RU2568358C1

RU2568358C1 - Centrifugal impeller

Info

Publication number: RU2568358C1
Application number: RU2014120764/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Игоревич Белоусов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2015-11-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: centrifugal impeller contains drive disk (2) with blades (3) made together with hub (1), and covering disk (4) with central input hole (5). Disk (4) contacts with end faces (6) of blades (3). The blades (3) at side of their output edges (8) are provided with made together with blades (3) axial shanks (9). The shanks (9) protrudes beyond the rotation surface (7). On disk (3) going to the surface (7) the axial slots are made, in them shanks (9) are installed. In the impeller holes are madder corresponding to number of blades (3), each hole passes through the covering disk (2) at both sides of the slot and shank (9) located this slot. Pins are installed in holes.

EFFECT: increased production effectiveness of centrifugal impeller, and extension of its scope of application.

5 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике и может быть использовано для производства рабочих колес малорасходных центробежных насосов систем терморегулирования космических летательных аппаратов.The invention relates to mechanical engineering hydraulics and can be used for the production of impellers of low-speed centrifugal pumps for spacecraft thermal control systems.

Известно центробежное рабочее колесо, содержащее ведущий диск, покрывной диск и выполненные заодно с ними (отлитые) лопатки (В.В. Малюшенко, Л.К. Михайлов, "Энергетические насосы: Справочное пособие", М.: Энергоиздат, 1981, стр.21, рис.1.15, а).A centrifugal impeller is known that contains a driving disk, a cover disk and (cast) vanes (V.V. Malyushenko, L.K. Mikhailov, "Energy Pumps: A Reference Manual", Moscow: Energoizdat, 1981, p. 21, Fig. 1.15, a).

Недостатком такого центробежного рабочего колеса является ограниченная область применения, в основном для насосов средней и большой мощности, так как для малорасходных центробежных насосов систем терморегулирования космических летательных аппаратов с наружными диаметрами рабочих колес в диапазоне около 50 мм изготовление колес способом литья крайне затруднительно из-за малой толщины стенок ведущего и покрывного дисков и лопаток (около 0,7-1 мм).The disadvantage of such a centrifugal impeller is the limited scope, mainly for medium and high power pumps, since for low-flow centrifugal pumps of spacecraft thermal control systems with outer impeller diameters in the range of about 50 mm, casting by casting wheels is extremely difficult due to the small wall thickness of the drive and cover discs and blades (about 0.7-1 mm).

Этого недостатка лишено центробежное рабочее колесо, содержащее выполненный заодно со ступицей ведущий диск с лопатками, покрывной диск с центральным входным отверстием, при этом покрывной диск контактирует с торцовыми поверхностями лопаток по конической поверхности, выбранное в качестве прототипа (Л.В. Бобков, «Центробежные насосы систем терморегулирования космических аппаратов», Владивосток, «Дальнаука», 2003, стр.186, последний абзац). Покрывной диск припаян к торцовым поверхностям лопаток.This drawback is deprived of a centrifugal impeller, containing a driving disk with blades integral with the hub, a cover disk with a central inlet, and the cover disk contacting the end surfaces of the blades on a conical surface, selected as a prototype (L. V. Bobkov, “Centrifugal pumps for spacecraft thermal control systems ”, Vladivostok,“ Dalnauka ”, 2003, p. 186, last paragraph). The cover disc is soldered to the end surfaces of the blades.

Недостатком такого центробежного рабочего колеса является его низкая технологичность, т.к. производство такого колеса состоит из принципиально различных технологических операций - предварительной механической обработки ведущего диска с лопатками и покрывного диска, последующей пайкой их друг к другу - обычно это достигается вакуумной пайкой - и чистовой механической обработкой рабочего колеса со снятием припусков материала, необходимых для обеспечения жесткости центробежного колеса в процессе пайки, для исключения возможных поводок и коробления. Другим недостатком такого центробежного рабочего колеса является узкая сфера применения, т.к. наличие паяного соединения, при котором обычно используется медное покрытие торцов лопаток, припаиваемых к покрывному диску, не позволяет использовать такие рабочие колеса для перекачки ряда жидкостей, например жидкого аммиака, являющегося на сегодняшний день теплоносителем с наилучшими теплофизическими свойствами из-за интенсивного разрушения меди в аммиаке.The disadvantage of such a centrifugal impeller is its low adaptability, because the production of such a wheel consists of fundamentally different technological operations - pre-machining the drive disk with the blades and the cover disk, then soldering them to each other - this is usually achieved by vacuum brazing - and finishing machining the impeller with the removal of material allowances necessary to ensure centrifugal rigidity wheels in the process of soldering, to eliminate possible leash and warpage. Another disadvantage of such a centrifugal impeller is the narrow scope, because the presence of a solder joint, in which the copper coating of the ends of the blades soldered to the cover disk is usually used, does not allow the use of such impellers for pumping a number of liquids, for example liquid ammonia, which is today the heat carrier with the best thermophysical properties due to the intense destruction of copper in ammonia .

