CN113503260B - 一种应用于航天器的无轴泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于航天器热控流体回路中，同时可以串联叠加使用的新型小型无轴泵，该无轴泵采用泵与管道的一体化设计，能够解决泵在流体回路管道中的密封问题，以及减小回路的沿程阻力。当无轴泵不工作时，工质依然可通过泵体，为流体回路的驱动问题提出更通用化的解决方式。

Description

一种应用于航天器的无轴泵

技术领域

本发明涉及流体回路驱动泵设计领域，尤其涉及一种应用于航天器的无轴泵。

背景技术

目前空间技术中的驱动泵主要以离心泵、隔膜泵和轴流泵为主。离心泵、轴流泵都是通过电机轴与叶轮进行连接，电机与管道的分体式结构易导致工质的泄漏以及工件的损坏，同时电机长轴的使用也进一步导致了振动的产生。此外，离心泵与轴流泵的设计都要求其流动管道设计为弯管，在水力分析中需考虑其弯管压降，产生了相应的水力损失，在泵出现故障的情况下，工质需要克服更大的阻力才能通过泵体。而隔膜泵虽然减少了管道沿程阻力的损失，但是其本身设计较为复杂。同时，隔膜泵的作用机理是通过空间的挤压带动工质流动，这种机理使其在长时间工作的情况下，材料产生连续的形变，导致泄漏。以上三种泵的使用，均需要针对不同流体回路的任务指标对泵进行选型设计，增加了研究成本与任务难度。

无轴泵推技术是将驱动轴带动叶轮旋转的方式改为将电机定子内嵌在环形导管内，直接驱动转子带动叶轮旋转。这种技术多用于大型船舶、潜艇的推进系统。但是其环形导管的结构及其大型电机系统的设计并不适合小型或微型管道内的流体驱动，特别在小型航天器热控流体回路中，所用管路管径可小至毫米级，因此现有技术无法应用于航天器中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于航天器的无轴泵，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种应用于航天器的无轴泵，采用整体套筒式设计，包括定子端盖、第一轴承、限位工件、转子、固定管道、端盖、叶片、旋转部件、第二轴承以及定子；所述定子的两端栓接有所述定子端盖，所述固定管道穿过所述定子端盖和所述定子，所述端盖与所述固定管道法兰连接；所述第一轴承、所述限位工件、所述转子、所述叶片、所述旋转部件和所述第二轴承都位于所述固定管道的管体内部；所述转子外侧嵌有磁瓦，内侧特殊卡口与所述旋转部件的第一凸台配合组装，所述旋转部件的第二凸台高于所述转子的内侧特殊卡口以及所述旋转部件的所述第一凸台，防止所述转子与所述旋转部件发生径向相对移动；所述第一轴承与所述第二轴承分别与所述旋转部件的两端相接，使所述旋转部件能够沿所述固定管道的轴线转动；所述第一轴承于所述固定管道的收口端之间过盈配合；所述端盖内测有环形凸台，所述第二轴承与所述端盖的环形凸台之间过盈配合；所述限位工件在所述第一轴承与所述转子之间，限制所述第一轴承与所述转子发生径向移动，且所述限位工件内侧有特殊卡口设计，与所述旋转部件的所述第一凸台相接，防止所述限位工件与所述旋转部件发生相对旋转运动，同时限制所述旋转部件的径向移动；所述第二轴承为阶梯轴，与所述旋转部件的第二凸台以及所述端盖相接；所述叶片以固定角度与位置组装在所述旋转部件内侧。

