Электронасосный агрегат

Авторы патента:

 


Владельцы патента RU 2548698:

Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" (RU)

Изобретение относится к герметичным электронасосным агрегатам (ЭНА) для систем терморегулирования космических аппаратов. Корпусы электродвигателя и насоса ЭНА из алюминиевого сплава герметично соединены и разделены цилиндрической немагнитной экранирующей оболочкой из титанового сплава. Корпус электродвигателя соединен с торцевым периметром оболочки посредством фланца со стороны рабочего колеса с помощью основной биметаллической втулки из титанового и алюминиевого сплавов. Оболочка другим торцевым периметром с наружной и внутренней сторон соединена сваркой с дном корпуса электродвигателя с помощью первой и второй дополнительных слоистых биметаллических втулок. Соединения сваркой выполнены аналогично соединению с помощью основной слоистой биметаллической втулки своими титановыми и алюминиевыми сплавами соответственно с титановыми и алюминиевыми деталями ЭНА. Центральная часть дна корпуса насоса выполнена с входным патрубком, соосным валу и установленным с зазором между его внутренней торцевой поверхностью и торцевой поверхностью вала. Ротор выполнен в виде трубы с закрепленным на ее внутренней поверхности шнеком. Другая торцевая поверхность вала по периметру трубы соединена сваркой с периметром центрального входа, выполненного в рабочем колесе ЭНА с боковым выходом. Изобретение направлено на повышение КПД, надежности, уменьшение массы. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к космической технике, в частности к герметичным электронасосным агрегатам (ЭНА) для систем терморегулирования космических аппаратов.

Известны конструкции герметичных электронасосов (см. стр.4-6 книги: С. В.Поклонов. Асинхронные двигатели герметичных электронасосов. Ленинград, Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1987), в которых выполнен экран статора из немагнитной стали, имеющий относительно высокое удельное электрическое сопротивление и герметически отделяющий полость статора от рабочей жидкости с применением приваривания концов (краев) экрана на массивные детали торцевых зон статора.

Недостаток указанного электронасоса заключается в низком коэффициенте полезного действия (КПД) и большой его массе. Причина этого то, что экран статора выполнен из стали, как и корпус электронасоса, которые герметично соединены между собой сваркой. Для сравнения приведем удельные плотности стали и алюминия (из сплава которого АМг6 изготавливаются ЭНА для космических аппаратов), равные соответственно 7800 и 2700 кг/м 3.

КПД работы электродвигателя прототипа снижен за счет больших токов Фуко, возникающих в стальном экране статора при перемагничивании его магнитопровода, что приводит к превращению значительной части потребляемой электроэнергии в бесполезное тепло.

В настоящее время в СТР КА применяются малорасходные электронасосы (см. стр.3-4, 20 6-9, 16-20 книги: Краев М.В., Лукин В.А., Овсянников Б.В. Малорасходные насосы авиационных и космических систем. М.: Машиностроение, 1985), которые предназначены для обеспечения циркуляции жидкого теплоносителя в замкнутых гидравлических контурах систем терморегулирования космических аппаратов при заданных расходах и напорах теплоносителя. В указанной книге описаны различные конструкции ЭНА.

Известен ЭНА, в котором статор герметично отделен от жидкости экранирующей гильзой (см. стр.17, рис.1.8. Схема электронасосного агрегата книги: Краев М.В., Лукин В.А., Овсянников Б.В. Малорасходные насосы авиационных и космических систем. М.: Машиностроение, 1985).

Недостаток указанного ЭНА заключается в малом ресурсе, низкой надежности его работы, низком КПД и большой его массе, что исключает возможность его применения на современных КА со сроком активного существования 10-15 лет. Причины указанных недостатков заключаются в следующем. Герметичность корпуса ЭНА выполнена с применением резиновой герметизирующей прокладки, а не с помощью сварки (см. рис.1.8 между позициями 2 и 3 на стр.17 книги: Краев М.В., Лукин В.А., Овсянников Б.В. Малорасходные насосы авиационных и космических систем. М.: Машиностроение, 1985).

В качестве прототипа выбран ЭНА (RU 2290540), содержащий корпус насоса и корпус электродвигателя, выполненные из алюминиевого сплава, например АМг6, и герметично соединенные при помощи сварки, электродвигатель со статором и ротором, установленным на подшипниках качения с контролируемым датчиком его положения и герметично отделенный от статора при помощи немагнитной экранирующей гильзы; связь корпуса электродвигателя с экранирующей гильзой осуществлена с помощью слоистой биметаллической втулки, состоящей из титанового и алюминиевого сплавов, причем титановая часть приварена к экранирующей гильзе, а алюминиевая - к корпусу электродвигателя. Экранирующая гильза выполнена из титанового сплава, например ВТ14.

