ВИХРЕВОЙ ЭЛЕКТРОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ
ELECTRICALLY DRIVEN PERIPHERAL PUMP

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике и может быть использовано в составе гидросистем изделий авиационной и ракетной техники.
Известен вихревой электронасосный агрегат (ЭНА) (см. патент RU №2263230, МПК: F04D 13/02, 2005 г.), содержащий корпус, установленный в нем электродвигатель, и два рабочих колеса, установленных на его валу, а также закрывающую корпус крышку. Недостатком этого вихревого ЭНА является сложность конструкции из-за наличия двух рабочих колес и необходимостью регулировать торцовые зазоры между каждым из них и корпусом.
Этого недостатка лишен вихревой ЭНА, выбранный в качестве прототипа (см. патент RU №2165546, МПК: F04D 5/00, 2001 г.), содержащий корпус с цилиндрической расточкой, установленные в нем электродвигатель с жестко закрепленным на его валу рабочим колесом, промежуточный корпус с рабочей камерой для размещения рабочего колеса и крышку, прижатую своим плоским торцом к промежуточному корпусу, опирающемуся на торец цилиндрической расточки корпуса, а также входной и выходной каналы.
Недостатком такого вихревого ЭНА является низкий кпд, что вызвано принципиальной невозможностью регулировки положения торцов промежуточного корпуса и крышки, прилегающих к торцам рабочего колеса, относительно рабочего колеса, жестко закрепленного на валу электродвигателя. Из-за возможного отклонения оси вращения рабочего колеса от оси расточки на некоторый максимально возможный угол α вследствие реально существующих допусков на отклонения поверхностей, а также вследствие возможных поводок корпуса ЭНА при сварке (в случае применения приводного электродвигателя с фланцем под сварку) боковой зазор между торцами рабочего колеса и вышеупомянутыми торцами крышки и промежуточного корпуса необходимо увеличивать на значение возможного осевого смещения торцов рабочего колеса, вызванного этим отклонением на угол α, чтобы избежать заклинивания рабочего колеса между промежуточным корпусом и крышкой. Поскольку в вихревых насосах, а особенно в малорасходных насосах для систем ракетно-космической техники, напор заметно снижается при увеличении осевого зазора между рабочим колесом и торцами промежуточного корпуса и крышки, то и кпд насоса-прототипа меньше из-за необходимости введения гарантированного осевого зазора.
Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является повышение кпд вихревого ЭНА за счет возможности компенсации отклонения оси вращения рабочего колеса от оси расточки регулируемым отклонением промежуточного корпуса.
Этот результат достигается за счет того, что в известном вихревом ЭНА, содержащем корпус с цилиндрической расточкой диаметра d, установленные в нем электродвигатель с жестко закрепленным на его валу рабочим колесом, промежуточный корпус с рабочей камерой для размещения рабочего колеса, а также крышку, прижатую своим плоским торцом к промежуточному корпусу, опирающемуся на торец цилиндрической расточки корпуса, и входной и выходной каналы, согласно изобретению промежуточный корпус выполнен сборным из диска с центральным отверстием и кольца, обращенная к рабочему колесу торцовая поверхность диска выполнена плоской, и на противоположном торце диска выполнены три равномерно размещенные по окружности бобышки, упирающиеся в торец цилиндрической расточки корпуса, а кольцо размещено между крышкой и диском, при этом на наружной цилиндрической поверхности диска и кольца выполнены бурты с шириной b для центрирования диска и кольца в расточке, определяемой по формуле:
,
где f - минимальный гарантированный зазор в посадке буртов диска и кольца в расточку
α - максимально возможный угол отклонения оси вращения рабочего колеса от оси расточки.
На фиг.1 приведен пример конкретного выполнения вихревого ЭНА, продольный разрез, на фиг.2 - то же, поперечное сечение по А-А, на фиг.3 - расчетная схема для вывода приведенной в формуле изобретения математической зависимости.
