RU2618377C1

RU2618377C1 - Electrically driven pump unit

Info

Publication number: RU2618377C1
Application number: RU2015153628A
Authority: RU
Inventors: Николай Игоревич Белоусов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2017-05-03

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: electrically driven pump unit includes a metal housing, a motor mounted on the housing, and wheels disposed on its shaft. Outside the motor, the metal sealing casing with the electrical connector is installed, attached to the housing. Between the two conductors of one of two power supply poles and the electronic switch, a group of n (n = 2, 3, etc.) resistors connected in parallel is sequentially mounted. In the casing wall a cylindrical opening is made, in which a metal cup is installed, the bottom of which is maximally removed from the electric motor axis. In the cup cavity on its bottom the metal bracket with slots is fixed, and the resistors are mounted on the bracket on the bottoms of the grooves by means of screws. In the bracket wall between the groove bottoms, the openings for conductors are made.

EFFECT: increase of reliability.

3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в системах терморегулирования изделий космической техники.The invention relates to mechanical engineering and can be used in thermal control systems of space technology products.

Известен электронасосный агрегат (ЭНА), содержащий металлический корпус, снабженный 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, присоединенный посредством проводов двух полюсов питания к электродвигателю [А.В. Бобков «Центробежные насосы систем терморегулирования космических аппаратов», Владивосток, Дальнаука, 2003, стр. 209, рис. 7.17].Known electric pump unit (ENA), comprising a metal casing, equipped with input and output pipes, an electric motor mounted on the casing, impellers mounted on the electric motor shaft, a metal sealing casing attached to the casing mounted on the electric casing, on which an electrical connector is connected, connected by wires of two poles power supply to the electric motor [A.V. Bobkov “Centrifugal pumps for spacecraft thermal control systems”, Vladivostok, Dalnauka, 2003, p. 209, fig. 7.17].

Недостатком такого ЭНА является невозможность экономичного регулирования его параметров (расход и напор).The disadvantage of this ENA is the impossibility of economical regulation of its parameters (flow and pressure).

Этого недостатка лишен ЭНА, содержащий металлический корпус, снабженный 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, при этом 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 [Патент Российской Федерации №2533607 по МПК: F04D 13/06, 2014 г.], выбранный в качестве прототипа. Подбором величины сопротивления группы резисторов осуществляется снижение потребляемого электродвигателем тока до величины, достаточной для обеспечения заданных параметров (напора и производительности) ЭНА. Как отмечено в описании прототипа, такой способ регулирования параметров ЭНА является наиболее экономичным по сравнению с другими известными (дросселирование или обточка рабочих колес).An ENA is deprived of this drawback, it contains a metal casing, equipped with inlet and outlet pipes, an electric motor mounted on the casing, impellers mounted on the electric motor shaft, an external metal sealing casing on which the electrical connector is mounted, attached to the casing, a group of n (n = 2 , 3, etc.) in parallel connected resistors connected to the sealing casing and placed inside it, while the wires of one power pole of the electrical connector oedineny to the motor, and the wires connected to the other pole of the power terminals with similar groups of n parallel connected resistors, the second terminals of which are connected with the electric motor [Russian Federation Patent №2533607 IPC: F04D 13/06, g. 2014] selected as a prototype. By selecting the resistance value of the group of resistors, the current consumed by the electric motor is reduced to a value sufficient to ensure the specified parameters (pressure and performance) of the ENA. As noted in the description of the prototype, this method of regulating the parameters of the ENA is the most economical in comparison with other known (throttling or turning of the impellers).

Недостатком этого ЭНА являются его низкая надежность, т.к. установка и электромонтаж резисторов на дне герметизирующего кожуха достаточно сложна - как в выполнении резьбовых отверстий для крепления резисторов, так и в выполнении пайки их выводов, производящейся в глубине герметизирующего кожуха, что затрудняет обзор и подвод инструмента. Вследствие этого из-за плохих условий пайки возможна некачественная пайка, так как затруднен визуальный контроль паяных соединений, что может привести к потере контакта при эксплуатации ЭНА. Также в конструкции прототипа отсутствует возможность заливки проводов, подходящих к резисторам, компаундом, что не дает возможности механически зафиксировать провода и может привести к их отрыву при виброперегрузках, свойственных этапу выведения космического аппарата на орбиту, что также снижает надежность.The disadvantage of this ENA is its low reliability, because installation and wiring of resistors at the bottom of the sealing casing is quite complicated - both in making threaded holes for fastening the resistors and in soldering their terminals in the depth of the sealing casing, which makes it difficult to see and supply the tool. As a result of this, due to poor soldering conditions, poor-quality soldering is possible, since visual inspection of soldered joints is difficult, which can lead to loss of contact during ENA operation. Also, in the design of the prototype there is no possibility of filling wires suitable for resistors with a compound, which makes it impossible to mechanically fix the wires and can lead to their separation during vibration overloads characteristic of the stage of putting the spacecraft into orbit, which also reduces reliability.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является повышение надежности ЭНА.The technical result achieved using the claimed invention is to increase the reliability of ENA.

