ЭЛЕКТРОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ
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 электронасосный агрегат (ЭНА), содержащий корпус, установленные в нем электродвигатель и двухопорный вал насоса с рабочим колесом, связанный с валом электродвигателя (патент DE1653721, МПК: F04D 13/02, 1971 г.). Недостатком этого ЭНА являются низкий ресурс, что вызвано установкой вала электродвигателя непосредственно внутри отверстия вала насоса и сопровождается значительными нагрузками на подшипники этих валов, возникающими из-за их несоосности, неизбежно возникающей вследствие допусков на размеры и отклонения форм и поверхностей деталей.
Этого недостатка лишен ЭНА, содержащий корпус, установленные в нем электродвигатель и двухопорный полый вал насоса с по крайней мере одним рабочим колесом, связанный с валом электродвигателя через торсионную муфту, выбранный в качестве прототипа (патент РФ №2357103, МПК: F04D 13/06, 2009 г.). Втулка муфты установлена на валу электродвигателя, а торсионный вал муфты размещен в полости вала насоса и соединен с ним свободным концом посредством штифтового соединения с фиксатором осевого положения рабочих колес и полым валом насоса.
Недостатком этого ЭНА является низкая технологичность, связанная с необходимостью сверления отверстия под штифт в трех деталях и невозможностью разборки и последующей повторной сборки ЭНА (например, для замены изношенных подшипников), так как при разборке производится выбивание штифта, соединяющего торсионный вал муфты с фиксатором осевого положения рабочих колес и полым валом насоса, что приводит к уходу диаметров отверстий под штифт в этих деталях и делает невозможным повторную сборку ЭНА с использованием штифта такого же диаметра из-за ослабления несущей способности штифтового соединения, вызванного изменением диаметра имеющихся отверстий под штифт. Использование при повторной сборке штифта большего диаметра с выполнением нового сверления также нежелательно из-за ослабления сечения торсионного вала, имеющего малый диаметр.
Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является повышение технологичности ЭНА.
Этот результат достигается за счет того, что в известном ЭНА, содержащем корпус, установленные в нем электродвигатель и двухопорный полый вал насоса с по крайней мере одним рабочим колесом, связанный с валом электродвигателя через торсионную муфту, втулка которой установлена на валу электродвигателя, а торсионный вал которой размещен в полости двухопорного полого вала насоса и связан с ним свободным концом, и фиксатор осевого положения рабочих колес, установленный в противоположном от электродвигателя конце двухопорного полого вала насоса посредством резьбового соединения и контактирующий плоской поверхностью с опорной торцовой поверхностью наиболее удаленного от электродвигателя рабочего колеса, согласно изобретению, резьба на противоположном от электродвигателя конце двухопорного полого вала насоса выполнена на внутренней поверхности этого вала, фиксатор осевого положения рабочих колес выполнен в виде валика с заплечиком, при этом заплечик контактирует с опорной торцовой поверхностью рабочего колеса, на наружной поверхности валика выполнена наружная резьба, посредством которой валик ввернут во внутреннюю резьбу двухопорного полого вала насоса, на обращенном к электродвигателю торце валика выполнены две параллельные друг другу и оси валика лыски с образованием между ними выступа, а на свободном конце торсионного вала выполнен паз с параллельными друг другу и оси торсионного вала стенками, при этом выступ размещен в пазу, направление резьбы на валике и двухопорном полом вале насоса совпадает с направлением вращения вала электродвигателя, а наружный диаметр резьбовой части валика превышает ширину паза торсионного вала на заданную величину.
На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения ЭНА, продольный разрез, на фиг. 2 - то же, поперечный разрез по А-А.
