ЭЛЕКТРОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ
ELECTRICALLY DRIVEN PUMP UNIT

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в системах терморегулирования изделий космической техники.
Известен электронасосный агрегат (ЭНА), содержащий металлический корпус, снабженный входным и выходным патрубками, установленный на корпусе электродвигатель, размещенные на валу электродвигателя рабочие колеса, установленный снаружи электродвигателя присоединенный к корпусу металлический герметизирующий кожух, на котором размещен электрический соединитель, присоединенный посредством проводов двух полюсов питания к электродвигателю [А.В. Бобков «Центробежные насосы систем терморегулирования космических аппаратов», Владивосток, Дальнаука, 2003, стр. 209, рис. 7.17].
Недостатком такого ЭНА является невозможность экономичного регулирования его параметров (расход и напор).
Этого недостатка лишен ЭНА, содержащий металлический корпус, снабженный входным и выходным патрубками, установленный на корпусе электродвигатель, размещенные на валу электродвигателя рабочие колеса, установленный снаружи электродвигателя присоединенный к корпусу металлический герметизирующий кожух, на котором размещен электрический соединитель, группа из n (n=2, 3 и т.д.) параллельно соединенных резисторов, связанных с герметизирующим кожухом и размещенных внутри него, при этом провода одного полюса питания электрического соединителя соединены с электродвигателем, а провода другого полюса питания соединены с одноименными выводами группы из n параллельно соединенных резисторов, вторые выводы которых соединены с электродвигателем [Патент Российской Федерации №2533607 по МПК: F04D 13/06, 2014 г.], выбранный в качестве прототипа. Подбором величины сопротивления группы резисторов осуществляется снижение потребляемого электродвигателем тока до величины, достаточной для обеспечения заданных параметров (напора и производительности) ЭНА. Как отмечено в описании прототипа, такой способ регулирования параметров ЭНА является наиболее экономичным по сравнению с другими известными (дросселирование или обточка рабочих колес).
Недостатком этого ЭНА являются его низкая надежность, т.к. установка и электромонтаж резисторов на дне герметизирующего кожуха достаточно сложна - как в выполнении резьбовых отверстий для крепления резисторов, так и в выполнении пайки их выводов, производящейся в глубине герметизирующего кожуха, что затрудняет обзор и подвод инструмента. Вследствие этого из-за плохих условий пайки возможна некачественная пайка, так как затруднен визуальный контроль паяных соединений, что может привести к потере контакта при эксплуатации ЭНА. Также в конструкции прототипа отсутствует возможность заливки проводов, подходящих к резисторам, компаундом, что не дает возможности механически зафиксировать провода и может привести к их отрыву при виброперегрузках, свойственных этапу выведения космического аппарата на орбиту, что также снижает надежность.
Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является повышение надежности ЭНА.
Этот результат достигается за счет того, что в известном электронасосном агрегате, содержащем металлический корпус, снабженный входным и выходным патрубками, установленный на корпусе электродвигатель, размещенные на валу электродвигателя рабочие колеса, установленный снаружи электродвигателя присоединенный к корпусу металлический герметизирующий кожух, на котором размещен электрический соединитель, группа из n (n=2, 3 и т.д.) параллельно соединенных резисторов, связанных с герметизирующим кожухом и размещенных внутри него, при этом провода одного полюса питания электрического соединителя соединены с электродвигателем, а провода другого полюса питания соединены с одноименными выводами группы из n параллельно соединенных резисторов, вторые выводы которых соединены с электродвигателем, согласно изобретению в стенке герметизирующего кожуха выполнено цилиндрическое отверстие, в котором установлен присоединенный к герметизирующему кожуху винтами металлический стакан, дно которого максимально удалено от оси электродвигателя, во внутренней полости стакана установлен металлический кронштейн, наружная поверхность которого повторяет внутреннюю цилиндрическую поверхность стакана и контактирует с ней, на кронштейне выполнены два осесимметричных паза, днище каждого из них выполнено параллельным оси кронштейна, а две боковые поверхности каждого паза перпендикулярны оси кронштейна, при этом резисторы установлены на днищах пазов посредством винтов, причем на ближайшей к дну стакана первой стенке кронштейна, образованной боковыми поверхностями пазов и торцом кронштейна выполнены отверстия под винты, крепящие кронштейн к дну стакана, а на второй стенке кронштейна, противоположной первой, выполнены пазы, оси которых совпадают с осями отверстий в первой стенке, и в стенке между днищами пазов выполнены отверстия под провода.
