СПОСОБ РАБОТЫ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО ЭЛЕКТРОНАСОСНОГО АГРЕГАТА
METHOD OF OPERATION OF THE TWO-GEAR ELECTRIC PUMP UNIT

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике, конкретно - к способу работы электронасосного агрегата (ЭНА) для реализации его в устройстве ЭНА, предназначенного для применения в составе систем терморегулирования (СТР) самолетов и космических аппаратов (КА).
Известен способ работы многоступенчатого ЭНА (Малюшенко В.В. Динамические насосы. Москва: Машиностроение, 1984, лист 49, рис. 124) и ЭНА (патент RU 2042053 С1, 20.08.1995), включающий обеспечение циркуляции жидкости через него посредством работы электродвигателя, герметично соединенного с корпусом насоса, содержащим входной и выходной патрубки, обойму в нем, в расточке которой установлена втулка, рабочие колеса на валу электродвигателя и в их полостях, разделенных диафрагмой; причем циркуляция жидкости под напором через составляющие части электронасосного агрегата обеспечивается в следующей последовательности: входной патрубок, первое рабочее колесо с его полостью, первый переводной канал, второе рабочее колесо с его полостью, второй переводной канал, выходной патрубок насоса.
Недостатки способа работы ЭНА как аналога при реализации его в устройстве ЭНА заключаются в том, что он не исключает непроизводительные перетекания жидкости внутри насоса, циркулирующей под напором, и тем самым снижается КПД ЭНА. Причиной этому является то, что разделительная диафрагма не соединена герметично с обоймой, а лишь сопряжена с ней по наружному диаметру, и поэтому часть общего потока жидкости циркулирует из полости второго рабочего колеса в полость первого рабочего колеса, так как напор в ней меньше по сравнению с напором жидкости в полости второго рабочего колеса.
Другой причиной непроизводительных перетеканий жидкости внутри насоса и снижения КПД прототипа является большая протяженность переводных каналов и то, что они образованы в продольном направлении путем негерметичного сопряжения поверхностей составных частей конструкции ЭНА. Недостаточно высокие расходонапорные параметры прототипа ограничивают возможности его применения.
В качестве прототипа выбран способ работы многоступенчатого электронасосного агрегата (патент RU №2369777), включающий обеспечение циркуляции жидкости посредством работы его электродвигателя, корпус которого герметично соединен с алюминиевым корпусом насоса, содержащим входной и выходной патрубок, обойму в нем, в расточке которой установлены втулка, рабочие колеса на валу электродвигателя со своими рабочими полостями, разделенными диафрагмой. При этом циркуляция жидкости под напором через составляющие части электронасосного агрегата осуществляется в следующей последовательности: входной патрубок; первое рабочее колесо с его полостью; первый переводной канал; второе рабочее колесо с его полостью; второй переводной канал; выходного патрубка насоса.
Недостатки способа-прототипа заключаются в том, что при его реализации в устройстве ЭНА не исключаются непроизводительные перетекания жидкости, циркулирующей под напором внутри насоса, и тем самым снижается КПД ЭНА. Причиной этому является то, что разделительная диафрагма негерметично сопряжена своим внешним периметром с обоймой, и часть общего потока жидкости непроизводительно циркулирует из полости второго рабочего колеса в полость первого рабочего колеса, так как напор в ней меньше по сравнению с напором жидкости в полости второго рабочего колеса. Другой причиной непроизводительных перетеканий жидкости внутри насоса и снижения КПД прототипа является большая протяженность переводных каналов и то, что они образованы в продольном направлении путем негерметичного сопряжения поверхностей составных частей конструкции ЭНА. Недостаточно высокие расходонапорные показатели прототипа ограничивают возможности его применения.
Недостатком способа работы ЭНА как прототипа является то, что при его реализации конструкция насоса значительно усложнена уплотнителями для обеспечения герметичности ЭНА, в том числе при соединении корпуса электродвигателя с корпусом насоса, что приводит к увеличению его массы и снижению надежности.
Подшипники ротора электродвигателя не обеспечиваются циркуляцией через них жидкости, что снижает надежность их работы.