Электронасосный агрегат содержит сборный корпус 1, снабженный входным 2 и выходным 3 патрубками. В корпусе 1 установлены электродвигатель 4 и двухопорный полый вал 5 насоса с по крайней мере одним рабочим колесом 6, размещенный в подшипниках 7 и 8 и связанный с валом 9 электродвигателя 4 через компенсирующую муфту 10 состоящую из втулки И, выполненной заодно с торсионным валом 12. Втулка 11 компенсирующей муфты 10 установлена на валу 9 электродвигателя 4, а торсионный вал 12 компенсирующей муфты 10 размещен в полости 13 двухопорного полого вала 5 насоса, которая выполнена сквозной, и соединен с ним свободным концом 14. ЭНА также содержит и фиксатор осевого положения рабочих колес, выполненный в виде валика 15 с заплечиком 16, установленный в противоположном от электродвигателя 4 конце 17 двухопорного полого вала 5 насоса посредством резьбового соединения и контактирующий плоской поверхностью 18 заплечика 16 с опорной торцовой поверхностью 19 наиболее удаленного от электродвигателя рабочего колеса 6. На внутренней поверхности двухопорного полого вала 5 насоса на противоположном от электродвигателя 4 конце 17 этого вала выполнена внутренняя резьба 20. На наружной поверхности валика 15 выполнена наружная резьба 21, посредством которой валик ввернут во внутреннюю резьбу 20. Герметизация корпуса 1 обеспечивается неподвижными уплотнениями 22 и 23. Рабочее колесо 6 установлено на валу 5 с использованием шпонки 24 для передачи крутящего момента. На обращенном к электродвигателю 4 торце 25 валика 15 выполнены две параллельные друг другу и оси валика 15 лыски 26 с образованием между ними выступа 27. На свободном конце 14 торсионного вала 12 выполнен паз 28 с параллельными друг другу и оси торсионного вала стенками, при этом выступ 27 размещен в пазу 28. Направление резьбы на валике и двухопорном полом вале насоса совпадает с направлением вращения вала электродвигателя - в данном примере все направления - левые (понятие «правой» и «левой» резьбы общеизвестны, направление вращения вала электродвигателя - в соответствии с ГОСТ 27471-87 правое направление вращения - по часовой стрелке, определяемое со стороны присоединения к первичному двигателю или рабочему механизму). В данном примере рабочим механизмом является муфта 10, и направление вращения вала 9 -левое, что следует из расположения выходного штуцера 3 за плоскостью чертежа и принципу работы центробежного насоса. Наружный диаметр резьбовой части валика D превышает ширину паза h торсионного вала 12 на заданную величину. Герметизация внутренней полости ЭНА от наружной полости электродвигателя 4 обеспечивается применением электродвигателя типа БК-2 по ОСТ В 16 0.515.054-80, имеющего герметизирующую металлическую гильзу между ротором и статором.
ЭНА работает следующим образом: при включении электродвигателя 4 его вал 9 приводит во вращение втулку 11 и выполненный с ней заодно торсионный вал 12 компенсирующей муфты 10. Свободный конец 14 торсионного вала 12 передает крутящий момент через стенки паза 28 на выступ 27 валика 15, и далее через резьбы 21 и 20 - на двухопорный полый вал 5 насоса, и далее, через шпонку 24 - на установленное на последнем рабочее колесо 6, которое перекачивает жидкость. При этом существующая несоосность между валами 5 и 9 выбирается за счет упругой деформации изгиба торсионного вала 12. Т.к. последний имеет значительную длину, то радиальные усилия, возникающие в местах контакта торсионного вала 12 с валом 5 и втулки 11 с валом 9 незначительны, и не приводят к повышенному износу подшипников 7 и 8, а также подшипников электродвигателя 4. Выполнение ширины паза торсионного вала превышающей наружный диаметр резьбовой части валика на заданную величину позволяет исключить возможность проворота выступа 27 в пазу 28 - теоретически это возможно, если наружные диаметры резьб 20 и 21 будет существенно меньше, хотя в приведенном примере конкретного исполнения наружные диаметры резьб 20 и 21 резьб 20 и 21 выбраны равными гладкому диаметру полости 13. Размер заданной величины превышения проводится обычными инженерными расчетами, исходя из передаваемого момента и основных конструктивных размеров устройства. Поскольку валик 5 вращается против часовой стрелки, глядя со стороны входного штуцера 2, а момент сопротивления со стороны перекачиваемой жидкости на колесо 6 и вал 5 направлен по часовой стрелке, глядя с той же стороны, то валик 15 по левой резьбе 21 стремится ввернуться в резьбу 20 полого двухопорного вала 5, что обеспечивает отсутствие его вывинчивания из вала 5. При этом ввинчивание упомянутых деталей друг в друга отсутствует вследствие упора плоской поверхности 18 на заплечике 16 валика 15 в опорную торцовую поверхность рабочего колеса 6, ступица рабочего колеса 6 с другой стороны оперта на торец внутреннего кольца подшипника 7. Таким образом, во время работы ЭНА обеспечивается неизменное взаимное положение валов 12, 5 и валика 15, при этом при необходимости разборки достаточно просто выкрутить валик 15 из резьбы 20 вала 5, что легко достижимо, ибо никаких мер стопорения валика 15 в валу 5 не требуется - отсутствие самоотвинчивания деталей обеспечивается принципом работы данной конструкции. В то же время, отсутствие стопорения позволяет производить неоднократную сборку - разборку устройства без каких-либо технологических трудностей. В данном примере конкретного исполнения на валу 5 установлено одно рабочее колесо 6, однако для реализации изобретения несущественно количество колес.
В результате использования изобретения повышается технологичность ЭНА за счет устранения необходимости сверления в деталях при сборке и обеспечения возможности разборки и последующей повторной сборки ЭНА (например, при переборке выработавшего ресурс ЭНА, для ЭНА космических летательных аппаратов - после возвращения его с орбиты в составе бортового оборудования или груза спускаемого аппарата). Указанные преимущества позволяют рекомендовать заявленное изобретение к использованию в агрегатах авиационной и ракетно-космической техники