ДУБЛИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ
REDUNDANT ELECTRICALLY DRIVEN 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 дублированный электронасосный агрегат (ЭНА), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, в котором установлены два центробежных электронасоса, при этом входные полости электронасосов сообщены с входным патрубком, а выходные полости сообщены с выходным патрубком через двусторонний обратный клапан, установленный между диффузорами электронасосов (КРАЕВ М.В. и др. Малорасходные насосы авиационных и космических систем. Москва: Машиностроение, 1985, с.20, рис.1.12).
Недостатком этого ЭНА являются низкая технологичность конструкции ЭНА, так как размещение двустороннего обратного клапана требует применения сварочных операций, а также повышенный радиальный габарит, вызванный наличием протяженных конических диффузоров в каждом электронасосе.
Этих недостатков лишен наиболее близкий к изобретению дублированный ЭНА, содержащий корпус, снабженный входным и выходным патрубками, установленные в сквозной расточке корпуса с его противоположных концов два центробежных электронасоса, входные полости которых сообщены с входным патрубком, а выходные полости сообщены с выходным патрубком, а также установленный между одноименными полостями центробежных электронасосов двусторонний обратный клапан в виде перегородки и установленного в последней переключающего элемента, при этом отверстие входного патрубка выполнено выходящим в сквозную расточку корпуса (RU 2143593 С1, 27.09.1999).
Недостатком этого ЭНА являются низкие антикавитационные качества ЭНА, что вызвано повышенным гидравлическим сопротивлением входного тракта (БОБКОВ А.В. Центробежные насосы систем терморегулирования космических аппаратов. Владивосток, Дальнаука, 2003, с.196, абзац 4). Другим недостатком такого ЭНА является сложность его конструкции, вызванная необходимостью фиксации перегородки относительно корпуса, сложностью выполнения наклонных диффузорных каналов, сообщающих выходные полости насосов с выходным патрубком, а также сложностью угловой фиксации втулок с улитками относительно корпуса.
Задачей изобретения является повышение антикавитационных качеств дублированного ЭНА без увеличения его габаритов и упрощение конструкции.
Этот результат достигается за счет того, что в известном дублированном ЭНА, содержащем корпус, снабженный входным и выходным патрубками, два соосных установленных в расточках корпуса с его противоположных концов центробежных электронасоса, каждый из которых состоит из электродвигателя с рабочим колесом и втулки с охватывающей рабочее колесо, выходящей на наружную цилиндрическую поверхность втулки улиткой на первом своем торце и отверстием для подвода жидкости на втором своем торце, причем входные полости центробежных электронасосов сообщены с входным патрубком, а их выходные полости сообщены с выходным патрубком, а также установленный неподвижно между одноименными полостями центробежных электронасосов двусторонний обратный клапан в виде перегородки, разделяющей входные полости электронасосов, и установленного в сквозном аксиальном канале перегородки с возможностью аксиального перемещения переключающего элемента, согласно изобретению перегородка выполнена заодно с корпусом, в ней выполнено сквозное аксиальное отверстие, втулки центробежных электронасосов установлены с упором их вторых торцов в стенки перегородки, при этом отверстие выходного патрубка сообщено со сквозным аксиальным каналом в его средней части, а отверстие входного патрубка сообщено со сквозным максиальным отверстием, на наружной поверхности каждой втулки выполнена переводная канавка, а на втором торце каждой втулки выполнена диффузорная канавка, переводная канавка сообщена с улиткой и с началом диффузорной канавки, выполненной с поперечным сечением, расширяющимся от своего начала до своего окончания, окончание диффузорной канавки сообщено с выходом сквозного аксиального канала на стенку перегородки, а отверстие для подвода жидкости каждой втулки сообщено с выходом сквозного аксиального отверстия на стенку перегородки.
