ДУБЛИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ
DUPLICATED ELECTRIC PUMP UNIT

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в системах терморегулирования изделий авиационной и ракетной техники, а также в других областях техники.
Известен дублированный электронасосный агрегат (ЭПА), содержащий корпус, снабженный входным и выходным патрубками, установленные в сквозной расточке корпуса с его противоположных концов два центробежных электронасоса, входные полости которых сообщены с входным патрубком, а выходные полости сообщены с выходным патрубком, а также установленный между входными полостями центробежных электронасосов двусторонний обратный клапан в виде вкладыша и установленного в последнем переключающего элемента, при этом отверстие входного патрубка выполнено выходящим в сквозную расточку корпуса [Патент РФ №2143593 по МПК: F04D 13/14, 1999 г.]. Недостатком этого ЭНА являются низкие антикавитационные качества ЭНА, что вызвано повышенным гидравлическим сопротивлением входного тракта.
Этих недостатков лишен выбранный в качестве прототипа дублированный ЭПА, содержащий корпус, снабженный входным и выходным патрубками, установленные в корпусе с его противоположных концов два центробежных электронасоса, входные полости которых сообщены с входным патрубком, а выходная полость каждого электронасоса сообщена с выходным патрубком через переводную канавку и Т-образный канал двустороннего обратного клапана, а также размещенный в сквозной полости Т-образного канала переключающий элемент двустороннего обратного клапана [Патент РФ №2357104 по кл. F04D 13/14, 2009 г. - прототип]. Двусторонний обратный клапан выполнен во вкладыше в виде диска, размещенного с упором своими торцами в торцы центробежных электронасосов.
Недостатком этого ЭНА является его значительное гидравлическое сопротивление, вызванное, во-первых, сужением подводящих каналов во входные полости насосов из-за размещения двустороннего обратного клапана между ними и соответствующего затенения входных полостей электронасосов. Снижение этого сопротивления может быть достигнуто только увеличением осевого габарита ЭНА, что крайне не желательно для ЭНА космических аппаратов. Во-вторых, повышенное гидравлическое сопротивление ЭНА вызвано тем, что переход переводной канавки в сквозную полость Т-образного канала, которая размещена в центре ЭНА, осуществляется под прямым углом, что вызывает гидравлические потери.
Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является снижение гидравлического сопротивления дублированного ЭНА без увеличения его габаритов.
Этот результат достигается за счет того, что в известном дублированном ЭНА, содержащем корпус, снабженный входным и выходным патрубками, установленные в корпусе с его противоположных концов два центробежных электронасоса, входные полости которых сообщены с входным патрубком, а выходная полость каждого электронасоса сообщена с выходным патрубком через переводную канавку и Т-образный канал двустороннего обратного клапана, а также размещенный в сквозной полости Т-образного канала переключающий элемент двустороннего обратного клапана, согласно изобретению, корпус выполнен составным из двух частей, на внешней части корпуса с входным и выходным патрубками выполнена сквозная расточка, ось которой перпендикулярна осям патрубков, а внутренняя часть корпуса выполнена в виде кругового цилиндра с наружным диаметром, равным диаметру сквозной расточки внешней части корпуса, с каждого торца кругового цилиндра выполнена расточка для размещения одного из электронасосов, а Т-образный канал двустороннего обратного клапана выполнен в перемычке между двумя расточками, при этом сквозная полость Т-образного капала двустороннего обратного клапана выполнена скрещивающейся с осью наружной поверхности внутренней части корпуса и размещена между выходным патрубком и продольной осью корпуса, между внешней и внутренней частями корпуса установлен фиксатор их взаимного углового положения, а переводные канавки выполнены на наружной поверхности внутренней части корпуса, причем выход каждой переводной канавки в сквозную полость Т-образного канала выполнен с длинной стороны последней.
На фиг.1 приведен пример конкретного выполнения дублированного ЭНА, продольный разрез, на фиг.2, 3, 4 - то же, поперечные разрезы по А-А, Б-Б, В-В, на фиг.5 -то же, вид Г, показана только внутренняя часть корпуса ЭНА, остальные детали и сборочные единицы условно не показаны.
