ЦЕНТРОБЕЖНОЕ РАБОЧЕЕ КОЛЕСО
CENTRIFUGAL IMPELLER

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике и может быть использовано для производства рабочих колес малорасходных центробежных насосов систем терморегулирования космических летательных аппаратов.
Известно центробежное рабочее колесо, содержащее ведущий диск, покрывной диск и выполненные заодно с ними (отлитые) лопатки (В.В. Малюшенко, Л.К. Михайлов, "Энергетические насосы: Справочное пособие", М.: Энергоиздат, 1981, стр.21, рис.1.15, а).
Недостатком такого центробежного рабочего колеса является ограниченная область применения, в основном для насосов средней и большой мощности, так как для малорасходных центробежных насосов систем терморегулирования космических летательных аппаратов с наружными диаметрами рабочих колес в диапазоне около 50 мм изготовление колес способом литья крайне затруднительно из-за малой толщины стенок ведущего и покрывного дисков и лопаток (около 0,7-1 мм).
Этого недостатка лишено центробежное рабочее колесо, содержащее выполненный заодно со ступицей ведущий диск с лопатками, покрывной диск с центральным входным отверстием, при этом покрывной диск контактирует с торцовыми поверхностями лопаток по конической поверхности, выбранное в качестве прототипа (Л.В. Бобков, «Центробежные насосы систем терморегулирования космических аппаратов», Владивосток, «Дальнаука», 2003, стр.186, последний абзац). Покрывной диск припаян к торцовым поверхностям лопаток.
Недостатком такого центробежного рабочего колеса является его низкая технологичность, т.к. производство такого колеса состоит из принципиально различных технологических операций - предварительной механической обработки ведущего диска с лопатками и покрывного диска, последующей пайкой их друг к другу - обычно это достигается вакуумной пайкой - и чистовой механической обработкой рабочего колеса со снятием припусков материала, необходимых для обеспечения жесткости центробежного колеса в процессе пайки, для исключения возможных поводок и коробления. Другим недостатком такого центробежного рабочего колеса является узкая сфера применения, т.к. наличие паяного соединения, при котором обычно используется медное покрытие торцов лопаток, припаиваемых к покрывному диску, не позволяет использовать такие рабочие колеса для перекачки ряда жидкостей, например жидкого аммиака, являющегося на сегодняшний день теплоносителем с наилучшими теплофизическими свойствами из-за интенсивного разрушения меди в аммиаке.
Задачей, решаемой заявленным устройством, является повышение технологичности центробежного рабочего колеса и расширение сферы его применения.
Технический результат достигается за счет того, что в известном центробежном рабочем колесе, содержащем выполненный заодно со ступицей ведущий диск с лопатками, покрывной диск с центральным входным отверстием, контактирующий с торцовыми поверхностями лопаток по поверхности вращения, согласно изобретению лопатки со стороны их выходных кромок снабжены выполненными заодно с лопатками аксиальными хвостовиками, выступающими за поверхность вращения, на покрывном диске выполнены выходящие на эту поверхность аксиальные пазы, в которых размещены указанные хвостовики, в центробежном рабочем колесе выполнены по числу лопаток отверстия, каждое из которых последовательно проходит через покрывной диск с одной стороны соответствующего паза, размещенный в этом пазе аксиальный хвостовик и покрывной диск с другой стороны этого паза, и в отверстиях установлены штифты.
На фиг.1. приведен пример конкретного выполнения центробежного рабочего колеса, продольный разрез, на фиг.2 - то же, вид со стороны покрывного диска, на фиг.3 - то же, местный элемент I, на фиг.4 - то же, разрез по Б-Б, на фиг.5 - то же, поперечное сечение по А-А.
Центробежное рабочее колесо содержит выполненный заодно со ступицей 1 ведущий диск 2 с лопатками 3. Покрывной диск 4 с центральным входным отверстием 5 контактирует с торцовыми поверхностями 6 лопаток 3 по поверхности вращения 7, в данном примере конкретного исполнения - конической, которая обычно используется в колесах малорасходных насосов. Лопатки 3 со стороны их выходных кромок 8 снабжены выполненными заодно с лопатками аксиальными хвостовиками 9 (на фиг.1 он показан в вырыве, сделанном на покрывном диске), выступающими за поверхность вращения 7, на покрывном диске 4 выполнены выходящие на эту поверхность аксиальные пазы 10, в которых размещены указанные хвостовики. В центробежном рабочем колесе выполнены по числу лопаток 3 отверстия 11, каждое из которых последовательно проходит через покрывной диск с одной стороны соответствующего паза 10, размещенный в этом пазу аксиальный хвостовик 9 и покрывной диск с другой стороны этого паза, в этих отверстиях установлены штифты 12 (на фиг.1 условно не показаны). Штифты 12 стопорятся от возможного их выпадения из отверстий 11 прессовой посадкой и дополнительно - точками 13 лазерной сварки.
Центробежное рабочее колесо работает следующим образом: при приведении колеса во вращение (за счет установки ступицы 1 на приводном валу, не показан) в среде жидкости жидкость в зазоре между дисками 2 и 4 под воздействием лопаток 3 также приводится в движение, следствием которого является вытеснение жидкости к наружному диаметру рабочего колеса под действием центробежных сил инерции и создание рабочим колесом напора. Жидкость подается на лопатки 3 через входное отверстие 5. Фиксация углового положения покрывного диска 4 относительно ведущего диска 2 осуществляется за счет контакта краев аксиальных пазов 10 с боковыми сторонами хвостовиков 9, осевая же фиксация диска 4 относительно диска 2 осуществляется штифтами 12, установленными в отверстиях 11 и опирающимися как на часть отверстия 10, проходящего через диск 4, так и на часть того же отверстия, проходящего через хвостовик 9, выполненный заодно с лопаткой 3, которая, в свою очередь, выполнена заодно с диском 2. Признак «отверстия, каждое из которых последовательно проходит через покрывной диск с одной стороны соответствующего паза, размещенный в этом пазе аксиальный хвостовик и покрывной диск с другой стороны этого паза» гарантирует фиксацию дисков в осевом направлении, поскольку он исключает аксиальное расположение отверстий 11, при котором осевая фиксация была бы невозможной. Отверстия 10 могут выполняться перпендикулярными оси центробежного рабочего колеса или скрещиваться с ними - фиксация будет в обоих случаях. В иллюстрациях, для упрощения описания, приведено рабочее колесо с лопатками, напорные и тыльные стороны которых выполнены плоскими, однако это непринципиально - любой профиль лопатки может быть любым.
В результате использования изобретения существенно повышается технологичность центробежного рабочего колеса за счет устранения из технологического процесса операции пайки и за счет устранения предварительной механической обработки ведущего и покрывного дисков - эти детали полностью механически обрабатываются до сборки. Также расширяется область использования центробежного рабочего колеса, так как оба диска и штифты могут быть изготовлены из нержавеющей стали. Отсутствие в конструкции рабочего колеса других металлов (например, меди, как в прототипе) позволяет применять его для перекачивания агрессивных жидкостей, в частности - аммиака.
Указанные преимущества позволяют рекомендовать заявленное изобретение к использованию при изготовлении и эксплуатации в изделиях ракетно-космической техники.