Таким образом, двусторонний обратный клапан размещен между выходными полостями центробежных электронасосов и за счет этого устранено дополнительное гидравлическое сопротивление на входе ЭНА, что приводит к повышению его антикавитационных качеств. Выполнение же перегородки заодно с корпусом устраняет необходимость ее фиксации относительно корпуса и обеспечивает легкость угловой фиксации втулок с улитками относительно корпуса аксиальными штифтами, размещенными в перегородке и втулках. Также вместо сложных из-за ограниченного доступа диффузорных каналов (в прототипе) применены диффузорные канавки, легко и высокопроизводительно обрабатываемые фрезерованием. Все эти конструктивные изменения существенно упрощают конструкцию.
На фиг.1 приведен пример конкретного выполнения дублированного ЭНА, продольный разрез, на фиг.2, 3, 4 - то же, разрезы по А-А, Б-Б, В-В соответственно.
Дублированный электронасосный агрегат содержит корпус 1, снабженный входным и выходным патрубками 2, 3. В расточках 4 и 5 корпуса 1 с его противоположных концов установлены два соосных центробежных электронасоса 6 и 7 соответственно. Каждый из центробежных электронасосов 6 и 7 содержит соответственно электродвигатель 8 и 9, установленное на его валу рабочее колесо 10 и 11 и втулки 12 и 13. На втулках 12 и 13 соответственно выполнены охватывающие рабочие колеса 10 и 11, выходящие на наружную цилиндрическую поверхность втулок 12 и 13, улитки 14 и 15 на первых торцах 16 и 17 и отверстия 18 и 19 для подвода жидкости на вторых торцах 20 и 21. Входные полости 22 и 23 центробежных электронасосов 6 и 7 соответственно сообщены с входным патрубком 2, а выходные полости 24 и 25 центробежных электронасосов 6 и 7 соответственно сообщены с выходным патрубком 3. Между одноименными (по данному изобретению - выходными) полостями 24 и 25 центробежных электронасосов 6 и 7 также установлен двусторонний обратный клапан 26, состоящий из выполненной заодно с корпусом 1 перегородки 27, разделяющей входные полости 22 и 23, и установленного в сквозном аксиальном канале 28 перегородки 27 с возможностью аксиального перемещения переключающего элемента 29, выполненного в виде шарика. В перегородке 27 выполнено сквозное аксиальное отверстие 30, втулки 12 и 13 центробежных электронасосов 6 и 7 установлены с упором их вторых торцов 20 и 21 в стенки перегородки 27. Отверстие выходного патрубка 3 сообщено со сквозным аксиальным каналом 28 в его средней части через ряд отверстий 31. На наружной поверхности втулок 12 и 13 выполнены соответственно переводные канавки 32 и 33, сообщающие улитки 14 и 15 с выполненными на вторых торцах 20 и 21 диффузорными канавками 34 и 35. Их поперечное сечение выполнено расширяющимся от входа в них переводных канавок 32 и 33 до своих окончаний 36 и 37, т.к. диффузорные канавки 34 и 35 выполняют роль диффузора, в котором часть кинетической энергии жидкости преобразуется в энергию статического давления. Нужная для этого преобразования степень расширения сечения канавок хорошо изучена и известна (см., например, Лопастные насосы. Под ред. В.А.Зимницкого и В.А.Умова. Ленинград: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1986, с.63). Окончания 36 и 37 сообщены с выходами сквозного аксиального канала 28 на стенки перегородки 27, а отверстия 18 и 19 для подвода жидкости каждой втулки 12 и 13 сообщены с выходами сквозного аксиального отверстия 30 на стенки перегородки 27. Переключающий элемент 29 размещен в сквозном аксиальном канале 28, в котором также запрессованы конусные седла 38 и 39. Переключающий элемент может быть выполнен и в другом исполнении, например установленная между двумя седлами тарель на штоке, поэтому используется обобщающий признак «переключающий элемент». Фиксация втулок 12 и 13 от проворота осуществляется аксиальными штифтами 40 и 41, размещенными в отверстиях на втулках 12 и 13 и перегородке 27.