Дублированный электронасосный агрегат содержит сборный (составной из двух частей) корпус 1, снабженный входным 2 и выходным 3 патрубками, выполненными на внешней части 4 корпуса 1. В сквозной расточке 5 внешней части 4 корпуса 1, ось которой перпендикулярна осям патрубков 2 и 3, размещена внутренняя часть 6 корпуса 1, которая выполнена в виде кругового цилиндра с наружным диаметром, равным диаметру сквозной расточки 5. С каждого из торцов кругового цилиндра выполнены расточки 7 и 8, в которых с противоположных концов дублированного ЭНА установлены центробежные электронасосы 9 и 10 соответственно. Каждый из центробежных электронасосов 9 и 10 содержит соответственно электродвигатель 11 и 12, установленное на его валу рабочее колесо 13 и 14, проставку 15 и 16, проставку 17 и 18 и спиральный отвод 19 и 20, последний выполнен разрезным исходя из требований собираемости. В данном примере конкретного выполнения каждый из центробежных электронасосов выполнен одноступенчатым, однако в общем случае он может быть выполнен из нескольких последовательно соединенных между собой ступеней, что не влияет на реализацию изобретения. Входные полости 21 и 22 центробежных электронасосов 9 и 10 соответственно сообщены с входным патрубком 2, а выходные полости 23 и 24 центробежных электронасосов 9 и 10 соответственно сообщены с выходным патрубком 3. В перемычке 25 между двумя расточками 7 и 8 установлен двусторонний обратный клапан 26 в виде размещенного в сквозной полости 27 Т-образного канала 28, который выполнен в перемычке 25, переключающего элемента 29, выполненного в виде тарели па штоке. Сквозная полость 27 Т-образного капала двустороннего обратного клапана 28 выполнена скрещивающейся с осью наружной поверхности внутренней части 6 корпуса 1 и размещена между выходным патрубком 3 и продольной осью корпуса 1. Глухая полость 30 капала 28 выполнена перпендикулярно сквозной полости 27 и сообщается с ней. Отверстие входного патрубка 2 выполнено выходящим в сквозную расточку 5 внешней части 4 корпуса 1. В перемычке 25 выполнено отверстие 31, сообщающее входные полости 21 и 22 с входным патрубком 2 через выполненный в перемычке 25 осевой канал 32. Выходные полости 23 и 24 сообщены с выходным патрубком 3 через переводные канавки 33 и 34 соответственно и Т-образный капал 28 двустороннего обратного клапана 26. Переводные канавки 33 и 34 выполнены на наружной поверхности внутренней части 6 корпуса 1, в данном примере конкретного исполнения сквозные, однако могут быть и глухими, сообщающимися с выходными полостями 23 и 24 через отверстия. Отверстие выходного патрубка 3 выполнено выходящим в сквозную расточку 5 и сообщающимся с глухой полостью 30 канала 28. Между внешней 4 и внутренней 6 частями корпуса установлен фиксатор 35 их взаимного углового положения, размещенный в аксиальных пазах вышеупомянутых частей корпуса 1. Переводные канавки 33 и 34 сообщают выходные полости 23 и 24 соответственно с выходами 36 и 37 соответственно сквозной полости 27 капала 28 на наружную цилиндрическую поверхность части 6 корпуса 1. Поперечное сечение каждой канавки 33 и 34 выполнено расширяющимся соответственно от выходной полости 23 и 24 соответственно до выхода 36 и 37 соответственно, т.к. канавки 33 и 34 выполняют роль диффузора, в котором часть кинетической энергии жидкости преобразуется в энергию статического давления. Нужная для этого преобразования степень расширения сечения канавок хорошо изучена и известна, см., например, в [1]. Выход каждой переводной канавки 33 и 34 в сквозную полость 27 Т-образного канала 28 выполнен с длинной стороны 38 полости 27 (поскольку полость 27 скрещивается с осью внутренней части 6 корпуса 1, то длина ее различна по различным ее образующим, самая большая длина у образующей, ближайшей к оси внутренней части 6, а самая маленькая - у образующей, наиболее удаленной от оси внутренней части 6), в результате каждая канавка входит в сквозную полость 27 под тупым углом. Переключающий элемент 29, выполненный в виде тарели на штоке, может перемещаться под воздействием сил давления в сквозной полости 27 между запрессованными в этой полости седлами 39 и 40. Переключающий элемент может быть выполнен и в другом исполнении, например, установленный между конусными седлами шарик, как в прототипе, поэтому в формуле изобретения употребляется обобщающий признак «переключающий элемент». Фиксация деталей 15, 17, 19, а также 16, 18, 20 от проворота осуществляется фиксаторами 41 и 42 соответственно, размещенными в аксиальных пазах вышеупомянутых деталей и части 6 корпуса 1.