进一步，所述定子采用小型无刷电机定子结构，其外部尺寸不超过10cm*10cm*10cm。

进一步，所述盖端内侧有环形小凹槽，其中放置有密封圈。

进一步，所述固定管道的收口端和所述端盖的出口端的管内径尺寸不超过15mm。

进一步，所述固定管道选用材料为不锈钢或者哈氏合金，管壁厚度不超过1mm。

进一步，所述定子外侧固定有底座，用于将泵体固定在航天器结构中。

进一步，所述叶片由超过3个独立叶片组成，无中心轴连接。

本发明的有益效果是：

1.本发明解决了使用长轴而带来的振动问题，弯管设计问题以及弯管带来的沿程阻力问题，提高了泵的适应性以及抗振性；

2.定子与转子做分体式设计，通过特制管道隔离，无轴泵工质不与定子接触，解决了泄漏腐蚀定子的问题；

3.工质流经腔内对轴承起到润滑作用，同时，流动的工质也带走了电机产生的热量，起到降温的作用；

4.本发明无轴泵的结构简单且易于安装，提高了无轴泵的整体适应性，易于实现微型化，能够在管道内串联使用，更方便应用于不同指标的流体回路中，最大程度的提高无轴泵在不同流体回路中的适应性以及可装配性。

附图说明

图1是本发明应用于航天器的无轴泵的整体结构示意图；

图2是本发明应用于航天器的无轴泵的轴向剖视图；

图3是本发明应用于航天器的无轴泵的径向示意图；

图4是本发明应用于航天器的无轴泵的内部叶片与旋转部件结构示意图；

其中，1-螺栓；2-定子端盖；3-第一轴承；4-限位工件；5-转子；6-固定管道；7-密封圈；8-端盖；9-叶片；10-旋转部件；11-第二轴承；12-定子；13-底座；14-旋转部件第一凸台；15-旋转部件第二凸台。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了使整体结构设计更加趋于微型化，能够应用于航天内径毫米级管路中，需要更大程度的优化泵体结构。本发明采用整体套筒式设计，主要结构包括定子端盖2、第一轴承3、限位工件4、转子5、固定管道6、密封圈7、端盖8、叶片9、旋转部件10、第二轴承11以及定子12。

如图1，所述定子12采用小型无刷电机定子结构，其外部尺寸不超过10cm*10cm*10cm。所述定子12的两端栓接有所述定子端盖2，所述固定管道6穿过所述定子端盖2和所述定子12，所述端盖8与所述固定管道6法兰连接，所述盖端8内侧有放置所述密封圈7的环形小凹槽，防止法兰连接处的工质泄漏。所述固定管道6的一端为收口端，另一端通过所述端盖8收口，方便工件从一侧安装。

为了方便与航天器流体回路所选用管道连接，所述固定管道6的收口端和所述端盖8的出口端的管内径尺寸应在15mm内。

进一步，所述定子12外侧固定有底座13，用于将泵体固定在航天器结构中。

如图2，所述第一轴承3、所述限位工件4、所述转子5、所述叶片9、所述旋转部件10和所述第二轴承11都位于所述固定管道6的管体内部，工质从所述固定管道6的管体内部流过，可有效带走热量，同时对所述第一轴承3和所述第二转轴11起到润滑作用。

由于航天器热控流体回路所选工质种类复杂，所需材料需要具有高强度、耐腐蚀的特点。因此所述固定管道6选用材料为不锈钢或者哈氏合金，管壁厚度不超过1mm，能够最大程度减小固定管道产生的涡流效应。

如图3和图4，所述转子5外侧嵌有磁瓦，内侧特殊卡口与所述旋转部件10的第一凸台14配合组装，所述旋转部件10的第二凸台15高于所述转子5的内侧特殊卡口以及所述旋转部件10的所述第一凸台14，防止所述转子5与所述旋转部件10发生径向相对移动。

如图2，所述第一轴承3与所述第二轴承11分别与所述旋转部件10的两端相接，使所述旋转部件10能够沿所述固定管道6的轴线转动；所述第一轴承3于所述固定管道6的收口端之间过盈配合；所述端盖8内测有环形凸台，所述第二轴承11与所述端盖8的环形凸台之间过盈配合；所述限位工件4在所述第一轴承3与所述转子5之间，限制所述第一轴承3与所述转子5发生径向移动，且所述限位工件4内侧有特殊卡口设计，与所述旋转部件10的所述第一凸台14相接，防止所述限位工件4与所述旋转部件10发生相对旋转运动，同时限制所述旋转部件10的径向移动；所述第二轴承11为阶梯轴，与所述旋转部件10的第二凸台15以及所述端盖8相接。

