一种涡轮泵制造技术

本发明专利技术属于泵体结构，为解决航天航空动力系统及飞行器流体供应系统中的泵，在提升其转速并改善泵入口汽蚀时，目前采用的方法研制成本高，质量增加过大，结构复杂，系统管路复杂、体积重量较大，在多个转速、较大流量跨度下运行时，适应能力会降低的问题，提供一种涡轮泵，排水壳体内表面位于轴承后侧沿周向开设有多个引流孔，多个引流孔通过排水壳体内开设的引流环槽连通，进水壳体内表面位于诱导轮入口前侧沿周向开设有多个射流孔，多个射流孔通过进水壳体内开设的射流环槽连通，引流环槽与射流环槽之间通过引流管连通，射流孔的轴线相对主轴的延伸方向倾斜设置，进水壳体内表面靠近诱导轮入口处设有扩散段，轴承前侧设有轴承节流板。板。板。

【技术实现步骤摘要】
一种涡轮泵


[0001]本专利技术属于泵体结构，具体涉及一种涡轮泵。

技术介绍

[0002]随着航天航空技术的发展，以及市场的商业化，各类火箭及飞行器均向 着高性能、轻量化、可重复使用的方向发展，同时，也对航天航空动力系统 及飞行器流体供应系统提出了更严格的要求，要求其具有更高的效率、更轻 的重量、更小的体积以及对大工况变化更强的适应能力。
[0003]在航天航空动力系统及飞行器流体供应系统中，泵为系统供应介质，消 耗大量功率，体积和重量在系统中占比较大，因此，对其进行小型化和轻量 化设计最有效的办法是提高转速，但转速的提升使得泵入口处容易发生汽蚀， 造成系统运行不稳定。改善汽蚀的方法主要有：优化设计诱导轮及叶轮、提 高入口压力、入口增加辅助增压泵或射流泵等。其中，提高入口压力是最有 效的方法，系统最简单，但系统储箱压力会升高，当储箱容积大时，质量增 加过大；入口增加辅助增压泵，泵转速提高最多，但结构复杂，在大型动力 系统中可选用；优化设计诱导轮及叶轮在同一转速下其体积重量最小，但难 度大，尤其在大流量时对于转速的提升有限，且研制成本极高；入口增加射 流泵，对于转速的提升效果介于优化设计诱导轮叶轮及入口增加辅助增压泵 之间，需在进口管路额外布置射流泵，单独引一路高压水，整个系统相对复 杂，体积重量较大。
[0004]另外，在航天航空动力系统及飞行器流体供应系统中，使用的高速泵通 常为单一转速、单一流量点运行，但随着回收技术的发展，需要动力系统推 力等参数可在较大范围内变化，这就要求高速泵在多个转速、较大流量跨度 下运行，但常规泵由于按照额定点设计，在偏离额定工况时，其适应能力会 降低，例如诱导轮在偏离额定工况时入口会出现二次回流涡。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决目前航天航空动力系统及飞行器流体供应系统中的泵，在 提升其转速并改善泵入口汽蚀时，采用的优化设计诱导轮及叶轮、提高入口 压力、入口增加辅助增压泵或射流泵等方法，或者实际难度大、研制成本高， 或者质量增加过大，或者结构复杂，或者系统管路复杂、体积重量较大，且 常规泵由于按照额定点设计，在多个转速、较大流量跨度下运行时，适应能 力会降低的技术问题，提供一种涡轮泵。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种涡轮泵，包括进水壳体、排水壳体、诱导轮、叶轮和主轴；
[0008]所述进水壳体和排水壳体密封连接形成壳体容腔；
[0009]所述主轴通过轴承与排水壳体相连，所述诱导轮和叶轮均套设安装于主 轴上，且位于所述壳体容腔内，其特殊之处在于，
[0010]所述排水壳体内表面位于轴承后侧沿周向开设有多个引流孔，多个所述 引流孔
通过排水壳体内开设的引流环槽连通；
[0011]所述进水壳体内表面位于诱导轮入口前侧沿周向开设有多个射流孔，多 个所述射流孔通过进水壳体内开设的射流环槽连通；
[0012]所述引流环槽与所述射流环槽之间通过引流管连通；
[0013]所述射流孔的轴线相对主轴的延伸方向倾斜设置，且射流孔出口朝向诱 导轮入口；
[0014]所述进水壳体内表面靠近诱导轮入口处设有扩散段，所述扩散段沿流体 流动方向内径逐渐增大；
[0015]所述轴承前侧设有轴承节流板。
[0016]进一步地，所述排水壳体开设有分流通道；
[0017]所述分流通道入口位于叶轮后密封凸台与轴承之间流体流经路径上，出 口与所述引流管连通。
[0018]进一步地，所述叶轮后轮毂外圈设有螺旋增压叶片。
[0019]进一步地，所述轴承节流板包括节流板本体；
[0020]所述节流板本体上沿周向均布有多个节流孔或节流槽。
[0021]进一步地，所述射流孔内径由入口至出口逐渐减小；
[0022]所述射流孔入口直径A1为：
[0023][0024]其中，Q1为引流流量，V
