологичным, чем в прототипе: оно осуществляется за один проход фрезы с профилем, соответствующим профилю канавки. При этом выполнение внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности обоймы в виде конуса не представляет трудностей и обеспечивается токарной обработкой, так же как и выполнение этих поверхностей в виде цилиндра (в прототипе). Выполнение боковых сторон сечения канавки в виде симметричных относительно средней линии канавки кривых, монотонно удаляющихся от средней линии канавки, начиная от ее основания, необходимо для обеспечения, с одной стороны, расширения сечения канавки при движении от ее начала 14 к концу 15, а с другой стороны - для свободного выхода фрезы из канавки 12 после завершения ее обработки. Нужная степень расширения сечения диффузора, соответствующая рекомендациям [2], легко достигается траекторией средней линии канавки 12 и определяется геометрическим расчетом. Нетрудно показать, что выполнение средней линии по спирали (винтовой линии) в совокупности с выполнением боковых сторон 19 сечения канавки 12 в виде прямых (фиг. 3) обеспечивает возрастание поперечного сечения канавки в квадратичной зависимости от расстояния от начала канавки до текущего сечения, измеренного вдоль оси конуса. Это следует из обычного геометрического расчета. Таким образом, наиболее технологичное выполнение канавки 12 одновременно обеспечивает и рекомендованный в литературе характер изменения поперечного сечения. Однако поскольку характер изменения поперечного сечения канавки может быть достигнут и при выполнении средней линии канавки по другой кривой (не винтовой линии) в сочетании с выполнением боковых сторон сечения не в виде прямых (например, на фиг. 4 и 5), то заявляются общие признаки, характеризующие выполнение канавки, которые позволяют получить технический результат, и дополнительно раскрываются частные признаки, при которых технический результат максимален. Кроме того, заявляется 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). Таким образом, в результате использования изобретения существенно повышается технологичность изготовления ЭНА, особенно в условиях мелкосерийного и серийного производства.

Литература
1. Патент Российской Федерации N 2042053, 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, кл. F 04 D 13/06, 1998 г. (прототип).

Электронасосный агрегат (ЭНА) относится к машиностроительной гидравлике и может быть использован в составе систем терморегулирования изделий авиационной и ракетной техники. ЭНА содержит установленную в корпусе и контактирующую с ним по конической поверхности обойму, в расточке которой размещены электродвигатель с n [n=1, 2 и т.д.] рабочими колесами. В обойме выполнено сквозное отверстие, сообщающее выход последнего колеса с началом диффузора, выполненного в виде канавки на наружной поверхности обоймы, при этом конец канавки диффузора сообщен с отверстием выходного штуцера. Поперечное сечение канавки выполнено монотонно возрастающим от сечения сквозного отверстия до сечения отверстия выходного штуцера, и ширина канавки диффузора в конечном сечении выполнена равной диаметру отверстия выходного штуцера. Средняя линия канавки выполнена монотонно удаляющейся вдоль оси конуса от начального сечения к концевому, основание канавки выполнено равноудаленным относительно оси конуса с шириной, постоянной по всей длине канавки, а боковые стороны сечения канавки выполнены в виде симметричных относительно средней линии канавки кривых, монотонно удаляющихся от средней линии канавки, начиная от ее основания. Использование изобретения позволяет повысить технологичность изготовления диффузора ЭНА. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Электронасосный агрегат, 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, причем в обойме выполнено сквозное отверстие, сообщающее выход последнего колеса с началом диффузора, выполненного в виде канавки на наружной поверхности обоймы, при этом конец канавки диффузора сообщен с отверстием выходного штуцера, причем поперечное сечение канавки выполнено монотонно возрастающим от сечения сквозного отверстия до сечения отверстия выходного штуцера и ширина канавки диффузора в конечном сечении выполнена равной диаметру отверстия выходного штуцера, отличающийся тем, что контактирующие наружная поверхность обоймы и внутренняя поверхность корпуса выполнены в виде конуса, расширяющегося от входного штуцера к выходному, с конусностью

где Н и h - соответственно высоты профиля канавки, измеренные по ее средней линии в конечном и начальном поперечных сечениях;
L - расстояние вдоль оси конуса между указанными сечениями,
средняя линия канавки выполнена монотонно удаляющейся вдоль оси конуса от начального сечения к концевому, основание канавки выполнено равноудаленным относительно оси конуса с шириной, постоянной по всей длине канавки, а боковые стороны сечения канавки выполнены в виде симметричных относительно средней линии канавки кривых, монотонно удаляющихся от средней линии канавки, начиная от ее основания. 2. Электронасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что средняя линия канавки выполнена в виде винтовой линии, а боковые стороны сечения канавки выполнены в виде симметричных относительно средней линии канавки прямых.