Прототип не обладает достаточно высокими коэффициентом полезного действия (КПД), надежностью и легкостью. Причины этому:

- ротор и вал ротора вращаются вхолостую, не обеспечивая дополнительную прокачку жидкости, что ухудшает КПД ЭНА, увеличивает его массу;

- подшипники качения работают в застойной жидкостной зоне, в которой не исключается накопление неблагоприятных отработок от подвижных элементов, что снижает надежность их работы;

- подшипники не разгружены от осевого усилия со стороны рабочего колеса с лопастями, взаимодействующими с потоком жидкости в осевом направлении, что снижает надежность работы подшипников.

Задачи изобретения: повышение КПД, надежности, уменьшение массы.

Задачи решены за счет того, что в предложенном ЭНА, содержащем выполненные из алюминиевого сплава, например АМг6, и герметично соединенные при помощи сварки корпус электродвигателя с дном и с установленными в нем статором и датчиком положения ротора, и корпус насоса с дном и с установленным в нем на подшипниках качения валом с ротором и с управляющим магнитом датчика положения ротора, корпусы выполнены герметично разделенными при помощи цилиндрической немагнитной экранирующей оболочки, выполненной из титанового сплава, например ВТ14, корпус электродвигателя соединен сваркой с одним торцевым периметром цилиндрической немагнитной экранирующей оболочки посредством его внутреннего фланца со стороны центробежного рабочего колеса, с закрепленными на нем лопастями, с помощью основной слоистой биметаллической втулки, состоящей из титанового и алюминиевого сплавов, причем титановый сплав приварен к одному торцевому периметру цилиндрической немагнитной экранирующей оболочки, а алюминиевый - к внутреннему фланцу корпуса электродвигателя, цилиндрическая экранирующая оболочка другим торцевым периметром с наружной стороны соединена сваркой с дном корпуса электродвигателя с помощью первой дополнительной слоистой биметаллической втулки, а с ее внутренней стороны - с дном корпуса насоса с помощью второй дополнительной слоистой биметаллической втулки, причем указанные соединения сваркой выполнены аналогично соединению с помощью основной слоистой биметаллической втулки своими титановыми и алюминиевыми сплавами соответственно с титановыми и алюминиевыми деталями электронасосного агрегата, центральная часть дна корпуса насоса выполнена с входным патрубком, соосным валу ротора и установленным с зазором между его внутренней торцевой поверхностью и торцевой поверхностью вала ротора, который выполнен в виде трубы с закрепленным на ее внутренней поверхности шнеком, а другая торцевая поверхность вала ротора по периметру трубы соединена сваркой с периметром центрального входа, выполненного в центробежном рабочем колесе электронасосного агрегата с его боковым выходом. Шнек выполнен многозаходным, например двухзаходным и с переменным шагом с уменьшением его по ходу движения жидкости.

Техническая суть предложенного устройства показана на чертеже (фиг.1), на котором представлен общий вид ЭНА в разрезе.

Предложенный электронасосный агрегат содержит выполненные из алюминиевого сплава, например АМг6, и герметично соединенные при помощи сварки корпус 1 электродвигателя с дном 2 и с установленными в нем статором 3 и датчиком положения 4 ротора 5, и корпус 6 насоса с дном 7 и с установленным в нем на подшипниках качения 8 валом 9 с ротором 5 и с управляющим магнитом 10 датчика положения 4 ротора 5. Корпусы 1 и 6 выполнены герметично разделенными при помощи цилиндрической немагнитной экранирующей оболочки 11, выполненной из титанового сплава, например ВТ14. Корпус 1 электродвигателя соединен сваркой с одним торцевым периметром 12 цилиндрической немагнитной экранирующей оболочки 11 посредством его внутреннего фланца 13 со стороны центробежного рабочего колеса 14, с закрепленными на нем лопастями 15, с помощью основной слоистой биметаллической втулки 16, состоящей из титанового и алюминиевого сплавов 17 и 18. Титановый сплав 17 приварен к одному торцевому периметру 12 цилиндрической немагнитной экранирующей оболочки 11, а алюминиевый 18 - к внутреннему фланцу 13 корпуса 1 электродвигателя. Цилиндрическая экранирующая оболочка 11 другим торцевым периметром 19 с наружной стороны соединена сваркой с дном 2 корпуса 1 электродвигателя с помощью первой дополнительной слоистой биметаллической втулки 20, а с ее внутренней стороны - с дном 7 корпуса насоса 6 с помощью второй дополнительной слоистой биметаллической втулки 21. Указанные соединения сваркой выполнены аналогично соединению с помощью основной слоистой биметаллической втулки 16 своими титановыми и алюминиевыми сплавами 22, 23 и 24, 25 соответственно с титановыми и алюминиевыми деталями 19, 27 электронасосного агрегата. Центральная часть дна 7 корпуса 6 насоса выполнена с входным патрубком 26, соосным валу 9 ротора 5 и установленным с зазором 27 между его внутренней торцевой поверхностью и торцевой поверхностью вала 9 ротора 5, который выполнен в виде трубы с закрепленным на ее внутренней поверхности шнеком 28, а другая торцевая поверхность 29 вала 9 ротора 5 по периметру трубы соединена сваркой 30 с периметром центрального входа, выполненного в центробежном рабочем колесе 14 электронасосного агрегата с его боковым выходом 31.