На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения ЭНА, продольный разрез, на фиг. 2, - то же, вид кронштейна с установленными на нем резисторами, в увеличенном масштабе, на фиг. 3 - электрическая схема соединений электрического соединителя с электродвигателем ЭНА.
Электронасосный агрегат, применяемый в системе терморегулирования космического летательного аппарата, содержит металлический корпус 1, снабженный входным 2 и выходным 3 патрубками, установленный на корпусе 1 электродвигатель 4. На валу 5 электродвигателя 4 размещено рабочее колесо 6. Снаружи электродвигателя 4 установлен присоединенный винтами 7 к корпусу 1 металлический герметизирующий кожух 8, на котором размещен электрический соединитель 9. Также ЭНА содержит группу из n (в данном примере конкретного исполнения n=4) параллельно соединенных резисторов 10, связанных с герметизирующим кожухом 8 и размещенных внутри него. Провода 11 одного полюса питания электрического соединителя 9 (в данном примере от плюса питания) соединены с электродвигателем 4, а провода 12 другого полюса питания (в данном примере - от минуса питания) соединены с одноименными выводами группы из n параллельно соединенных резисторов 10, вторые выводы которых соединены с электродвигателем 4 проводами 13. В стенке герметизирующего кожуха 8 выполнено цилиндрическое отверстие 14, в котором установлен присоединенный к герметизирующему кожуху 8 винтами 15 металлический стакан 16, дно 17 которого максимально удалено от оси электродвигателя 4. Во внутренней полости стакана 16 установлен металлический кронштейн 18, наружная поверхность 19 которого повторяет внутреннюю цилиндрическую поверхность 20 стакана 16 и контактирует с ней. На кронштейне 18 выполнены два осесимметричных паза 21, днище 22 каждого из них выполнено параллельным оси кронштейна 18, а две боковые поверхности 23 и 24 каждого паза 21 перпендикулярны оси кронштейна 18. Резисторы 10 - в данном примере типа C5-47 - установлены на днищах 22 пазов 21 посредством винтов 25. На ближайшей к дну 17 стакана первой стенке 26 кронштейна 18, образованной боковыми поверхностями 23 пазов 21 и торцом 27 кронштейна 18 выполнены отверстия 28 под винты 29, крепящие кронштейн 18 к дну 17 стакана 16. На второй, противоположной первой, стенке 30 кронштейна 18 выполнены пазы 31, оси которых совпадают с осями отверстий 28 в первой стенке 26. В стенке 32 между днищами 22 пазов 21 выполнены отверстия 33 под провода. Параллельное соединение резисторов 10 выполнено проводами-перемычками 34.