ЭНА работает следующим образом: при включении одного из электродвигателей (например, электродвигатель 11 центробежного электронасоса 9) он вращает рабочее колесо 13. Электродвигатель 12 центробежного электронасоса 10 при этом не работает. Жидкость через входной патрубок 2, отверстие 31, осевой канал 32 и входную полость 21 поступает на вход и далее на периферию рабочего колеса 13, затем через выходную полость 23 поступает в канавку 33, где происходит преобразование кинетической энергии жидкости в энергию статического давления, и далее - в выход 36 сквозной полости 27 на наружную цилиндрическую поверхность части 6 корпуса 1. Далее жидкость поступает внутрь сквозной полости 27, затем в глухую полость 30 Т-образного канала 28 и выходной патрубок 3. При этом тарель на штоке - переключающий элемент 29 двустороннего обратного клапана 26 под воздействием статического давления жидкости, создаваемого центробежным электронасосом 9, поджат к седлу 40 - это положение показано на фиг.2, и перекрывает проток жидкости изнутри сквозной полости 27 через неработающий в данный момент центробежный электронасос 10 во входной патрубок 2. При отказе или выработке ресурса центробежного электронасоса 9 его выключают и включают центробежный электронасос 10. Электродвигатель 12 вращает рабочее колесо 14. Электродвигатель 11 центробежного электронасоса 9 при этом не работает. Жидкость через входной патрубок 2, отверстие 31, осевой канал 32 и входную полость 22 поступает на вход и далее на периферию рабочего колеса 14, затем через выходную полость 24 поступает в канавку 34, где происходит преобразование кинетической энергии жидкости в энергию статического давления, и далее - в выход 37 сквозной полости 27 на наружную цилиндрическую поверхность части 6 корпуса 1. Далее жидкость поступает внутрь сквозной полости 27. Под воздействием статического давления жидкости, создаваемого центробежным электронасосом 10, переключающий элемент 29 переместится из положения, показанного на фиг.2, в противоположное - до упора в седло 39. Затем жидкость поступит в глухую полость 30 и выходной патрубок 3. При этом переключающий элемент 29 двустороннего обратного клапана 26 под воздействием статического давления жидкости, создаваемого центробежным электронасосом 10, поджат к седлу 39  и перекрывает проток жидкости изнутри сквозной полости 27 через неработающий в данный момент центробежный электронасос 9 во входной патрубок 2. Полости 27 и 30 Т-образного канала 28 названы «сквозной» и «глухой» по отношению к части 6 корпуса 1, сквозная полость пересекает эту деталь полностью, а глухая выходит только с одной стороны. Признак же «Т-образный канал» поясняет, что обе полости гидравлически соединены.
В результате использования изобретения снижается гидравлическое сопротивление ЭНА, т.к. двусторонний обратный клапан смещен от центра внутренней части к ее периферии, что позволило избежать сужения подводящих каналов во входные полости насосов и устранить затенение входных полостей электронасосов. Причем следует отметить, что непосредственно в прототипе, где двусторонний обратный клапан выполнен в виде диска, смещение его не может быть выполнено из-за малого наружного диаметра диска, позволяющего осуществлять перекладку переключающего элемента из одного крайнего положения в другое только при центральном положении сквозного канала. Увеличить диаметр диска в прототипе не представляется возможным из условия собираемости. Только выполнение корпуса сборным из двух частей позволяет увеличить диаметр детали, в которой размещен двусторонний обратный клапан, и вследствие этого сместить сквозной канал от центра к периферии и устранить затенение входных полостей электронасосов. Также снижается гидравлическое сопротивление выходного тракта ЭНА, поскольку жидкость, поступающая из переводных канавок в сквозной канал двустороннего обратного клапана, отклоняется на угол, меньший чем 90 градусов (как в прототипе), поскольку, как отмечено в формуле изобретения, выход каждой переводной канавки в сквозную полость Т-образного канала выполнен с длинной стороны последней (конкретизация стороны, с которой канавка входит в сквозную полость, необходимо, т.к. если бы выход каждой переводной канавки в сквозную полость Т-образного канала был выполнен с короткой стороны последней, то жидкость бы при входе в сквозную полость отклонялась бы па угол, больший 90 градусов, что, наоборот, приводило бы к повышению гидравлического сопротивления на этом участке. Поскольку указанные преимущества достигаются без увеличения как радиальных, так и осевых габаритов ЭНА, то заявленное изобретение особенно ценно для изделий космической техники, характеризующихся весьма малыми располагаемыми объемами под компоновку оборудования.
Литература
1. "Лопастные насосы", под ред. В.А.Зимницкого и В.А.Умова, Л., "Машиностроение", Ленинградское отделение, 1986, стр.63.