如图3和图4，所述叶片9由多个单独叶片组成，无中心轴连接，以固定角度与位置组装在所述旋转部件10内侧。所述叶片9的设计尺寸在毫米级范围内。所述定子12的内部绕组通电后产生旋转磁场，驱动所述转子5沿所述固定管道6的轴线转动，同时带动所述旋转部件10以及所述叶片9旋转，从而驱动工质沿所述固定管道6流动。

本发明无轴泵的使用方式可以在流体管道任意位置串联叠加使用，所述固定管道6与所述盖端8可与其他管道通过管道连接装置连接，从而最大程度的提高无轴泵针对不同流体回路的适应性。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

1.本发明解决了使用长轴而带来的振动问题，弯管设计问题以及弯管带来的沿程阻力问题，提高了泵的适应性以及抗振性；

2.定子与转子做分体式设计，通过特制管道隔离，无轴泵工质不与定子接触，解决了泄漏腐蚀定子的问题；

3.工质流经腔内对轴承起到润滑作用，同时，流动的工质也带走了电机产生的热量，起到降温的作用；

4.本发明无轴泵的结构简单且易于安装，提高了无轴泵的整体适应性，易于实现微型化，能够在管道内串联使用，更方便应用于不同指标的流体回路中，最大程度的提高无轴泵在不同流体回路中的适应性以及可装配性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种应用于航天器的无轴泵，其特征在于，采用整体套筒式设计，包括定子端盖、第一轴承、限位工件、转子、固定管道、端盖、叶片、旋转部件、第二轴承以及定子；所述定子的两端栓接有所述定子端盖，所述固定管道穿过所述定子端盖和所述定子，所述端盖与所述固定管道法兰连接；所述第一轴承、所述限位工件、所述转子、所述叶片、所述旋转部件和所述第二轴承都位于所述固定管道的管体内部；所述转子外侧嵌有磁瓦，内侧卡口与所述旋转部件的第一凸台配合组装，所述旋转部件的第二凸台高于所述转子的内侧卡口以及所述旋转部件的所述第一凸台，防止所述转子与所述旋转部件发生径向相对移动；所述第一轴承与所述第二轴承分别与所述旋转部件的两端相接，使所述旋转部件能够沿所述固定管道的轴线转动；所述第一轴承与所述固定管道的收口端之间过盈配合；所述端盖内测有环形凸台，所述第二轴承与所述端盖的环形凸台之间过盈配合；所述限位工件在所述第一轴承与所述转子之间，限制所述第一轴承与所述转子发生径向移动，且所述限位工件内侧有卡口设计，与所述旋转部件的所述第一凸台相接，防止所述限位工件与所述旋转部件发生相对旋转运动，同时限制所述旋转部件的径向移动；所述第二轴承为阶梯轴，与所述旋转部件的第二凸台以及所述端盖相接；所述叶片以固定角度与位置组装在所述旋转部件内侧；

所述端盖内侧有环形小凹槽，其中放置有密封圈；

所述叶片由超过3个独立叶片组成，无中心轴连接。

2.如权利要求1所述的应用于航天器的无轴泵，其特征在于，所述定子采用小型无刷电机定子结构，其外部尺寸不超过10cm*10cm*10cm。

3.如权利要求1所述的应用于航天器的无轴泵，其特征在于，所述固定管道的收口端和所述端盖的出口端的管内径尺寸不超过15mm。

4.如权利要求1所述的应用于航天器的无轴泵，其特征在于，所述固定管道选用材料为不锈钢或者哈氏合金，管壁厚度不超过1mm。

5.如权利要求1所述的应用于航天器的无轴泵，其特征在于，所述定子外侧固定有底座，用于将泵体固定在航天器结构中。

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