Шнек 28 выполнен многозаходным, например двухзаходным 32 и 33 и с переменным шагом 33 с уменьшением его по ходу движения жидкости. Это позволяет повысить эффективность создания напора при вращении шнека 28 посредством уменьшения его шага по ходу движения жидкости и уменьшения массы ускоряемой жидкости путем разделения на параллельные потоки и конечном счете обеспечить повышение КПД, уменьшение массы устройства в целом.

ЭНА выполнен с бесконтактным электродвигателем постоянного тока, с коллектором в виде статического полупроводникового коммутатора, что обеспечивает работу электродвигателя без скользящего контакта и позволяет выполнить его герметичным.

При работе полупроводниковый коммутатор (на чертеже не показан) включает ток в соответствующие обмотки статора 3, а возбуждение осуществляется постоянным магнитом 10, установленным на валу 9 ротора 5. Управление коммутатором производится датчиком положения 4 ротора 5, возбуждение которого осуществляется управляющим магнитом 10. В процессе работы ЭНА ротора 5 и подшипники качения 8 омываются жидкостью, что увеличивает ресурс их работы.

Применение экранирующей оболочки 11, выполненной из титанового сплава и герметично соединенной сваркой посредством слоистых биметаллических втулок 16, 20, 21, позволяет повышать КПД электродвигателя по сравнению с ранее применяемой экранирующей гильзой, выполненной из алюминия. Эффект получен за счет уменьшения толщины стенки экранирующей оболочки 11, а следовательно, и расстояния между статором 3 и ротором 5 электродвигателя (см. стр.5, пункт 1 книги: С. В. Поклонов. Асинхронные двигатели герметичных электронасосов. Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1987), а также за счет уменьшения токов Фуко в ней. При этом снижена масса ЭНА за счет уменьшения массы статора и ротора, так как для их работы потребовалась меньшая потребляемая электрическая мощность, а значит, и электродвигатель с меньшей массой.

Особенностью ЭНА для космических аппаратов является то, что они выполняются малорасходными и при обеспечении абсолютной герметичности имеют увеличенные по длине проходные сечения для жидкости, снижающие их КПД, и поэтому вопрос об увеличении КПД является насущным, так как для агрегатов космических аппаратов всегда выставляются жесткие требования по минимизации энергопотребления и массы применяемых устройств.

Предложенный ЭНА работает следующим образом. При включении в работу ЭНА ротор 5, вал 9 со шнеком 28, рабочее центробежное колесо 14 с закрепленными на нем лопастями 15 начинают вращаться в сторону, например, как показано стрелкой. При этом под действием шнека 28 жидкость всасывается во входной патрубок 26, и далее под напором она подается на боковой выход 31 центробежного рабочего колеса 14 с закрепленными на нем лопастями 15, которые создают центробежное движение жидкости к боковому выходу 31.

