Центробежный электронасосный агрегат

 

Центробежный электронасосный агрегат относится к машиностроительной гидравлике и может быть использован в системах терморегулирования изделий авиационной и ракетной техники. Центробежный электронасосный агрегат содержит корпус с входным и выходным штуцерами и расточкой, в которой размещена обойма с насосным блоком и электродвигателем. При этом диффузор насосного блока выполнен в виде канавки на наружной поверхности обоймы. Там же 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. Указанная полость сообщена с входным штуцером. Наружная цилиндрическая поверхность плунжера выполнена охватывающей сечение выходного штуцера в месте его выхода на цилиндрическую поверхность расточки. Использование изобретения позволяет расширить функциональные возможности агрегата за счет предотвращения обратного перетока рабочей жидкости через электронасосный агрегат без увеличения его габаритов. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

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

Известен центробежный электронасосный агрегат (ЭНА), содержащий установленную в корпусе с входным и выходным штуцерами обойму, в которой размещены электродвигатель и насосный блок, состоящий из рабочих колес, втулок с расточками и диафрагмы между втулками, причем на обойме выполнены переводные каналы между выходом предыдущего и входом последующего рабочего колеса, 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, вызванная расположением в нем диффузора в виде конуса.

Этого недостатка лишен выбранный в качестве прототипа центробежный ЭНА, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами и расточкой, в которой размещена обойма с насосным блоком и электродвигателем, при этом диффузор насосного блока выполнен в виде канавки переменного сечения на наружной поверхности обоймы, конечный участок канавки сообщен с отверстием выходного штуцера по цилиндрической поверхности расточки [2].

Недостатком этого ЭНА (как, впрочем, и описанного аналога) являются ограниченные функциональные возможности, что ограничивает его применение в системах автоматического регулирования температуры. В случае отказа электродвигателя (что происходит в системах терморегулирования космических летательных аппаратов вследствие выработки ресурса) возникает возможность перетока рабочей жидкости (циркулирующей благодаря включению резервного ЭНА) через ЭНА, установленный в системе терморегулирования, что искажает характеристики системы и снижает ее эффективность. Для исключения этого перетока приходится усложнять систему терморегулирования за счет включения в ее состав обратных клапанов, что приводит к увеличению габаритов системы и появлению избыточных уплотняемых стыков.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является расширение функциональных возможностей ЭНА (предотвращение обратного перетока рабочей жидкости через ЭНА при отказе электродвигателя) без увеличения габаритов ЭНА.

Этот результат достигается за счет того, что в известном ЭНА, содержащем корпус с входным и выходным штуцерами и расточкой, в которой размещена обойма с насосным блоком и электродвигателем, при этом диффузор насосного блока выполнен в виде канавки переменного сечения на наружной поверхности обоймы, конечный участок канавки сообщен с отверстием выходного штуцера по цилиндрической поверхности расточки, согласно изобретению на наружной поверхности обоймы 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 сообщена с входным штуцером, наружная цилиндрическая поверхность плунжера выполнена охватывающей сечение выходного штуцера 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 выходного штуцера на цилиндрической поверхности расточки 0 ≅ H ≅ L - L_отв, где L - величина хода плунжера, L_отв - расстояние между краями отверстия выходного штуцера, 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 отверстия выходного штуцера.

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 не увеличиваются благодаря использованию для размещения плунжера и возвратной пружины имеющегося объема обоймы), то заявленное устройство соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения центробежного электронасосного агрегата, продольный разрез, на фиг. 2 и 3 - то же, поперечный разрез по рабочему колесу при выключенном и включенном состоянии ЭНА соответственно, на фиг. 4, 5, 6 - развертка наружной цилиндрической поверхности обоймы при различных вариантах выполнения дополнительной канавки.

