專利名稱：一種低比轉(zhuǎn)速部分流泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于渦輪泵領(lǐng)域，尤其涉及一種低比轉(zhuǎn)速部分流泵。
背景技術(shù)：
在渦輪泵領(lǐng)域，習(xí)慣采用常規(guī)的離心泵為推進劑組元增壓，實現(xiàn)輸送高壓推進劑 的目的?，F(xiàn)有的低比轉(zhuǎn)速離心泵參見圖1，其具有以下缺陷1、葉輪外徑偏大、葉片出口寬 度很小、葉輪軸面流道狹長、流道的擴散較為嚴重，流道內(nèi)部的逆向壓力梯度將促使壁面邊 界層的發(fā)展和分離，強化了射流-尾流結(jié)構(gòu)，增加了尾流區(qū)，導(dǎo)致水力性能下降；2、機械損 失主要是圓盤摩擦損失，與葉輪外徑的5次方成正比，且比轉(zhuǎn)速越低，與圓盤摩擦損失越 大；3、單級低比轉(zhuǎn)速離心泵的容積損失主要是葉輪前、后密封環(huán)處的間 隙泄漏損失、隔舌處 的環(huán)流損失及葉輪出口較高的流體速度帶來的泵體內(nèi)較大的水力摩擦損失。為提高泵的效率，常規(guī)的低比轉(zhuǎn)速離心泵設(shè)計中，采用加大流量設(shè)計法、增大葉片 出口角、在相鄰的長葉片之間增加短葉片等措施減小擴散損失和從葉輪出口到擴散管進口 的混合損失，改善葉輪及泵體內(nèi)的水力性能?！兜捅绒D(zhuǎn)速離心泵理論與設(shè)計》第35頁，(機 械工業(yè)出版社，1997年出版)。但低比轉(zhuǎn)速泵采用離心泵結(jié)構(gòu)仍存在以下不足之處1、葉片 出口寬度小，葉輪的制造加工困難；2、離心泵效率較低，造成渦輪泵效率下降，渦輪燃氣供 應(yīng)系統(tǒng)能源浪費；3、流量-揚程曲線易出現(xiàn)駝峰，運行工況不穩(wěn)定，無法滿足較大范圍工況 調(diào)節(jié)的需求；4、需要設(shè)計葉輪的前、后密封環(huán)減小容積損失，增加了軸向尺寸和整個渦輪泵 的結(jié)構(gòu)尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種新型低比轉(zhuǎn)速部分流泵，其解決了現(xiàn)有低比轉(zhuǎn)速離心泵存 在的上述不足之處，可以減小葉輪的徑向尺寸，而且由于葉輪沒有前后蓋板，因此無圓盤摩 擦損失，所以在低比轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)其效率比常規(guī)離心泵高；由于部分流泵沒有間隙特性，葉輪 不需要前后密封環(huán)，從而縮短軸向尺寸；另外，由于部分流泵的葉輪為開式結(jié)構(gòu)，運轉(zhuǎn)過程 不會產(chǎn)生軸向力，減小了渦輪泵軸向力平衡的難題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種低比轉(zhuǎn)速部分流泵，包括進口組件1和殼體組件2，所述殼體組件包括殼體 14、葉輪6、誘導(dǎo)輪4、傳動軸9、導(dