Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в системах терморегулирования изделий космической техники.

Известен электронасосный агрегат (ЭНА), содержащий металлический корпус с входным и выходным патрубками, установленный на корпусе электродвигатель, размещенные на валу электродвигателя рабочие колеса, установленный снаружи электродвигателя присоединенный к корпусу металлический герметизирующий кожух, на котором размещен электрический соединитель, группа из n (n=2, 3 и т.д.) параллельно соединенных резисторов, связанных с герметизирующим кожухом и размещенных внутри него (патент Российской Федерации №2533607, МПК: F04D 13/06, 2014 г.). Провода одного полюса питания электрического соединителя соединены с электродвигателем, а провода другого полюса питания соединены с одноименными выводами группы из n параллельно соединенных резисторов, вторые выводы которых соединены с электродвигателем.

Недостатком такого ЭНА является низкая надежность, являющаяся следствием установки и электромонтажа резисторов на дне герметизирующего кожуха, что усложняет как выполнение резьбовых отверстий для крепления резисторов, так и выполнение пайки их выводов, производящейся в глубине герметизирующего кожуха, что затрудняет обзор и подвод инструмента.

Этого недостатка лишен ЭНА, содержащий металлический корпус с фланцем, снабженный входным и выходным патрубками, установленный в корпусе электродвигатель, фланец которого прилегает к стенке корпуса, размещенные на валу электродвигателя рабочие колеса, установленный снаружи электродвигателя присоединенный к корпусу герметизирующий кожух, а также электрический соединитель и размещенный в цилиндрической расточке металлический стакан с установленным в нем и контактирующим с ним металлическим кронштейном, в пазах кронштейна размещена группа из n (n=2, 3 и т.д.) параллельно соединенных резисторов, выбранный в качестве прототипа (патент РФ №2618377, МПК: F04D 13/06, 2017 г.). Провода одного полюса питания электрического соединителя связаны с электродвигателем, а провода другого полюса питания связаны с одноименными выводами группы из n параллельно соединенных резисторов, вторые выводы которых соединены с электродвигателем.

Недостатком этого ЭНА является его значительная масса, обусловленная размещением кронштейна с резисторами и электрического соединителя на герметизирующем кожухе. Поскольку указанный кожух в прототипе выполняет, помимо основной функции - обеспечения герметизации электродвигателя - функцию несущего элемента конструкции для стакана с кронштейном и электрического соединителя, и функцию элемента теплопередачи от резисторов на корпус, то он имеет поперечное сечение и массу существенно превосходящие значения, обеспечивающие лишь герметизацию электродвигателя. Высокий уровень вибраций, характерный для ЭНА ракетно-космической техники, в сочетании со значительным удалением электрического соединителя от фланца ЭНА, обеспечивающего крепление ЭНА на изделии, может приводить к резонансу и разрушению элементов ЭНА, размещенных в зонах максимальной амплитуды вибраций (в частности, при испытаниях ЭНА на вибропрочность и виброустойчивость, отмечались случаи разрушения электрических соединителей, размещенных на стенке герметизирующего кожуха). Для снижения амплитуды вибраций приходится увеличивать жесткость кожуха путем увеличения его поперечного сечения и, соответственно, массы. Также для обеспечения теплопередачи от резисторов на корпус и далее, к перекачиваемой ЭНА жидкости, через которую впоследствии тепло снимается в размещенном в космическом пространстве радиаторе, требуется достаточная теплопроводность кожуха, что требует изготовления кожуха из металла с высокой теплопроводностью (обычно алюминиевый сплав, обладающий хорошей теплопроводностью и достаточной прочностью при сравнительно малой плотности) и достаточным поперечным сечением. Оба указанных фактора (обеспечение вибропрочности и теплопередачи) приводят к неизбежному увеличению массы герметизирующего кожуха.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является снижение массы ЭНА.

Этот результат достигается за счет того, что в известном электронасосном агрегате, содержащем металлический корпус с фланцем, снабженный входным и выходным патрубками, установленный в корпусе электродвигатель, фланец которого прилегает к стенке корпуса, размещенные на валу электродвигателя рабочие колеса, установленный снаружи электродвигателя присоединенный к корпусу герметизирующий кожух, а также электрический соединитель и размещенный в цилиндрической расточке металлический стакан с установленным в нем и контактирующим с ним металлическим кронштейном, в пазах кронштейна размещена группа из n (n=2, 3 и т.д.) параллельно соединенных резисторов, при этом провода одного полюса питания электрического соединителя связаны с электродвигателем, а провода другого полюса питания связаны с одноименными выводами группы из n параллельно соединенных резисторов, вторые выводы которых соединены с электродвигателем, согласно изобретению, на корпусе выполнен прилегающий к его фланцу выступ, цилиндрическая расточка под металлический стакан выполнена глухой в указанном выступе, электрический соединитель размещен в расточке, также выполненной глухой в указанном выступе, и между глухими расточками под стакан и электрический соединитель, а также между глухой расточкой под стакан и стенкой корпуса, к которой прилегает фланец электродвигателя, выполнены отверстия под провода.

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения ЭНА, продольный разрез, на фиг. 2, - то же, вид слева, на фиг. 3 - электрическая схема соединений электрического соединителя с электродвигателем ЭНА.

ЭНА содержит металлический корпус 1 с фланцем 2, снабженный входным 3 и выходным 4 патрубками, и установленный в корпусе 1 электродвигатель 5. Фланец 6 электродвигателя 5 прилегает к стенке 7 корпуса 1. На валу 8 электродвигателя 5 размещено рабочее колесо 9. Снаружи электродвигателя 5 установлен присоединенный к корпусу 1 герметизирующий кожух 10. На корпусе 1 выполнен прилегающий к его фланцу 2 выступ 11. В указанном выступе 11 выполнена глухая цилиндрическая расточка 12, в которой размещен металлический стакан 13 с установленным в нем и контактирующим с ним металлическим кронштейном 14. В пазах 15 кронштейна 14 размещена группа из 4 параллельно соединенных резисторов 16. В расточке 17, также выполненной глухой в выступе 11 размещен электрический соединитель 18. Провода 19 одного полюса питания электрического соединителя 18 (в данном примере - от плюса питания) соединены с электродвигателем 5, а провода 20 другого полюса питания (в данном примере - от минуса питания) соединены с одноименными выводами группы из 4 параллельно соединенных резисторов 16, вторые выводы которых соединены с электродвигателем 5 проводами 21. Между глухими расточками 12 и 17 под стакан 13 и электрический соединитель 18 соответственно, выполнено отверстие 22 под провода 19 и 20. Также между глухой расточкой 12 под стакан 13 и стенкой 7 корпуса 1, к которой прилегает фланец 6 электродвигателя 5, выполнено отверстие 23 под провода 19 и 21. Металлический стакан 13 присоединен к выступу 11 винтами 24. Металлический кронштейн 14, наружная поверхность которого повторяет внутреннюю цилиндрическую поверхность стакана 13 и контактирует с ней, закреплен на дне стакана винтами 25.

Резисторы 16 - в данном примере типа С5-47 - установлены на днищах пазов 15 посредством винтов 26. Герметизирующий кожух 10 присоединен к корпусу 1 винтами 27. Параллельное соединение резисторов 16 выполнено проводами - перемычками 28. На фланце 2 корпуса 1 выполнено 4 отверстия 29 для закрепления ЭНА на изделии.

ЭНА работает следующим образом: при подаче напряжения на электрический соединитель 18 напряжение через провода 19 от «плюса» питания и провода 20 от «минуса» питания, группу резисторов 16 и провода 21 поступает на электродвигатель 5. Вал 8 электродвигателя 5 вращает рабочее колесо 9. Жидкость из гидравлической сети (не показана) через входной патрубок 3 поступает на вход и далее на периферию рабочего колеса 9, оттуда - в выходной патрубок 4 и в гидравлическую сеть (не показана). Поскольку постоянное напряжение, поступающее на электродвигатель 5, меньше постоянного напряжения питания, поступающего на электрический соединитель 18 (это напряжение от аккумуляторной батареи космического корабля или стабилизированное напряжения системы электроснабжения орбитальной станции) на величину падения напряжения на группе параллельно соединенных резисторов 16, то электродвигатель 5 развивает меньшую мощность (и, соответственно, ЭНА создает меньший напор и расход), чем если бы электродвигатель был соединен с электрическим соединителем непосредственно. Естественно, при этом на группе резисторов 16, поскольку через них протекает ток, выделяется тепло, которое необходимо снимать во избежание перегрева ЭНА - на космических объектах из-за невесомости отсутствует естественная конвекция, а теплопроводность воздуха вокруг резисторов весьма мала, так же, как мало и тепловое излучение при допустимой температуре эксплуатации резисторов. Однако, т.к. резисторы 16 установлены на металлическом, т.е. высокотеплопроводном, кронштейне 14 - в данном примере резисторы типа С5-47 связаны с кронштейном посредством своих корпусов, сконструированных специально для отвода тепла на свою опорную поверхность - то выделяющееся на резисторах 16 тепло передается путем теплопроводности на кронштейн 14, далее через контакт по его наружной поверхности тепло передается на металлический стакан 13, который контактирует, т.к. поджат винтами 24, с выступом 11 корпуса 1, в т.ч. и на патрубки 3 и 4. Поскольку через эти патрубки непосредственно протекает поток перекачиваемой ЭНА жидкости, указанное тепло передается путем теплопроводности на эту жидкость, которая дальше протекает через теплообменник системы терморегулирования, где излишнее тепло (выделившееся на резисторах) вместе с основным, снимаемым системой терморегулирования и во много раз превосходящим тепло, выделившееся на резисторах, сбрасывается с радиатора системы в космическое пространство. Могут быть использованы резисторы других конструкций, без опорных площадок, с использованием механических средств крепления резисторов к стенке между пазами и заливкой пространства внутри стакана теплопроводящей пастой. Установка n=2, 3 и т.д.) параллельно соединенных резисторов вместо одного необходима для обеспечения надежности ЭНА - в случае выхода из строя одного резистора из группы увеличивается сопротивление группы оставшихся параллельно соединенных резисторов, что приводит к некоторому снижению протекающего через электродвигатель тока и незначительному снижению гидравлических параметров, что допустимо на небольшой промежуток времени до замены отказавшего насоса на резервный, имеющийся в ЗИП. В случае же, если резистор был бы всего один, его отказ равносилен полному отказу ЭНА. Из аналогичных соображений провода, поскольку один провод в цепях питания агрегатов космической техники из тех же соображений надежности практически никогда не применяется. Заявляются колеса, в то время как в приведенном примере рабочее колесо одно. Очевидно, что количество рабочих колес к механизму работы изобретения не относится, а выбирается известными инженерными методами исходя из требуемых параметров ЭНА.

В результате использования изобретения снижается масса ЭНА, так как установка стакана с кронштейном и закрепленной на последнем группой резисторов в расточке выступа корпуса существенно снижает массу герметизирующего кожуха, который уже не выполняет функцию несущего элемента конструкции для стакана с кронштейном и электрического соединителя, и функцию элемента теплопередачи от резисторов на корпус. Вследствие этого поперечное сечение и масса герметизирующего кожуха существенно снижена до значений, обеспечивающих лишь герметизацию электродвигателя. Тепло, выделяемое на резисторах, передается путем теплопередачи на корпус более коротким путем, и устраняется лишний переход для теплового потока по сравнению с прототипом - в месте контакта герметизирующего кожуха с корпусом. Устранение для кожуха функции теплопередачи позволяют выбирать материал для него вне зависимости от его теплопроводности, что дает возможность применения более легких, чем алюминий, материалов - например, магниевые сплавы или пластмассу, обладающее значительно меньшей плотностью. Устранение необходимости снижения вибрационных нагрузок позволяет существенно снизить поперечное сечение герметизирующего кожуха, что также снижает его массу. В то же время размещение электрического соединителя и стакана в выступе корпуса, прилегающем к его фланцу, позволяет без увеличения массы ЭНА существенно снизить вибрационные нагрузки, воздействующие на электросоединитель, из-за высокой жесткости основной детали ЭНА - корпуса - и близости расположения электросоединителя к местам закрепления ЭНА на изделии - отверстиям 29 во фланце 2. Снижение массы ЭНА весьма важно для изделий космической техники из-за высокой стоимости доставки груза на орбиту.