Центробежный электронасосный агрегат содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 штуцерами и расточкой 4, в которой размещена обойма 5 с насосным блоком 6 и электродвигателем 7. В данном примере конкретного выполнения насосный блок состоит из рабочего колеса 8, установленного на валу электродвигателя 7, 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 насосного блока 6 выполнен в виде канавки 9 переменного сечения на наружной поверхности обоймы 5, конечный участок канавки 9 сообщен с отверстием выходного штуцера 3 по цилиндрической поверхности расточки 4. На наружной поверхности обоймы 5 выполнена дополнительная винтовая канавка 10. В винтовой канавке 10 размещен плунжер 11 с поперечным сечением, равным поперечному сечению канавки 10, выполненный с возможностью перемещения вдоль канавки. В обойме 5 со стороны диффузора 9 выполнен упор 12 (в виде штифта на фиг. 4 и 5 или в виде плоского торца канавки 10 на фиг. 6) для ограничения перемещения плунжера 11. Один конец 13 канавки 10 выполнен глухим, а другой - выходящим в канавку 9 диффузора, а в полости между плунжером 11 и глухим концом 13 винтовой канавки 10 размещена возвратная пружина сжатия 14. В обойме 5 выполнен спиральный отвод 15, выход которого сообщен с канавкой 9. Полость между плунжером 11 и глухим концом 13 винтовой канавки 10 сообщена с входным штуцером 2 посредством канавки 16, выполненной на наружной поверхности обоймы 5, а наружная цилиндрическая поверхность плунжера 11 выполнена охватывающей сечение выходного штуцера 3 в месте его выхода на цилиндрическую поверхность расточки 4 (показано штриховой линией 17 на фиг. 4, 5 и 6), причем минимальное расстояние H от края плунжера 11, противоположного пружине 14 при положении плунжера 11 на упоре 12 до ближайшей к нему точки отверстия выходного штуцера 3 на цилиндрической поверхности расточки 4 0 ≅ ≅ H L - L_отв, где L - величина хода плунжера 11, L_отв - расстояние между краями отверстия выходного штуцера 3, при этом H, L и L_отв измерены по цилиндрической поверхности расточки 4 в направлении перемещения плунжера 11, и в этом положении края плунжера 11 размещены с противоположных сторон отверстия 17 выходного штуцера 3. На фиг. 4, 5 и 6 иллюстрированы различные конфигурации канавки 10, выполненной в виде винтовой канавки. На фиг. 4 канавка 10 изображена в виде участка кольцевой канавки (винтовая линия с углом подъема 0^o). На фиг. 5 канавка 10 изображена в виде участка винтовой канавки с углом A подъема 0^o < A < 90^o. На фиг. 6 канавка 10 изображена в виде канавки, параллельной оси обоймы 5 (винтовая линия с углом подъема 90^o). Все возможные конфигурации канавки 10 позволяют плунжеру 11 перемещаться вдоль канавки 10, поэтому в формуле изобретения применен обобщающий термин "винтовая канавка". Математически более определенно канавку 10 следовало бы назвать "канавкой, ось которой выполнена в виде линии откоса" [3], 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 выключенном электродвигателе 7 давления во входном 2 и выходном 3 штуцерах одинаковы. Плунжер 11 под воздействием пружины 14 поджат к упору 12, перекрывая отверстие 17 и предотвращая, таким образом, переток жидкости от выходного 3 к входному 2 штуцеру, что показано на фиг. 2. При включении электродвигателя 7 он вращает колесо 8. Жидкость через входной штуцер 2 поступает на периферию колеса 8, затем через спиральный отвод 15, выход которого сообщен с канавкой 9, поступает в диффузор - канавку 9 на наружной поверхности обоймы 5. За счет разности давлений в канавке 9 и в канавке 10 со стороны ее глухого конца 13 (где давление равно давлению во входном штуцере 2 благодаря наличию соединительной канавки 16) на плунжер 11 начинает действовать сила давления, которая, преодолевая усилие пружины 14, сдвигает плунжер 11 вдоль канавки 10 в направлении ее глухого конца 13 (это положение показано на фиг. 3). Таким образом, канавка 9 сообщается с выходным штуцером 3, куда и поступает рабочая жидкость из канавки 9. То, что поперечное сечение плунжера 11 равно поперечному сечению канавки 10, позволяет сохранить перепад давлений между канавками 9 и 10 (давление падает на капиллярных зазорах по периметру сечения плунжера 11). Выполнение канавки 10 в виде винтовой линии позволяет плунжеру 11 перемещаться в направлении оси канавки 10, обеспечивая при этом неизменность зазора по периметру сечения плунжера 11. Это справедливо и для частных случаев выполнения винтовой канавки - в виде участка кольцевой канавки (фиг. 4) и в виде канавки, параллельной оси обоймы 5 (фиг. 6). Заявленное же соотношение 0 ≅ H ≅ L - L_отв обеспечивает, с одной стороны, гарантированное перекрытие наружной поверхностью плунжера 11 отверстия 17 выходного штуцера 3 при неработающем электродвигателе 7 под воздействием пружины 14, а с другой стороны - полное открытие отверстия 17 плунжером 11 при работающем электродвигателе 7 под воздействием перепада давлений на торцах плунжера 11. Полученное снижение габаритов особенно ценно для изделий космической техники, характеризующихся весьма малыми располагаемыми объемами под компоновку оборудования.

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

2. Патент Российской Федерации N 2103556 по кл. F 04 D 13/06, 1998 г. [прототип].

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

Формула изобретения

1. Центробежный электронасосный агрегат, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами и расточкой, в которой размещена обойма с насосным блоком и электродвигателем, при этом диффузор насосного блока выполнен в виде канавки переменного сечения на наружной поверхности обоймы, конечный участок канавки сообщен с отверстием выходного штуцера по цилиндрической поверхности расточки, отличающийся тем, что на наружной поверхности обоймы 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 сообщена с входным штуцером, наружная цилиндрическая поверхность плунжера выполнена охватывающей сечение выходного штуцера 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 выходного штуцера на цилиндрической поверхности расточки 0 ≅ H ≅ L - L_ОТВ,
где L - величина хода плунжера;
L_ОТВ - расстояние между краями отверстия выходного штуцера,
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 отверстия выходного штуцера.

2. Центробежный электронасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что дополнительная канавка выполнена в виде участка кольцевой канавки.

3. Центробежный электронасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что дополнительная канавка выполнена в виде канавки, параллельной оси обоймы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6