Этот результат достигается за счет того, что в известном электронасосном агрегате, содержащем металлический корпус, снабженный 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, при этом 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, согласно изобретению в стенке герметизирующего кожуха выполнено цилиндрическое отверстие, в котором установлен присоединенный к герметизирующему кожуху винтами металлический стакан, дно которого максимально удалено от оси электродвигателя, во внутренней полости стакана установлен металлический кронштейн, наружная поверхность которого повторяет внутреннюю цилиндрическую поверхность стакана и контактирует с ней, на кронштейне выполнены два осесимметричных паза, днище каждого из них выполнено параллельным оси кронштейна, а две боковые поверхности каждого паза перпендикулярны оси кронштейна, при этом резисторы установлены на днищах пазов посредством винтов, причем на ближайшей к дну стакана первой стенке кронштейна, образованной боковыми поверхностями пазов и торцом кронштейна выполнены отверстия под винты, крепящие кронштейн к дну стакана, а на второй стенке кронштейна, противоположной первой, выполнены пазы, оси которых совпадают с осями отверстий в первой стенке, и в стенке между днищами пазов выполнены отверстия под провода.This result is achieved due to the fact that in a known electric pump unit comprising a metal casing, equipped with inlet and outlet nozzles, an electric motor mounted on the electric casing, impellers mounted on the electric motor shaft, a metal sealing casing mounted on the electric motor attached to the electric casing, on which the electrical connector is placed , a group of n (n = 2, 3, etc.) parallel-connected resistors connected to the sealing casing and placed inside it, while The ode of one power pole of the electrical connector is connected to the electric motor, and the wires of the other power pole are connected to the same terminals of a group of n parallel-connected resistors, the second terminals of which are connected to the electric motor. According to the invention, a cylindrical hole is made in the wall of the sealing casing in which is mounted connected to the sealing casing screws a metal cup, the bottom of which is as far as possible from the axis of the electric motor, is installed in the inner cavity of the cup metal bracket, the outer surface of which repeats the inner cylindrical surface of the glass and contacts with it, two axisymmetric grooves are made on the bracket, the bottom of each of them is parallel to the axis of the bracket, and the two side surfaces of each groove are perpendicular to the axis of the bracket, with resistors mounted on the bottom of the grooves screws, and on the closest to the bottom of the glass the first wall of the bracket formed by the side surfaces of the grooves and the end of the bracket holes are made for screws, cre yaschie bracket to the cup bottom, and a second wall of the bracket opposite the first grooves are made, the axes of which coincide with the axes of the holes in the first wall, and a wall between the bottoms of the grooves are made holes for the wires.

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения ЭНА, продольный разрез, на фиг. 2, - то же, вид кронштейна с установленными на нем резисторами, в увеличенном масштабе, на фиг. 3 - электрическая схема соединений электрического соединителя с электродвигателем ЭНА.In FIG. 1 shows an example of a specific implementation of the ENA, a longitudinal section, in FIG. 2, the same, view of the bracket with resistors installed on it, on an enlarged scale, in FIG. 3 - electrical diagram of the connections of the electrical connector with the electric motor ENA.