ЭНА работает следующим образом: при подаче напряжения на электрический соединитель 9 напряжение через провода 11 от «плюса» питания и провода 12 от «минуса» питания, группу резисторов 10 и провода 13 поступает на электродвигатель 4. Вал 5 электродвигателя 4 вращает рабочее колесо 6. Жидкость из гидравлической сети (не показана) через входной патрубок 2 поступает на вход и далее на периферию рабочего колеса 6, оттуда - в выходной патрубок 3 и в гидравлическую сеть (не показана). Поскольку постоянное напряжение, поступающее на электродвигатель 4, меньше постоянного напряжения питания, поступающего на электрический соединитель 9 (это напряжение от аккумуляторной батареи космического корабля или стабилизированное напряжения системы электроснабжения орбитальной станции) на величину падения напряжения на группе параллельно соединенных резисторов 10, то электродвигатель 4 развивает меньшую мощность (и, соответственно, ЭНА создает меньший напор и расход), чем если бы электродвигатель был соединен с электрическим соединителем непосредственно. Естественно, при этом на группе резисторов, поскольку через них протекает ток, выделяется тепло, которое необходимо снимать во избежание перегрева ЭНА - на космических объектах из-за невесомости отсутствует естественная конвекция, а теплопроводность воздуха вокруг резисторов весьма мала, так же, как мало и тепловое излучение при допустимой температуре эксплуатации резисторов. Однако, т.к. резисторы 10 установлены на металлическом, т.е. высокотеплопроводном, кронштейне 18, в данном примере резисторы типа C5-47 связаны с кронштейном посредством своих корпусов, сконструированных специально для отвода тепла на свою опорную поверхность, то выделяющееся на резисторах 10 тепло передается путем теплопроводности на кронштейн 18, далее через контакт поверхностей 19 и 20 тепло передается на металлический стакан 16, который контактирует, т.к. поджат винтами 15, с металлическим герметизирующим кожухом 8, с которого тепло далее переходит на металлический корпус 1, в т.ч. и на патрубки 2 и 3. Поскольку через эти патрубки непосредственно протекает поток перекачиваемой ЭНА жидкости, указанное тепло передается путем теплопроводности на эту жидкость, которая дальше протекает через теплообменник системы терморегулирования, где излишнее тепло (выделившееся на резисторах) вместе с основным, снимаемым системой терморегулирования и во много раз превосходящим тепло, выделившееся на резисторах, сбрасывается с радиатора системы в космическое пространство. Поскольку в заявленной конструкции ЭНА резисторы находятся в замкнутых полостях, ограниченных пазами 21 и внутренней поверхностью стакана 16, то эта полость может быть залита компаундом, что повышает надежность крепления проводов к выводам резисторов. Не оговаривается конкретный тип резисторов, т.к. могут быть использованы резисторы других конструкций, без опорных площадок, с использованием механических средств крепления резисторов к стенке между пазами и заливкой пространства внутри стакана теплопроводящей пастой. Установка (n=2, 3 и т.д.) параллельно соединенных резисторов вместо одного необходима для обеспечения надежности ЭНА - в случае выхода из строя одного резистора из группы увеличивается сопротивление группы оставшихся параллельно соединенных резисторов, что приводит к некоторому снижению протекающего через электродвигатель тока и незначительному снижению гидравлических параметров, что допустимо на небольшой промежуток времени до замены отказавшего насоса на резервный, имеющийся в ЗИП. В случае же, если резистор был бы всего один, его отказ равносилен полному отказу ЭНА. То же можно сказать и о проводах, поскольку один провод в цепях питания агрегатов космической техники из тех же соображений надежности практически никогда не применяется, и о колесах, в то время как в приведенном примере рабочее колесо одно. Очевидно, что количество рабочих колес к механизму работы изобретения не относится, а выбирается известными инженерными методами исходя из требуемых параметров ЭНА. Пазы 31 размещены напротив отверстий 28 для того, чтобы был подход инструмента к винтам 29 для их монтажа, также через эти пазы проходят провода 12 и 13. В данном примере конкретного исполнения внутренняя цилиндрическая поверхность 20 стакана 16 выполнена в виде кругового цилиндра, однако для реализации изобретения она может быть и в форме любого криволинейного замкнутого цилиндра, хотя, естественно, форма кругового цилиндра наиболее технологична.
В результате использования изобретения повышается надежность ЭНА, так как пайка группы резисторов производится в условиях, обеспечивающих удобный подвод инструмента и обеспечивающих хорошие возможности визуального контроля, что повышает качество пайки. Пайка резисторов производится в сборке, показанной на фиг. 2 - кронштейн с привинченными к нему резисторами. После подпайки проводов 12, 13 и проводов-перемычек 34 провода 12 и 13 размещают в пазах 31, вставляют кронштейн 18 в стакан 16 и через пазы 31 заворачивают винты 29. После этого внутреннюю полость, ограниченную пазами 21 и внутренней полостью стакана 16, заливают компаундом, что повышает надежность крепления проводов и проводов-перемычек к выводам резисторов. Повышение надежности ЭНА весьма важно для изделий космической техники.