Задачей, решаемой заявленным устройством, является повышение технологичности центробежного рабочего колеса и расширение сферы его применения.The problem solved by the claimed device is to increase the manufacturability of a centrifugal impeller and expand the scope of its application.

Технический результат достигается за счет того, что в известном центробежном рабочем колесе, содержащем выполненный заодно со ступицей ведущий диск с лопатками, покрывной диск с центральным входным отверстием, контактирующий с торцовыми поверхностями лопаток по поверхности вращения, согласно изобретению лопатки со стороны их выходных кромок снабжены выполненными заодно с лопатками аксиальными хвостовиками, выступающими за поверхность вращения, на покрывном диске выполнены выходящие на эту поверхность аксиальные пазы, в которых размещены указанные хвостовики, в центробежном рабочем колесе выполнены по числу лопаток отверстия, каждое из которых последовательно проходит через покрывной диск с одной стороны соответствующего паза, размещенный в этом пазе аксиальный хвостовик и покрывной диск с другой стороны этого паза, и в отверстиях установлены штифты.The technical result is achieved due to the fact that in the known centrifugal impeller, comprising a driving disk with blades integral with the hub, a cover disk with a central inlet opening in contact with the end surfaces of the blades along the surface of rotation, according to the invention, the blades from the side of their output edges are provided with along with the blades with axial shafts protruding beyond the surface of rotation, axial grooves extending to this surface are made on the cover disk, in which The specified shanks are installed, in the centrifugal impeller, the number of hole blades is made, each of which passes sequentially through the cover disk on one side of the corresponding groove, the axial shaft located in this groove and the cover disk on the other side of this groove, and pins are installed in the holes.

На фиг.1. приведен пример конкретного выполнения центробежного рабочего колеса, продольный разрез, на фиг.2 - то же, вид со стороны покрывного диска, на фиг.3 - то же, местный элемент I, на фиг.4 - то же, разрез по Б-Б, на фиг.5 - то же, поперечное сечение по А-А.In figure 1. an example of a specific embodiment of a centrifugal impeller, a longitudinal section, in Fig. 2 is the same, view from the side of the cover disk, in Fig. 3 is the same, the local element I, in Fig. 4 is the same, the section along BB , Fig.5 is the same cross-section along aa.

Центробежное рабочее колесо содержит выполненный заодно со ступицей 1 ведущий диск 2 с лопатками 3. Покрывной диск 4 с центральным входным отверстием 5 контактирует с торцовыми поверхностями 6 лопаток 3 по поверхности вращения 7, в данном примере конкретного исполнения - конической, которая обычно используется в колесах малорасходных насосов. Лопатки 3 со стороны их выходных кромок 8 снабжены выполненными заодно с лопатками аксиальными хвостовиками 9 (на фиг.1 он показан в вырыве, сделанном на покрывном диске), выступающими за поверхность вращения 7, на покрывном диске 4 выполнены выходящие на эту поверхность аксиальные пазы 10, в которых размещены указанные хвостовики. В центробежном рабочем колесе выполнены по числу лопаток 3 отверстия 11, каждое из которых последовательно проходит через покрывной диск с одной стороны соответствующего паза 10, размещенный в этом пазу аксиальный хвостовик 9 и покрывной диск с другой стороны этого паза, в этих отверстиях установлены штифты 12 (на фиг.1 условно не показаны). Штифты 12 стопорятся от возможного их выпадения из отверстий 11 прессовой посадкой и дополнительно - точками 13 лазерной сварки.The centrifugal impeller contains a driving disk 2 with blades integral with the hub 1. The cover disk 4 with the central inlet 5 is in contact with the end surfaces 6 of the blades 3 along the rotation surface 7, in this particular embodiment, it is tapered, which is usually used in low-speed wheels pumps. The blades 3 from the side of their output edges 8 are provided with axial shanks 9 made at the same time with the blades (in Fig. 1 it is shown in a tear made on the cover disk), protruding beyond the surface of rotation 7, axial grooves 10 extending to this surface are made on the cover disk 4 in which the specified shanks are placed. The number of blades 3 of the hole 11 is made in the centrifugal impeller, each of which passes successively through the cover disk on one side of the corresponding groove 10, the axial shank 9 located in this groove and the cover disk on the other side of this groove, pins 12 are installed in these holes ( figure 1 conditionally not shown). The pins 12 are secured against possible loss of them from the holes 11 by press fit and, additionally, by laser welding points 13.

Центробежное рабочее колесо работает следующим образом: при приведении колеса во вращение (за счет установки ступицы 1 на приводном валу, не показан) в среде жидкости жидкость в зазоре между дисками 2 и 4 под воздействием лопаток 3 также приводится в движение, следствием которого является вытеснение жидкости к наружному диаметру рабочего колеса под действием центробежных сил инерции и создание рабочим колесом напора. Жидкость подается на лопатки 3 через входное отверстие 5. Фиксация углового положения покрывного диска 4 относительно ведущего диска 2 осуществляется за счет контакта краев аксиальных пазов 10 с боковыми сторонами хвостовиков 9, осевая же фиксация диска 4 относительно диска 2 осуществляется штифтами 12, установленными в отверстиях 11 и опирающимися как на часть отверстия 10, проходящего через диск 4, так и на часть того же отверстия, проходящего через хвостовик 9, выполненный заодно с лопаткой 3, которая, в свою очередь, выполнена заодно с диском 2. Признак «отверстия, каждое из которых последовательно проходит через покрывной диск с одной стороны соответствующего паза, размещенный в этом пазе аксиальный хвостовик и покрывной диск с другой стороны этого паза» гарантирует фиксацию дисков в осевом направлении, поскольку он исключает аксиальное расположение отверстий 11, при котором осевая фиксация была бы невозможной. Отверстия 10 могут выполняться перпендикулярными оси центробежного рабочего колеса или скрещиваться с ними - фиксация будет в обоих случаях. В иллюстрациях, для упрощения описания, приведено рабочее колесо с лопатками, напорные и тыльные стороны которых выполнены плоскими, однако это непринципиально - любой профиль лопатки может быть любым.The centrifugal impeller works as follows: when the wheel is brought into rotation (due to the installation of the hub 1 on the drive shaft, not shown) in a liquid medium, the liquid in the gap between the disks 2 and 4 under the influence of the blades 3 is also set in motion, the result of which is the displacement of the liquid to the outer diameter of the impeller under the action of centrifugal inertia and the impeller creates a pressure. The fluid is supplied to the blades 3 through the inlet 5. The angular position of the cover disk 4 relative to the leading disk 2 is fixed due to the contact of the edges of the axial grooves 10 with the sides of the shanks 9, the axial fixing of the disk 4 relative to the disk 2 is carried out by pins 12 installed in the holes 11 and leaning both on the part of the hole 10 passing through the disk 4, and on the part of the same hole passing through the shank 9, made integral with the blade 3, which, in turn, is made integral with the disk 2. The sign “openings, each of which successively passes through the cover disk on one side of the corresponding groove, the axial shank placed in this groove and the cover disk on the other side of this groove” guarantees the axial fixing of the disks, since it excludes the axial arrangement of the holes 11, in which axial fixation would be impossible. The holes 10 can be perpendicular to the axis of the centrifugal impeller or crossed with them - the fixation will be in both cases. In the illustrations, to simplify the description, the impeller with blades is shown, the pressure and back sides of which are made flat, however this is not fundamental - any blade profile can be any.

В результате использования изобретения существенно повышается технологичность центробежного рабочего колеса за счет устранения из технологического процесса операции пайки и за счет устранения предварительной механической обработки ведущего и покрывного дисков - эти детали полностью механически обрабатываются до сборки. Также расширяется область использования центробежного рабочего колеса, так как оба диска и штифты могут быть изготовлены из нержавеющей стали. Отсутствие в конструкции рабочего колеса других металлов (например, меди, как в прототипе) позволяет применять его для перекачивания агрессивных жидкостей, в частности - аммиака.As a result of using the invention, the adaptability of the centrifugal impeller is significantly increased by eliminating the soldering operation from the process and by eliminating the preliminary machining of the drive and cover discs — these parts are completely mechanically processed before assembly. The scope of use of the centrifugal impeller is also expanding, since both discs and pins can be made of stainless steel. The absence of other metals in the design of the impeller (for example, copper, as in the prototype) allows it to be used for pumping aggressive liquids, in particular ammonia.

Указанные преимущества позволяют рекомендовать заявленное изобретение к использованию при изготовлении и эксплуатации в изделиях ракетно-космической техники.These advantages allow us to recommend the claimed invention for use in the manufacture and operation of rocket and space technology products.

Claims

A centrifugal impeller comprising a driving disk with blades integral with the hub, a cover disk with a central inlet opening in contact with the end surfaces of the blades along the surface of rotation, characterized in that the blades on the side of their outlet edges are provided with axial shanks integral with the blades protruding beyond the rotation surface, axial grooves extending to this surface, in which said shanks are placed, are made on the casing disk, in the centrifugal impeller an the number of blades of the hole, each of which passes successively through the cover disk on one side of the corresponding groove, the axial shank placed in this groove and the cover disk on the other side of this groove, and pins are installed in the holes.