Электронасосный агрегат, применяемый в системе терморегулирования космического летательного аппарата, содержит металлический корпус 1, снабженный входным 2 и выходным 3 патрубками, установленный на корпусе 1 электродвигатель 4. На валу 5 электродвигателя 4 размещено рабочее колесо 6. Снаружи электродвигателя 4 установлен присоединенный винтами 7 к корпусу 1 металлический герметизирующий кожух 8, на котором размещен электрический соединитель 9. Также ЭНА содержит группу из n (в данном примере конкретного исполнения n=4) параллельно соединенных резисторов 10, связанных с герметизирующим кожухом 8 и размещенных внутри него. Провода 11 одного полюса питания электрического соединителя 9 (в данном примере от плюса питания) соединены с электродвигателем 4, а провода 12 другого полюса питания (в данном примере - от минуса питания) соединены с одноименными выводами группы из n параллельно соединенных резисторов 10, вторые выводы которых соединены с электродвигателем 4 проводами 13. В стенке герметизирующего кожуха 8 выполнено цилиндрическое отверстие 14, в котором установлен присоединенный к герметизирующему кожуху 8 винтами 15 металлический стакан 16, дно 17 которого максимально удалено от оси электродвигателя 4. Во внутренней полости стакана 16 установлен металлический кронштейн 18, наружная поверхность 19 которого повторяет внутреннюю цилиндрическую поверхность 20 стакана 16 и контактирует с ней. На кронштейне 18 выполнены два осесимметричных паза 21, днище 22 каждого из них выполнено параллельным оси кронштейна 18, а две боковые поверхности 23 и 24 каждого паза 21 перпендикулярны оси кронштейна 18. Резисторы 10 - в данном примере типа C5-47 - установлены на днищах 22 пазов 21 посредством винтов 25. На ближайшей к дну 17 стакана первой стенке 26 кронштейна 18, образованной боковыми поверхностями 23 пазов 21 и торцом 27 кронштейна 18 выполнены отверстия 28 под винты 29, крепящие кронштейн 18 к дну 17 стакана 16. На второй, противоположной первой, стенке 30 кронштейна 18 выполнены пазы 31, оси которых совпадают с осями отверстий 28 в первой стенке 26. В стенке 32 между днищами 22 пазов 21 выполнены отверстия 33 под провода. Параллельное соединение резисторов 10 выполнено проводами-перемычками 34.The electric pump unit used in the temperature control system of a spacecraft contains a metal casing 1, equipped with input 2 and output 3 nozzles, mounted on the housing 1 of the electric motor 4. On the shaft 5 of the electric motor 4 is placed the impeller 6. Outside of the electric motor 4 is mounted connected by screws 7 to the body 1 metal sealing casing 8, on which the electrical connector is located 9. Also, the ENA contains a group of n (in this particular example n = 4) parallel connected resistors 10 connected with the sealing jacket 8 and placed inside it. The wires 11 of one power pole of the electrical connector 9 (in this example, from the power supply plus) are connected to the electric motor 4, and the wires 12 of the other power pole (in this example, from the power supply minus) are connected to the same terminals of the group of n parallel resistors 10, the second conclusions which are connected to the electric motor 4 by wires 13. A cylindrical hole 14 is made in the wall of the sealing casing 8, in which a metal cup 16 is attached to the sealing casing 8 with screws 15, the bottom of which 17 is max far removed from the axis of the electric motor 4. In the inner cavity of the glass 16, a metal bracket 18 is installed, the outer surface 19 of which repeats the inner cylindrical surface 20 of the glass 16 and is in contact with it. On the bracket 18, two axisymmetric grooves 21 are made, the bottom 22 of each of them is parallel to the axis of the bracket 18, and the two side surfaces 23 and 24 of each groove 21 are perpendicular to the axis of the bracket 18. Resistors 10 - in this example, type C5-47 - are mounted on the bottoms 22 grooves 21 by means of screws 25. On the first wall 26 of the bracket 18 closest to the bottom 17 of the glass, formed by the lateral surfaces 23 of the grooves 21 and the end 27 of the bracket 18, holes 28 are made for screws 29 securing the bracket 18 to the bottom 17 of the glass 16. On the second, opposite the first wall bracket 30 and 18, grooves 31 are made, the axes of which coincide with the axes of the holes 28 in the first wall 26. In the wall 32 between the bottoms 22 of the grooves 21 holes 33 are made for wires. The parallel connection of the resistors 10 is made by jumper wires 34.

