ЭЛЕКТРОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 2016 года по МПК F04D13/06 F04D29/02 F04D29/62 

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике и может быть использовано как электронасосный агрегат (ЭНА) в составе систем терморегулирования (СТР) самолетов и космических аппаратов (КА).

Известен многоступенчатый электронасосный агрегат (ЭНА), содержащий корпус, электродвигатель, три рабочих колеса и направляющие аппараты, размещенные между ними (Малюшенко В.В. Динамические насосы. Москва, Машиностроение, 1984, лист 49, рис. 124).

Недостатком этого ЭНА является секционная конструкция, что приводит к наличию большого числа уплотнений между внутренней полостью и атмосферой и повышению вероятности утечки.

Известен также ЭНА (RU 2042053 С1, 20.08.1995), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, установленную в нем и контактирующую с ним своей наружной цилиндрической поверхностью обойму, в расточке которой размещены электродвигатель и n (n=2) рабочих колес, а также контактирующие с ее внутренней цилиндрической поверхностью втулки с полостями для размещения рабочих колес и диафрагмы между втулками, расположенные в обойме n-1 переводных каналов, сообщающих выход каждого предыдущего и вход в каждое последующее рабочее колесо. Следует отметить, что в иллюстрациях к RU 2042053 С1 в явном виде не показаны фиксаторы углового положения, но их наличие является обязательным для любого многоступенчатого ЭНА.

Недостатки указанного ЭНА

1) Значительные радиальные габариты и масса ЭНА, вызванные значительной толщиной обоймы, которая складывается из глубины винтовой канавки и толщины стенки между дном канавки и расточкой обоймы. Первая составляющая определяется исходя из сечения винтовой канавки, которое, в свою очередь, определяется расходом ЭНА и соответственно не может быть произвольно уменьшено.

2) Вторая составляющая определяется условием прочности детали при обработке, и ее величина также не может быть снижена далее определенного значения, по достижении которого могут начаться прорывы, выпучивание материала обоймы при фрезеровании винтовой канавки.

3) Еще одним недостатком аналога является сложность конструкции, так как непосредственный контроль зазоров между втулками, диафрагмой и рабочими колесами может быть осуществлен через отверстия в обойме, специально выполненные для этой цели, что удорожает изготовление ЭНА.

В качестве прототипа выбран «Многоступенчатый электронасосный агрегат» (RU 2369777), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, установленную в нем и контактирующую с ним своей наружной цилиндрической поверхностью обойму, в расточке которой размещены электродвигатель и n [n=2, 3 и т.д.] рабочих колес, а также контактирующие с ее внутренней цилиндрической поверхностью втулки с полостями для размещения рабочих колес и диафрагмы между втулками, расположенные в обойме n-1 переводных каналов, сообщающих выход каждого предыдущего и вход в каждое последующее рабочее колесо, и фиксаторы углового положения втулок и диафрагм относительно обоймы.

В прототипе переводные каналы выполнены в виде сквозных пазов, выполненных между внутренней и наружной цилиндрическими поверхностями обоймы, в расточке выполнен упор для одной из крайних втулок, а фиксаторы углового положения выполнены в виде штифтов, размещенных во втулках, диафрагмах и упоре расточки обоймы, при этом штифты размещены внутри внутренней цилиндрической поверхности обоймы.

Недостаток прототипа заключается в недостаточно высокой надежности, кпд работы ЭНА, в сложности устройства и увеличенной его массы.

Задачами предложенного решения являются повышение надежности и кпд работы ЭНА, упрощение его конструкции, уменьшение массы.

Задачи решены за счет того, что в ЭНА, содержащем электродвигатель, корпус которого выполнен из титана и соединен с алюминиевым корпусом насоса, выполненным с входным и выходным патрубками, и с установленной в нем обоймой, в расточке которой размещены, втулка, рабочие колеса, установленные на валу электродвигателя в своих рабочих полостях, разделенные диафрагмой, переводной канал, проходящий через обойму и втулку с выхода первого рабочего колеса на вход второго рабочего колеса, и второй переводной канал, проходящий через обойму с выхода второго рабочего колеса на выходной патрубок корпуса насоса, штифты для фиксации углового положения втулки относительно обоймы и обоймы относительно корпуса насоса, соединение корпуса насоса с корпусом электродвигателя выполнено герметичным сварочными швами посредством монолитного переходного биметаллического кольца соответственно с алюминиевой и титановой сторонами, диафрагма выполнена заодно с обоймой, переводные каналы между полостями рабочих колес выполнены в обойме и во втулке, выше выходов из полостей рабочих колес, штифт для фиксации углового положения втулки относительно обоймы выполнен в виде винта, обойма и втулка выполнены с канавками соответственно, причем канавки обоймы выполнены без пересечения с переходными каналами, канавка втулки соединена со входом полости крыльчатки. ЭНА выполнен зеркально зарезервированным дополнительным ЭНА, выполненным аналогично основному с применением обратного клапана между ними.

Предложенный ЭНА показан на чертежах:

фиг. 1 - общий вид ЭНА в разрезе;

фиг. 2 - разрез А-А;

фиг. 3 -разрез Б-Б;

фиг. 4 - разрез С-С.;

Электронасосный агрегат содержит электродвигатель 1, корпус которого выполнен из титана и соединен с алюминиевым корпусом 2 насоса, выполненным с входным и выходным патрубками 3, 4, и с установленной в нем обоймой 5, в расточке которой размещены втулка 6, рабочие колеса 7, 8, установленные на валу 9 электродвигателя 1 в своих рабочих полостях 10, 11, разделенные диафрагмой 12, переводной канал 13, проходящий через обойму 5 и втулку 6 с выхода 14 первого рабочего колеса 7 на вход 15 второго рабочего колеса 8, и второй переводной канал 16, проходящий через обойму 5 с выхода второго рабочего колеса 8 на выходной патрубок 4 корпуса 2 насоса, штифты 17, 18 для фиксации углового положения втулки 6 относительно обоймы 5 и обоймы 5 относительно корпуса 2 насоса.