Задачи изобретения: повышение надежности, КПД работы ЭНА, упрощение конструкции, уменьшение массы, расширение условий применения.
Задачи решены за счет того, что в способе работы электронасосного агрегата (ЭНА), включающем обеспечение циркуляции жидкости посредством работы электродвигателя с герметично разделенными корпусами из титана, соответственно, ротора с его валом на подшипниках и статора, соединенного своим корпусом с алюминиевым корпусом насоса по периметру; ЭНА содержит входной и выходной патрубки; в корпусе ЭНА на валу ротора электродвигателя закреплены последовательно втулка, левое и правое рабочие колеса, установленные в расточке обоймы; рабочие полости рабочих колес разделены вертикальной диафрагмой и содержат жидкостные переводные каналы; циркуляцию жидкости обеспечивают в следующей последовательности: входной патрубок; вход и выход правого рабочего колеса, идущий на один из жидкостных переводных каналов; вход и выход левого рабочего колеса, идущий на другой жидкостный переводной канал; выходной патрубок, циркуляцию жидкости осуществляют относительно диафрагмы с герметично соединенным ее внешним периметром с обоймой по герметичным составным каналам, один переводной канал выполняют на участках обоймы и втулки и соединяют им выход рабочей полости правого рабочего колеса и вход рабочей полости левого рабочего колеса, другой переводной канал выполняют на участках обоймы и корпуса ЭНА и соединяют им выход рабочей полости левого рабочего колеса и выходной патрубок корпуса ЭНА; соединение корпуса статора электродвигателя и корпуса насоса выполняют герметичным посредством монолитного переходного биметаллического кольца соответственно с титановой и алюминиевой сторонами; полость корпуса ротора электродвигателя выполняют сообщающейся с полостью рабочего колеса по жидкости через подшипники ротора; электронасосные агрегаты располагают симметрично относительно плоскости, проходящей через входной патрубок, выходной патрубок и шарообразный обратный клапан, который устанавливают на пересечении выходов переводных каналов электронасосных агрегатов с каналом выходного патрубка; обратный клапан подпружинивают с наружной стороны выходного патрубка; корпус ЭНА выполняют в виде единой конструкции.
Предложенный способ работы ЭНА поясняется чертежом, на котором показан ЭНА (общий вид ЭНА в разрезе).
Способ работы электронасосного агрегата включает циркуляцию жидкости посредством работы электродвигателя с герметично разделенными корпусами 1, 2 из титана, соответственно, ротора с его валом 3 на подшипниках и статора, соединенного своим корпусом 2 с алюминиевым корпусом 4 насоса по периметру посредством монолитного переходного биметаллического кольца 19, соответственно, с титановой и алюминиевой сторонами. На корпусе 4 выполнены входной и выходной патрубки 5, 6. Внутри корпуса насоса 4 на валу 3 ротора электродвигателя закреплены последовательно втулка 8, левое и правое рабочие колеса 9, 10, установленные в расточке обоймы 7. Рабочие полости 11, 12 рабочих колес 9, 10, соответственно, разделенные вертикальной диафрагмой 13, содержат жидкостные переводные каналы 14, 15.
Канал 14 выполнен на участках обоймы 7 и втулки 8 и соединяет выход 16 полости 12 правого рабочего колеса 10 и вход 17 полости 11 левого рабочего колеса 9. Канал 15 выполнен на участках обоймы 7 и корпуса 4 насоса и соединяет выход 18 полости 11 левого рабочего колеса 9 и выходной патрубок 6 корпуса 4 насоса. При этом циркуляция жидкости через составляющие части электронасосного агрегата обеспечивается в следующей последовательности: входной патрубок 5; вход и выход правого рабочего колеса 10 с его рабочей полостью 12; жидкостный переводной канал 14; вход 17 и выход 18 левого рабочего колеса 9 с его рабочей полостью 11; жидкостный переводной канал 15; выходной патрубок 6.
