ЭЛЕКТРОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ
ELECTRIC PUMP SET

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 (DE 1653721 А1, 23.12.1971). 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 наиболее близкий к изобретению электронасосный агрегат, содержащий сборный из двух частей корпус и уплотнение между ними, установленные в первой части корпуса в подшипниках вал насоса с, по крайней мере, одним рабочим колесом, соединенную с валом насоса компенсирующую муфту и электродвигатель с фланцем, контактирующим с торцом первой части корпуса, входящий своим торцем в расточку первой части корпуса, при этом вал электродвигателя установлен в отверстии компенсирующей муфты и снабжен шпонкой, установленной в шпоночном пазу вала электродвигателя и входящей в аксиальный паз на внутренней поверхности отверстия компенсирующей муфты (WO 9220926 А1, 26.11.1992).
Недостатком этого ЭНА является недостаточная надежность, т.к. при установке вала электродвигателя в отверстие компенсирующей муфты монтаж приходится вести «вслепую», т.к. конец вала электродвигателя, вводимый в отверстие компенсирующей муфты, не виден, поскольку он заслонен торцем электродвигателя, вводимым в расточку первой части корпуса. Следствием этого может быть выпадение шпонки из шпоночного паза вала электродвигателя при попытках ввести шпонку в аксиальный паз на внутренней поверхности отверстия компенсирующей муфты, после чего вал электродвигателя вводится в отверстие муфты, а факт отсутствия шпонки ничем не проявляется. В значительной степени правильная сборка зависит от квалификации и внимательности сборщика, хотя объективного критерия для определения правильности сборки в конструкции прототипа нет. На схематической иллюстрации прототипа расстояние от торца двигателя до его фланца невелико по сравнению с длиной вала электродвигателя, однако в существующих серийно изготавливаемых бесконтактных электродвигателях серии БК-2 (например, БК-2624, БК-2634), широко используемых в ЭНА космических аппаратов (Бобков А.В. Центробежные насосы систем терморегулирования космических аппаратов. - Владивосток, Дальнаука, 2003, с.181, табл.7.2), расстояние от торца электродвигателя до его фланца приблизительно равно длине вала, что делает шпонку полностью недоступной взгляду в процессе ее введения в аксиальный паз на внутренней поверхности отверстия компенсирующей муфты. Более того отсутствие в аксиальном пазу шпонки не всегда может быть обнаружено и в процессе приемо-сдаточных испытаний ЭНА, т.к. вращающий момент применяемых в космической технике электродвигателей ЭНА сравнительно мал и может быть сравним с моментом трения вала электродвигателя о внутреннюю поверхность отверстия компенсирующей муфты, ибо посадка вала в отверстие выполняется точной и может быть даже с небольшим натягом, поэтому при вращении вала электродвигателя вал насоса может приводиться во вращение моментом трения в соединении вала электродвигателя с муфтой, даже при выпавшей шпонке. Однако при дальнейшей эксплуатации ЭНА за счет износа происходит увеличение зазора в соединении вала электродвигателя с муфтой, снижение момента трения и сначала проскальзывание муфты относительно вала электродвигателя, затем полный останов муфты и связанного с ней вала насоса до выработки назначенного ресурса ЭНА. Такой случай реально произошел на борту международной космической станции - данные телеметрии подтвердили вращение вала электродвигателя (по сигналу встроенного таходатчика) с одновременным отсутствием создаваемого ЭНА напора - по датчику перепада давления. Впоследствии этот ЭНА был возвращен на Землю, и при его контрольной разборке убедились в отсутствии шпонки в аксиальном пазу - она лежала плашмя на торце электродвигателя, примагниченная к нему потоками рассеяния от постоянного магнита ротора электродвигателя.
Задачей изобретения является повышение надежности ЭНА за счет обеспечения возможности визуального контроля вхождения шпонки вала электродвигателя в аксиальный паз на внутренней поверхности отверстия компенсирующей муфты.