A
为射流孔入口处平均流速，取值为3
‑
8m/s，N
A
为 射流孔数量；
[0025]所述射流孔出口直径A2为：
[0026]A2＝K3*A1
[0027]其中，K3为射流孔收缩率。
[0028]进一步地，所述射流孔的轴线与主轴延伸方向的夹角α为0
‑
15
°
；
[0029]所述射流孔的收缩角β为0
‑
20
°
。
[0030]进一步地，所述引流孔入口直径B为：
[0031][0032]其中，V
B
为引流孔入口处平均流速，取值为3
‑
8m/s，N
B
为引流孔数量。
[0033]进一步地，所述射流孔出口与诱导轮轮毂位置叶片入口根部之间的距离G 为：
[0034]G＝K4*(N
A
*A22)
0.5
[0035]其中，K4为射流混合段长度系数，取值为3
‑
5。
[0036]进一步地，所述射流环槽的断面面积SA为：
[0037]SA＝K5*0.25*π*C2[0038]其中，K5为射流环槽流量系数，取值为0.5
‑
1，C为引流管直径；
[0039]所述引流环槽的断面面积SB为：
[0040]SB＝K6*0.25*π*C2[0041]其中，K6为引流环槽流量系数，取值为0.5
‑
1。
[0042]进一步地，所述所述引流管直径C为：
[0043][0044]其中，V
C
为引流管内平均流速，取值为3
‑
8m/s。
[0045]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0046]1.本专利技术涡轮泵，通过对涡轮泵壳体进行优化改进，可提高泵诱导轮叶 片入口处压力，改善泵入口流动状态，在进水壳体入口处设置射流孔，能够 抑制诱导轮入口顶部二次回流涡的发生，提高抗汽蚀性能，使泵的转速进一 步提高，泵的尺寸和重量有效降低，同时，使泵能够在较大流量范围及转速 范围内稳定运行，扩散段的设置还能够使得流体的流动顺畅过渡。另外，当 汽蚀余量要求高时，要求诱导轮入口压力高，引流流量大，则通过轴承的流 量大，流速高，轴承冷却充分，但轴承滚动体及保持架需要承受较大的流体 载荷力及较大冲击力，运行状态较差，轴承稳定性及寿命会受影响降低，增 加轴承节流板能够控制通过轴承的流量，改善轴承的运行状态。
[0047]2.本专利技术中还设有分流通道，能够保证引流和射流流量充分。
[0048]3.本专利技术中射流孔的内径由入口至出口逐渐减小，能够进一步提高由射流 孔流出流体的压力。
[0049]4.本专利技术中通过对涡轮泵结构及其参数的设计，经验证，可有效提高泵的 抗汽蚀性能，降低泵的入口压力(从系统角度考虑，在同等汽蚀要求下，可 降低泵入口法兰处的压力)，进而降低储箱压力及重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涡轮泵，包括进水壳体（1）、排水壳体（5）、诱导轮（2）、叶轮（3）和主轴（4）；所述进水壳体（1）和排水壳体（5）密封连接形成壳体容腔；所述主轴（4）通过轴承（6）与排水壳体（5）相连，所述诱导轮（2）和叶轮（3）均套设安装于主轴（4）上，且位于所述壳体容腔内，其特征在于：所述排水壳体（5）内表面位于轴承（6）后侧沿周向开设有多个引流孔（7），多个所述引流孔（7）通过排水壳体（5）内开设的引流环槽（8）连通；所述进水壳体（1）内表面位于诱导轮（2）入口前侧沿周向开设有多个射流孔（9），多个所述射流孔（9）通过进水壳体（1）内开设的射流环槽（10）连通；所述引流环槽（8）与所述射流环槽（10）之间通过引流管（11）连通；所述射流孔（9）的轴线相对主轴（4）的延伸方向倾斜设置，且射流孔（9）出口朝向诱导轮（2）入口；所述进水壳体（1）内表面靠近诱导轮（2）入口处设有扩散段（12），所述扩散段（12）沿流体流动方向内径逐渐增大；所述轴承（6）前侧设有轴承节流板（14）。2.如权利要求1所述一种涡轮泵，其特征在于：所述排水壳体（5）开设有分流通道（13）；所述分流通道（13）入口位于叶轮后密封凸台（16）与轴承（6）之间流体流经路径上，出口与所述引流管（11）连通。3.如权利要求2所述一种涡轮泵，其特征在于：所述叶轮（3）后轮毂外圈设有螺旋增压叶片（18）。4.如权利要求3所述一种涡轮泵，其特征在于：所述轴承节流板（14）包括节流板本体（1401）；所述节流板本体（1401）上沿周向均布有多个节流孔（1402）或节流槽。5.如权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺博，何尚龙，王少卫，王献，吴泽鹏，
申请(专利权)人：西安未来空天引擎科技有限公司，
类型：发明
国别省市：