ЭНА работает следующим образом: при подаче напряжения на электрический соединитель 9 напряжение через провода 11 от «плюса» питания и провода 12 от «минуса» питания, группу резисторов 10 и провода 13 поступает на электродвигатель 4. Вал 5 электродвигателя 4 вращает рабочее колесо 6. Жидкость из гидравлической сети (не показана) через входной патрубок 2 поступает на вход и далее на периферию рабочего колеса 6, оттуда - в выходной патрубок 3 и в гидравлическую сеть (не показана). Поскольку постоянное напряжение, поступающее на электродвигатель 4, меньше постоянного напряжения питания, поступающего на электрический соединитель 9 (это напряжение от аккумуляторной батареи космического корабля или стабилизированное напряжения системы электроснабжения орбитальной станции) на величину падения напряжения на группе параллельно соединенных резисторов 10, то электродвигатель 4 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, 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 10 установлены на металлическом, т.е. высокотеплопроводном, кронштейне 18, в данном примере резисторы типа C5-47 связаны с кронштейном посредством своих корпусов, сконструированных специально для отвода тепла на свою опорную поверхность, то выделяющееся на резисторах 10 тепло передается путем теплопроводности на кронштейн 18, далее через контакт поверхностей 19 и 20 тепло передается на металлический стакан 16, который контактирует, т.к. поджат винтами 15, с металлическим герметизирующим кожухом 8, с которого тепло далее переходит на металлический корпус 1, в т.ч. и на патрубки 2 и 3. 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. Поскольку в заявленной конструкции ЭНА резисторы находятся в замкнутых полостях, ограниченных пазами 21 и внутренней поверхностью стакана 16, то эта полость может быть залита компаундом, что повышает надежность крепления проводов к выводам резисторов. Не оговаривается конкретный тип резисторов, т.к. 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. То же можно сказать и о проводах, поскольку один провод в цепях питания агрегатов космической техники из тех же соображений надежности практически никогда не применяется, и о колесах, 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. Пазы 31 размещены напротив отверстий 28 для того, чтобы был подход инструмента к винтам 29 для их монтажа, также через эти пазы проходят провода 12 и 13. В данном примере конкретного исполнения внутренняя цилиндрическая поверхность 20 стакана 16 выполнена в виде кругового цилиндра, однако для реализации изобретения она может быть и в форме любого криволинейного замкнутого цилиндра, хотя, естественно, форма кругового цилиндра наиболее технологична.ENA works as follows: when voltage is applied to the electrical connector 9, the voltage through the wires 11 from the "plus" power supply and the wires 12 from the "power minus", the group of resistors 10 and wire 13 is supplied to the electric motor 4. The shaft 5 of the electric motor 4 rotates the impeller 6. The fluid from the hydraulic network (not shown) through the inlet pipe 2 enters the inlet and then to the periphery of the impeller 6, and from there to the outlet pipe 3 and into the hydraulic network (not shown). Since the constant voltage supplied to the electric motor 4 is less than the constant supply voltage supplied to the electric connector 9 (this is the voltage from the storage battery of the spacecraft or the stabilized voltage of the power supply system of the orbital station) by the value of the voltage drop across the group of parallel-connected resistors 10, the motor 4 develops less power (and, accordingly, ENA creates less pressure and flow) than if the electric motor was connected to an electric the unifier directly. Naturally, in this case, on the group of resistors, since current flows through them, heat is generated, which must be removed to avoid overheating of the ENA - on space objects due to zero gravity there is no natural convection, and the thermal conductivity of the air around the resistors is very small, just as little thermal radiation at an acceptable temperature of operation of resistors. However, since resistors 10 are mounted on metal, i.e. highly conductive bracket 18, in this example, resistors of type C5-47 are connected to the bracket through their housings designed specifically to remove heat to their bearing surface, the heat generated on the resistors 10 is transferred through heat conduction to the bracket 18, then through the contact of surfaces 19 and 20 heat is transferred to a metal cup 16, which is in contact, because tightened with screws 15, with a metal sealing casing 8, from which heat then passes to the metal housing 1, incl. and to pipes 2 and 3. Since the flow of the pumped ENA fluid directly flows through these pipes, this heat is transferred through heat conduction to this fluid, which then flows through the heat exchanger of the temperature control system, where the excess heat (released on the resistors) along with the main temperature control system removed and many times superior to the heat released on the resistors, it is discharged from the radiator of the system into outer space. Since in the claimed design of the ENA, the resistors are in closed cavities, limited by the grooves 21 and the inner surface of the glass 16, this cavity can be filled with a compound, which increases the reliability of attaching wires to the terminals of the resistors. The specific type of resistors is not specified, as resistors of other designs can be used, without supporting pads, using mechanical means of fastening the resistors to the wall between the grooves and filling the space inside the glass with heat-conducting paste. Installation (n = 2, 3, etc.) of parallel-connected resistors instead of one is necessary to ensure the reliability of the ENA - in case of failure of one resistor from the group, the resistance of the group of remaining parallel-connected resistors increases, which leads to some decrease in the current flowing through the electric motor and a slight decrease in hydraulic parameters, which is permissible for a short period of time before replacing the failed pump with a backup one, available in the spare part. In the event that there would be only one resistor, its failure is equivalent to a complete failure of the ENA. The same can be said about the wires, since one wire in the power supply circuits of space technology units for the same reliability reasons is almost never used, and about the wheels, while in the above example the impeller is one. It is obvious that the number of impellers does not belong to the mechanism of the invention, but is selected by known engineering methods based on the required parameters of the EIA. The grooves 31 are placed opposite the holes 28 so that the tool can approach the screws 29 for their installation, wires 12 and 13 also pass through these grooves. In this particular example, the inner cylindrical surface 20 of the cup 16 is made in the form of a circular cylinder, however, for implementation inventions, it can be in the form of any curved closed cylinder, although, naturally, the shape of a circular cylinder is the most technologically advanced.