ЭНА работает следующим образом: при включении одного из электродвигателей (например, электродвигателя 8 центробежного электронасоса 6) он вращает рабочее колесо 10. Электродвигатель 9 центробежного электронасоса 7 при этом не работает. Жидкость через входной патрубок 2, сквозное аксиальное отверстие 30, отверстие 18 и входную полость 22 поступает на вход и далее на периферию рабочего колеса 10, затем через улитку 14, выходную полость 24 и переводную канавку 32 поступает в диффузорную канавку 34, где происходит частичное преобразование кинетической энергии жидкости в энергию статического давления, и далее - через окончание 36 диффузорной канавки 34 поступает в сквозной аксиальный канал 28 перегородки 27. Далее жидкость поступает через отверстия 31 в выходной патрубок 3. При этом шарик - переключающий элемент 29 двустороннего обратного клапана 26 под воздействием статического давления жидкости, создаваемого центробежным электронасосом 6, поджат к седлу 39 - это положение показано на фиг.1, перекрывает проток жидкости изнутри сквозного аксиального канала 28 через неработающий в данный момент центробежный электронасос 7 во входной патрубок 2. При отказе или выработке ресурса центробежного электронасоса 6 его выключают и включают центробежный электронасос 7. Электродвигатель 9 вращает рабочее колесо 11. Электродвигатель 8 центробежного электронасоса 6 при этом не работает. Жидкость через входной патрубок 2, сквозное аксиальное отверстие 30, отверстие 19 и входную полость 23 поступает на вход и далее на периферию рабочего колеса 11, затем через улитку 15, выходную полость 25 и переводную канавку 33 поступает в диффузорную канавку 35, где происходит частичное преобразование кинетической энергии жидкости в энергию статического давления, и далее - через окончание 37 диффузорной канавки 35 поступает в сквозной аксиальный канал 28 перегородки 27. Далее жидкость поступает через отверстия 31 в выходной патрубок 3. Под воздействием статического давления жидкости, создаваемого центробежным электронасосом 7, переключающий элемент 29 переместится из положения, показанного на фиг.2, в противоположное - до упора в седло 38. При этом шарик - переключающий элемент 29 двустороннего обратного клапана 26 под воздействием статического давления жидкости, создаваемого центробежным электронасосом 7, поджат к седлу 38 и перекрывает проток жидкости изнутри сквозного аксиального канала 28 через неработающий в данный момент центробежный электронасос 6 во входной патрубок 2. Сквозной аксиальный канал 28 сообщен с выходным патрубком 3 не непосредственно, а с помощью ряда отверстий 31, чтобы избежать попадания в него шарика 29. Однако это не является обязательным для реализации изобретения и поэтому не нашло отражения в формуле изобретения, например, при выполнении переключающего элемента в виде тарели на штоке, установленном между двумя седлами, можно непосредственно сообщать сквозной аксиальный канал 28 с выходным патрубком 3.
В результате использования изобретения двусторонний обратный клапан размещен между выходными полостями центробежных электронасосов и за счет этого устранено дополнительное гидравлическое сопротивление на входе ЭНА, что приводит к повышению его антикавитационных качеств. Выполнение же перегородки заодно с корпусом устраняет необходимость ее фиксации относительно корпуса и обеспечивает легкость угловой фиксации втулок с улитками относительно корпуса аксиальными штифтами, размещенными в перегородке и втулках. Также вместо сложных в обработке из-за ограниченного доступа диффузорных каналов (в прототипе) применены диффузорные канавки, легко и высокопроизводительно обрабатываемые фрезерованием. Все эти конструктивные изменения существенно упрощают конструкцию.
Поскольку эти преимущества достигаются без увеличения как радиальных, так и осевых габаритов ЭНА, то заявленное изобретение особенно ценно для изделий космической техники, характеризующихся весьма малыми располагаемыми объемами под компоновку оборудования.