Поставленные задачи предложенного способа работы ЭНА при реализации его в устройстве решены за счет того, что:
1. Циркуляцию жидкости осуществляют:
- относительно диафрагмы 13 при герметичном соединении ее внешним периметром с обоймой 7 (это обеспечивает снижение непроизводительного перетекания жидкости внутри насоса из полости 11 рабочего колеса 9 в полость 12 рабочего колеса 10, повышает КПД ЭНА);
- по герметичным жидкостным переводным каналам 14, 15, выполненным составными в отдельных деталях насоса (за счет этого обеспечено снижение непроизводительных перетеканий жидкости внутри насоса и тем самым повышение его КПД);
- при герметичном соединении сварочными швами 20, 21 по замкнутым периметрам корпусов 2, 4 соответственно статора электродвигателя и насоса посредством монолитного переходного биметаллического кольца 19 с титановой и алюминиевой сторонами соответственно по титану и алюминию (это позволило повысить герметичность ЭНА, его надежность, упростить конструкцию и снизить массу); полость корпуса 1 ротора электродвигателя выполнена сообщающейся с полостью 11 рабочего колеса 9 по жидкости через подшипники ротора (это позволило повысить надежность работы подшипников за счет вращения их в жидкости);
2. Циркуляцию жидкости по герметичным жидкостным переводным каналам 14, 15, выполненным составными в отдельных деталях насоса, осуществляют при соосной стыковке отдельных каналов соответствующих деталей и формирование из них жидкостных переводных каналов 14, 15 посредством вновь введенных штифтов 22, 23, которые изготовлены с большим диаметром по сравнению с диаметром указанных каналов и с их продольными осями (это позволило обеспечить более плотные торцевые сопряжения жидкостных переводных каналов 14, 15, снизить непроизводительные перетекания жидкости внутри насоса и тем самым повысить его КПД; кроме того, обеспечить фиксацию углового положения втулки 8 относительно обоймы 7 и обоймы 7 относительно корпуса 4 насоса, повысить надежность ЭНА).
3. Циркуляцию жидкости осуществляют в электронасосном агрегате, выполненном с симметрично расположенным дополнительным (резервным) электронасосным агрегатом 24, конструктивно аналогичным основному ЭНА. При этом плоскость симметрии проходит через входной патрубок 5, выходной патрубок 6 и шарообразный обратный клапан 25, установленный на пересечении выходов переводных каналов 15, 26 основного и дополнительного агрегатов с каналом выходного патрубка 6. Выходной патрубок 6 выполнен общим для корпусов обоих электронасосных агрегатов как и входной патрубок 5, а сами корпуса выполнены в виде единой конструкции (это позволило конструктивно упростить устройство при решении задачи функциональной автономности работы того или иного ЭНА по обеспечению требуемой циркуляции жидкости в замкнутом контуре СТР КА, повысить его надежность, уменьшить массу агрегата).
Обратный клапан 25 устанавливают снаружи через выход выходного патрубка 6. Предварительно к клапану 25 закреплена одним концом пружина, другой конец которой закреплен в выемке, которая выполнена на внутренней боковой цилиндрической поверхности выходного патрубка 6.
ЭНА, в котором реализован предложенный способ работы, функционирует следующим образом.
В процессе функционирования ЭНА в составе замкнутого жидкостного контура СТР КА жидкость (жидкий теплоноситель) под напором, создаваемым одновременным вращением последовательно установленных рабочих колес 10, 9, поступает на входной патрубок 5, далее - на правое рабочее колесо 10 в его полости 12, с выхода 16 которой и через переходной канал 14 поступает на вход 17 полости 11 левого рабочего колеса 9 и далее через переходной канал 15 - на обратный клапан 25 и выходной патрубок 6 насоса. За счет последовательно установленных рабочих колес 10, 9 на одном валу 3 ЭНА создает расход жидкости с повышенным напором. С учетом полученных улучшенных характеристик ЭНА стало возможным расширение его применения в СТР КА как с жидкостным теплоносителем, так и с двухфазным (газожидкостным).
В настоящее время предложенный способ работы ЭНА находится на стадии внедрения его в выпускаемую конструкторскую документацию на действующий опытный образец насоса с перспективой его внедрения на КА собственной разработки.