Технический результат достигается за счет того, что в известном ЭНА, содержащем сборный из двух частей корпус и уплотнение между ними, установленные в первой части корпуса в подшипниках вал насоса с, по крайней мере, одним рабочим колесом, соединенную с валом насоса компенсирующую муфту и электродвигатель с фланцем, контактирующим с торцем первой части корпуса, входящий своим торцем в расточку первой части корпуса, при этом вал электродвигателя установлен в отверстии компенсирующей муфты и снабжен шпонкой, установленной в шпоночном пазу вала электродвигателя и входящей в аксиальный паз на внутренней поверхности отверстия компенсирующей муфты, согласно изобретению вторая часть корпуса выполнена контактирующей своей внутренней цилиндрической поверхностью с наружной цилиндрической поверхностью первой части корпуса, и в первой части корпуса выполнено технологическое сквозное отверстие, сообщающее наружную цилиндрическую поверхность этой части корпуса с ее расточкой на участке между компенсирующей муфтой и торцем электродвигателя, а уплотнение размещено на первой части корпуса между технологическим сквозным отверстием и фланцем электродвигателя.
На чертеже приведен пример конкретного выполнения ЭНА, продольный разрез.
Электронасосный агрегат содержит сборный из двух частей - первой 1 и второй 2 - корпус 3 и уплотнение 4 между ними. В первой части 1 корпуса в подшипниках 5 и 6 установлены вал 7 насоса с, по крайней мере, одним рабочим колесом 8 и соединенная с валом 7 насоса компенсирующая муфта 9 и электродвигатель 10 с фланцем 11, контактирующим с торцем 12 первой части 1 корпуса. Электродвигатель 10 входит своим торцем 13 в расточку 14 первой части 1 корпуса 3, при этом вал 15 электродвигателя 10 установлен в отверстии 16 компенсирующей муфты 9 и снабжен шпонкой 17, установленной в шпоночном пазу вала 15 электродвигателя 10 и входящей в аксиальный паз 18 на внутренней поверхности отверстия 16 компенсирующей муфты 9. Вторая часть 2 корпуса 3 выполнена контактирующей своей внутренней цилиндрической поверхностью 19 с наружной цилиндрической поверхностью 20 первой части 1 корпуса 3. В первой части 1 корпуса 3 выполнено технологическое сквозное отверстие 21, сообщающее наружную цилиндрическую поверхность 20 этой части корпуса с ее расточкой 14 на участке между компенсирующей муфтой 9 и торцем 13 электродвигателя 10. Уплотнение 4 размещено на первой части 1 корпуса 3 между технологическим сквозным отверстием 21 и фланцем 11 электродвигателя 10. Компенсирующая муфта 9 снабжена торсионным валом 22, который размещен в сквозной полости 23 вала 7 насоса и соединен валом 7 насоса посредством штифта 24. Герметизация электродвигателя 10 обеспечивается неподвижным уплотнением 25.
ЭНА работает следующим образом: при включении электродвигателя 10 его вал 15 приводит во вращение компенсирующую муфту 9 и ее торсионный вал 22. Свободный конец торсионного вала 22 передает крутящий момент через штифт 24 на вал 7 и далее - на установленное на последнем рабочее колесо 8, которое перекачивает жидкость. При этом существующая несоосность между валами 7 и 15 выбирается за счет упругой деформации изгиба торсионного вала 22. В данном примере конкретного исполнения на валу 7 установлено одно рабочее колесо 8, однако для реализации изобретения количество колес несущественно. При этом технологическое сквозное отверстие 21 позволяет при сборке ЭНА производить визуальный контроль вхождения шпонки 17 в аксиальный паз 18. Благодаря заявленной конструкции вся сборка осуществляется установкой деталей и сборок, в том числе и электродвигателя 10, в первой части 1 корпуса 3, вторая часть 2 корпуса 3 устанавливается в последнюю очередь, позволяя обеспечивать герметичность соединения частей 1 и 2 корпуса 3. Технологическое сквозное отверстие 21 не влияет на нормальную работу собранного ЭНА, т.к. находится в тупиковой гидравлической зоне, а заявленное расположение уплотнения 4 устраняет возможные утечки через технологическое сквозное отверстие 21 наружу. Уплотнение упомянуто в ограничительной части формулы, несмотря на его отсутствие в иллюстрации прототипа, т.к. иллюстрация выполнена схематично вследствие того, что основным содержанием технического решения - прототипа - является конструкция компенсирующей муфты. Однако необходимость герметизации стыков частей корпуса в гидроагрегатах, работающих под давлением, общеизвестна.
В результате использования изобретения повышается надежность ЭНА за счет обеспечения возможности визуального контроля вхождения шпонки вала электродвигателя в аксиальный паз на внутренней поверхности отверстия компенсирующей муфты при сборке. Повышение надежности ЭНА особенно ценно для изделий космической техники, характеризующихся значительной стоимостью доставки сменного оборудования и трудностью замены выработавших ресурс агрегатов.