В результате использования изобретения повышается надежность ЭНА, так как пайка группы резисторов производится в условиях, обеспечивающих удобный подвод инструмента и обеспечивающих хорошие возможности визуального контроля, что повышает качество пайки. Пайка резисторов производится в сборке, показанной на фиг. 2 - кронштейн с привинченными к нему резисторами. После подпайки проводов 12, 13 и проводов-перемычек 34 провода 12 и 13 размещают в пазах 31, вставляют кронштейн 18 в стакан 16 и через пазы 31 заворачивают винты 29. После этого внутреннюю полость, ограниченную пазами 21 и внутренней полостью стакана 16, заливают компаундом, что повышает надежность крепления проводов и проводов-перемычек к выводам резисторов. Повышение надежности ЭНА весьма важно для изделий космической техники.As a result of using the invention, the reliability of the ENA is increased, since the soldering of a group of resistors is carried out under conditions providing a convenient supply of the tool and providing good visual control capabilities, which increases the quality of the soldering. Resistors are soldered in the assembly shown in FIG. 2 - bracket with resistors screwed to it. After soldering the wires 12, 13 and jumper wires 34, the wires 12 and 13 are placed in the grooves 31, the bracket 18 is inserted into the glass 16 and the screws 29 are screwed through the grooves 31. After that, the internal cavity, limited by the grooves 21 and the internal cavity of the glass 16, is filled with a compound , which increases the reliability of fastening wires and jumper wires to the terminals of the resistors. Improving the reliability of ENA is very important for space technology products.

Claims

An electric pump unit containing a metal casing, equipped with inlet and outlet nozzles, an electric motor mounted on the casing, impellers mounted on the electric motor shaft, an external metal sealing casing attached to the casing mounted on the electric motor casing, a group of n (n = 2, 3 etc.) in parallel connected resistors connected to the sealing casing and placed inside it, while the wires of one power pole of the electrical connector with are dined with an electric motor, and the wires of the other power pole are connected to the same terminals of a group of n parallel-connected resistors, the second terminals of which are connected to an electric motor, characterized in that a cylindrical hole is made in the wall of the sealing casing in which a metal glass is attached to the sealing casing with screws, the bottom of which is as far as possible from the axis of the electric motor, a metal bracket is installed in the inner cavity of the glass, the outer surface of which echoes the inner cylindrical surface of the glass and contacts with it, two axisymmetric grooves are made on the bracket, the bottom of each of them is parallel to the axis of the bracket, and the two side surfaces of each groove are perpendicular to the axis of the bracket, while the resistors are mounted on the bottom of the grooves by screws, and at the closest to the bottom of the glass the first wall of the bracket formed by the lateral surfaces of the grooves and the end face of the bracket made holes for screws securing the bracket to the bottom of the glass, and on the second wall of the bracket and, opposite first grooves are made, the axes of which coincide with the axes of the holes in the first wall, and a wall between the bottoms of the grooves are made holes for the wires.