В предложенном ЭНА цилиндрическая экранирующая оболочка 11 торцевым периметром 19 с наружной стороны соединена сваркой с дном 2 корпуса 1 электродвигателя с помощью первой дополнительной слоистой биметаллической втулки 20, а с ее внутренней стороны - с дном 7 корпуса 6 насоса с помощью второй дополнительной слоистой биметаллической втулки 21, указанные соединения сваркой выполнены аналогично соединению с помощью основной слоистой биметаллической втулки 16 своими титановыми 23, 22 и алюминиевыми 25, 24 сплавами, соответственно с титановыми и алюминиевыми деталями 19, 2 и 7 электронасосного агрегата, центральная часть дна 7 корпуса 6 насоса выполнена с входным патрубком 26, соосным валу 9 ротора 5 и установленным с зазором 27 между его внутренней торцевой поверхностью и торцевой поверхностью вала 9 ротора 5, который выполнен в виде трубы с закрепленным на ее внутренней поверхности шнеком 28, а другая торцевая поверхность вала 9 ротора 5 по периметру трубы жестко соединена с периметром центрального входа, выполненного в центробежном рабочем колесе 14 электронасосного агрегата, имеющего боковой выход 31. Это позволило повысить КПД ЭНА путем использования ранее непроизводительно вращающихся элементов (ротора с валом) для дополнительного прокачивания жидкости через ЭНА. Кроме того, дополнительно улучшены условия работы подшипников качения 8 путем обеспечения смывания их жидкостью. В прототипе они работали в застойной жидкостной полости, что приводило к накоплению неблагоприятных отработок для работы подшипников. Таким образом повышена надежность работы ЭНА.

Таким образом, в предложенном ЭНА достигнуто решение поставленных задач.

Предложенный ЭНА находится на стадии выпуска технического задания на отработку действующего образца.

1. Электронасосный агрегат, содержащий выполненные из алюминиевого сплава, например АМг6, и герметично соединенные при помощи сварки корпус электродвигателя с дном и с установленными в нем статором и датчиком положения ротора, и корпус насоса с дном и с установленным в нем на подшипниках качения валом с ротором и с управляющим магнитом датчика положения ротора, корпусы выполнены герметично разделенными при помощи цилиндрической немагнитной экранирующей оболочки, выполненной из титанового сплава, например ВТ14, корпус электродвигателя соединен сваркой с одним торцевым периметром цилиндрической немагнитной экранирующей оболочки посредством его внутреннего фланца со стороны центробежного рабочего колеса, с закрепленными на нем лопастями, с помощью основной слоистой биметаллической втулки, состоящей из титанового и алюминиевого сплавов, причем титановый сплав приварен к одному торцевому периметру цилиндрической немагнитной экранирующей оболочки, а алюминиевый - к внутреннему фланцу корпуса электродвигателя, отличающийся тем, что цилиндрическая экранирующая оболочка другим торцевым периметром с наружной стороны соединена сваркой с дном корпуса электродвигателя с помощью первой дополнительной слоистой биметаллической втулки, а с ее внутренней стороны - с дном корпуса насоса с помощью второй дополнительной слоистой биметаллической втулки, причем указанные соединения сваркой выполнены аналогично соединению с помощью основной слоистой биметаллической втулки своими титановыми и алюминиевыми сплавами соответственно с титановыми и алюминиевыми деталями электронасосного агрегата, центральная часть дна корпуса насоса выполнена с входным патрубком, соосным валу ротора и установленным с зазором между его внутренней торцевой поверхностью и торцевой поверхностью вала ротора, который выполнен в виде трубы с закрепленным на ее внутренней поверхности шнеком, а другая торцевая поверхность вала ротора по периметру трубы соединена сваркой с периметром центрального входа, выполненного в центробежном рабочем колесе электронасосного агрегата с его боковым выходом.

2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что шнек выполнен многозаходным, например двухзаходным.

3. Агрегат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что шнек выполнен с переменным шагом с уменьшением его по ходу движения жидкости.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к центробежному насосу (1), который может перекачивать жидкость с большими объемными расходами свыше 20 м3/с. Насос содержит рабочее колесо (3), установленное с возможностью вращения вокруг оси и направления жидкости к бетонной спиральной камере (4), расположенной вокруг рабочего колеса (3).

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в погружных многоступенчатых центробежных скважинных насосах для добычи нефти из скважин с высоким содержанием солей, свободного газа и механических примесей.

Изобретение относится к устройству центробежного компрессора и способу его изготовления. Центробежный компрессор включает по меньшей мере одну ступень для разделения жидкой и газовой фазы, содержащую входную направляющую лопатку, расположенную в кожухе рабочего колеса, и направляющий аппарат, имеющий прямой раструб с выходным изогнутым участком.

Группа изобретений относится к двигателям погружных насосов. Двигатель 10 погружного насоса содержит вал 18, металлическую втулку и роторную секцию 20, соединенные с валом 18 для совместного с ним вращения.

Группа изобретений относится к насосостроению, а именно к погружным многоступенчатым центробежным насосам, предназначенным для добычи нефти из скважин. Погружной многоступенчатый модульный насос содержит головку, основание и корпус, в котором установлены ступени.

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в погружных центробежных скважинных насосах для добычи нефти из скважин с высоким содержанием солей, свободного газа и механических примесей.