В предложенном ЭНА соединение корпуса 2 насоса с корпусом электродвигателя 1 выполнено герметичным сварочными швами посредством монолитного переходного биметаллического кольца 19 соответственно с алюминиевой и титановой сторонами (что повышает герметичность насоса и надежность его работы), диафрагма 12 выполнена заодно с обоймой 5, переводные каналы 13, 16 между полостями 10, 11 рабочих колес 7, 8 выполнены в обойме 5 и во втулке 6, выше выходов из полостей 10, 11 рабочих колес 7, 8 (для снижения перетечек жидкости, повышения кпд насоса), штифт 17 для фиксации углового положения втулки 6 относительно обоймы 5 выполнен в виде винта (для повышения надежности), обойма 5 и втулка 6 выполнены с канавками соответственно 20, 21, причем канавки обоймы выполнены без пересечения с переходными каналами 13, 16 (для исключения протечек жидкости в целях повышения кпд насоса), канавка 21 втулки 6 соединена с входом 15 полости 10 крыльчатки 7 (для улучшения условий заполнения насоса жидкостью в целях повышения надежности его работы). ЭНА выполнен зеркально зарезервированным ЭНА 22, выполненным аналогично основному с применением обратного клапана 23 между ними (для повышения надежности устройства).

В процессе функционирования рабочая жидкость попадает через входной канал 3 на рабочее колесо 8 первой ступени, после которого под давлением поступает через переходной канал 13 на вход 15 полости 10 второго рабочего колеса 7 и далее через переходной канал 16 на выход 4 насоса.

Минимизация перетечек рабочей жидкости из полости 10 в полость 11 обеспечена сопряжением корпуса 2 с обоймой 5 и обоймы 5 с втулкой 6 по их плоским торцевым поверхностям, что повышает кпд насоса.

В предложенном ЭНА получено снижение массы за счет соединения корпусов насоса и электродвигателя сваркой и за счет применения только одной втулки 6 (а не двух, как в прототипе).

Устройство находится на стадии выпуска конструкторской документации на действующий опытный образец с перспективой его внедрения на КА собственной разработки.

Изобретение может быть использовано как электронасосный агрегат в составе систем терморегулирования самолетов и космических аппаратов. Агрегат содержит электродвигатель (1) с корпусом из титана, соединенным с алюминиевым корпусом (2) насоса. Корпус (2) выполнен с патрубками (3, 4) и обоймой (5). В расточке обоймы (5) размещены втулка (6), рабочие колеса (7, 8), установленные на валу (9) электродвигателя (1) в рабочих полостях (10, 11), разделенных диафрагмой (12). Переводной канал проходит через обойму (5) и втулку (6) с выхода колеса (7) на вход (15) колеса (8). Второй переводной канал (16) проходит через обойму (5) с выхода колеса (8) на патрубок (4). Штифты (18) фиксируют угловое положение втулки (6) относительно обоймы (5) и обоймы (5) относительно корпуса (2). Соединение корпуса (2) с корпусом электродвигателя (1) выполнено герметичным сварочными швами посредством монолитного переходного биметаллического кольца (19) соответственно с алюминиевой и титановой сторонами. Диафрагма (12) выполнена заодно с обоймой (5). Каналы (16) между полостями (10, 11) выполнены в обойме (5) и втулке (6) выше выходов из полостей (10, 11). Штифт (18) выполнен в виде винта. Обойма (5) и втулка (6) выполнены с канавками. Канавки обоймы (5) выполнены без пересечения с каналами (16). Канавка втулки (6) соединена с входом (15) полости (10). Изобретение направлено на повышение надежности, КПД работы агрегата, упрощение конструкции, уменьшение массы. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электронасосный агрегат, содержащий электродвигатель, корпус которого выполнен из титана и соединен с алюминиевым корпусом насоса, выполненным с входным и выходным патрубками, и с установленной в нем обоймой, в расточке которой размещены втулка, рабочие колеса, установленные на валу электродвигателя в своих рабочих полостях, разделенные диафрагмой, переводной канал, проходящий через обойму и втулку с выхода первого рабочего колеса на вход второго рабочего колеса, и второй переводной канал, проходящий через обойму с выхода второго рабочего колеса на выходной патрубок корпуса насоса, штифты для фиксации углового положения втулки относительно обоймы и обоймы относительно корпуса насоса, отличающийся тем, что соединение корпуса насоса с корпусом электродвигателя выполнено герметичным сварочными швами посредством монолитного переходного биметаллического кольца соответственно с алюминиевой и титановой сторонами, диафрагма выполнена заодно с обоймой, переводные каналы между полостями рабочих колес выполнены в обойме и во втулке, выше выходов из полостей рабочих колес, штифт для фиксации углового положения втулки относительно обоймы выполнен в виде винта, обойма и втулка выполнены с канавками соответственно, причем канавки обоймы выполнены без пересечения с переходными каналами, канавка втулки соединена с входом полости крыльчатки.

2. Электронасосный агрегат по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен зеркально зарезервированным дополнительным электронасосным агрегатом, выполненным аналогично основному, с применением обратного клапана между ними.