Вихревой ЭНА содержит корпус 1 с цилиндрической расточкой 2 диаметра d, установленные в нем электродвигатель 3 с жестко закрепленным на его валу 4 рабочим колесом 5. Фланец электродвигателя 3 приварен к фланцу корпуса 1 сварным соединением 6. В корпусе 1 размещен также промежуточный корпус 7 с рабочей камерой 8 для размещения рабочего колеса 5 и крышка 9, прижатая своим плоским торцом 10 к промежуточному корпусу 7, опирающемуся на торец 11 цилиндрической расточки 2 корпуса 1. На крышке 9 выполнены также входной 12 и выходной 13 каналы и соединяющий их выполненный на торце 10 канал 14 (невидимый контур которого показан штриховой линией). Промежуточный корпус 7 выполнен сборным из диска 15 с центральным отверстием 16 для прохода ступицы рабочего колеса 5 и кольца 17. Обращенная к рабочему колесу 5 торцовая поверхность 18 диска 15 выполнена плоской, а на противоположном торце 19 диска выполнены три равномерно размещенные по окружности бобышки 20, упирающиеся в торец 11 цилиндрической расточки корпуса. Кольцо 17 размещено между крышкой 9 и диском 15. На наружной цилиндрической поверхности диска 15 и кольца 17 выполнены бурты 21 с шириной b для центрирования диска 15 и кольца 17 в расточке 2. Крышка 9 присоединена к корпусу 1 винтами 22, внешняя герметичность обеспечивается уплотнением 23. Рабочее колесо 5 закреплено на валу 4 посредством гайки 24 и шпонки 25. Ширина буртов 21 выполнена соответственно
,
где f - минимальный гарантированный зазор в посадке буртов диска и кольца в расточку;
α - максимально возможный угол отклонения оси вращения рабочего колеса от оси расточки.
Вихревой ЭНА работает следующим образом: при включении электродвигателя 3 он вращает рабочее колесо 5, установленное на его валу 4. Жидкость через входной канал 12 поступает в канал 14 и на лопатки рабочего колеса 5. Далее жидкость увлекается рабочим колесом 5 и перекачивается в выходной канал 13. Взаимодействие рабочей жидкости с рабочим колесом 5 и каналом 14 приводит к увеличению энергии жидкости и созданию напора ЭНА. При этом величина осевого зазора между торцами рабочего колеса 5 и торцевыми поверхностями 10 и 18 определяется соотношением толщин лопаточного венца рабочего колеса 5 и кольца 17. Необходимый минимальный гарантированный зазор получают шлифовкой торца кольца 17, исходя из замеренной толщины лопаточного венца рабочего колеса 5. Необходимое осевое взаимоположение рабочего колеса 5 с торцом 18 обеспечивают либо подрезкой торца ступицы рабочего колеса 5, либо постановкой шайб между этой ступицей и заплечиком вала 4. Параллельность торцов рабочего колеса 5 относительно торца 18 диска 15 обеспечивается механической обработкой торцов одной или двух бобышек 20, упирающихся в торец 11 расточки 2 корпуса 1. Эти три бобышки 20 за счет возможности уменьшения их толщины механической обработкой дают возможность поворота оси диска 15 в любом направлении на максимально возможный угол α для компенсации реально существующих допусков на отклонения поверхностей, а также вследствие возможных поводок корпуса ЭНА при сварке (в случае применения приводного электродвигателя с фланцем под сварку). Величина этого угла в конкретном ЭНА может быть измерена после его сборки, после чего можно рассчитать толщину снятия материала с одной или двух (в общем случае) бобышек. Толщина этих бобышек, необходимая для обеспечения поворота детали на этот угол, рассчитывается известными методами проектирования. Поскольку в соединениях кольца 17 и диска 15 с расточкой 2 существует гарантированный осевой зазор f (на диаметр), то эти детали могут поворачиваться на угол α, не вызывая заклинивания в корпусе. Для увеличения угла α на этих деталях выполнены бурты 21 с шириной b меньшей, чем толщина этих деталей. Расчетная схема для вывода математической зависимости приведена на фиг.3, в которой одна из деталей (для определенности 17) показана повернутой на угол α, величина которого в графическом выражении сильно преувеличена для наглядности пояснения. Деталь 17 с наружным диаметром (d-f) опирается в точке А на поверхность расточки 2. Максимальный поперечный размер детали в направлении, перпендикулярном оси расточки 2, равен g. Условие отсутствия заклинивания детали 17 в расточке 2 можно записать
.
Из геометрии фиг.3 очевидно, что
.
Подставив (2) в (1) и проведя очевидные алгебраические преобразования, получим указанное в формуле изобретения математическое выражение для b. Для обеспечения неизменного углового положения диска 15 относительно корпуса 1 используется фиксатор углового положения (на иллюстрациях не показан), который может быть выполнен в виде аксиально размещенного в отверстиях или пазах деталей 15 и 1 штифта.
В результате использования изобретения обеспечивается возможность компенсации отклонения оси вращения рабочего колеса от оси расточки регулируемым отклонением промежуточного корпуса за счет припиловки бобышек 20 диска 15. Вследствие этого гарантированный зазор между торцами крышки и диска может быть снижен путем шлифовки торца кольца, за счет чего достигается повышение кпд вихревого ЭНА.