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в погружных центробежных скважинных насосах для добычи нефти из скважин с высоким содержанием солей, свободного газа и механических примесей.

Изобретение относится к центробежному компрессору и способу изготовления центробежного компрессора. .

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к многоступенчатым погружным насосам для откачки пластовой жидкости из скважин. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании пульповых центробежных насосов, предназначенных для перекачки рудных пульп на горно-обогатительных комбинатах.

Группа изобретений направлена на обеспечение возможности уменьшения потерь электроэнергии, подаваемой по длинным силовым кабелям к электрическому погружному насосу во время работы погружного электродвигателя.

Изобретение относится к бессальниковому экранированному электронасосу, в частности, стойкому к коррозии и содержащему устройство контроля подшипника. Технический результат заключается в повышении жесткости неподвижного вала экранированного электронасоса с двигателем на постоянных магнитах, своевременном обнаружении износа подшипника, повышении срока службы.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в системах терморегулирования изделий космической техники. Электронасосный агрегат содержит металлический корпус, установленный на корпусе бесконтактный электродвигатель постоянного тока с выполненным заодно с ним электронным коммутатором, размещенные на валу электродвигателя рабочие колеса, установленный снаружи бесконтактного электродвигателя постоянного тока присоединенный к корпусу металлический герметизирующий кожух, на котором размещен электрический соединитель.

Изобретение относится к щелевой трубе (39) и способу изготовления такой трубы. Гидравлическая машина и приводной мотор могут быть помещены в корпус, если в электромоторе между ротором и статором осуществляется разделение посредством трубчатой конструктивной части - так называемой щелевой трубы (39).

Группа изобретений относится к насосным установкам для закачки воды в нефтяные пласты и поддержания внутрипластового давления. Вал установки установлен в тороидальных роликовых подшипниках, закрепленных в консольных опорах с наружной стороны торцевых крышек.

Электрический погружной насос в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения содержит корпус, статор, установленный в корпусе, вал, установленный с возможностью вращения внутри корпуса, и подшипник ротора, содержащий карбидную втулку подшипника, прикрепленную к валу металлическим элементом.

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в насосах с электроприводом мокрого или полумокрого типа, в частности в авиадвигателестроении. Насосный электроприводной агрегат содержит статор электропривода, в торцевых крышках которого со стороны всасывания и нагнетания размещены входной направляющий и спрямляющий аппараты.

Изобретение относится к пульповым электронасосным агрегатам вертикального типа. Агрегат содержит электродвигатель, центробежный насос и переходник с опорными фланцами и корпусом, в котором заключен силовой узел в виде муфты.

Закрывающий нижний колпак 1 для электрического насоса 100, в частности центробежного циркуляционного насоса для принудительной циркуляции в котле, имеющий интегрированную систему удаления внутреннего конденсата, чрезвычайно простой в изготовлении и сборке и содержащий: крышку 2 двигателя, которая имеет чашеобразную форму, имеет соединительное отверстие 21 и приспособлена для ее присоединения к концу коробчатого корпуса электрического насоса с закрытием этого конца корпуса; и удерживающую крышку 3 для вмещения электрических разъемов, которая выполнена с возможностью присоединения в собранном состоянии к соединительному отверстию 21 и содержит фиксирующие средства 30, предназначенные для удержания по меньшей мере одного электрического разъема 300 в заданном положении для присоединения к электрическому насосу 100.

Заявленный дублированный электронасосный агрегат относится к машиностроению и может быть использован в системах терморегулирования изделий авиационной и ракетной техники.

Изобретение относится к области силовых установок летательных аппаратов. Система подачи жидкого кислорода, содержащая агрегат соединенных последовательно гидравлически друг с другом насосов трех каскадов с автономными приводами, бак с кислородом и потребитель кислорода, где вход системы соединен с баком, а выход - с потребителем кислорода, в соответствии с изобретением снабжена источником газа высокого давления с вентилем, смесителем и потребителем газа, где источник газа соединен через вентиль с входом привода насоса третьего каскада, выполненного в виде турбины, выход газа из турбины третьего каскада соединен с потребителем газа и с входами газа приводов насосов первого и второго каскадов, выполненных в виде осевых турбин, расположенных коаксиально соответствующим насосам и скрепленных с ними, выходы газа из турбин первого и второго каскадов соединены через смеситель с выходом жидкого кислорода из насоса первого каскада, причем каналы подачи кислорода в насосах первого и второго каскадов выполнены диагональными с осевыми входами и выходами, а насос третьего каскада выполнен центробежным.
Наверх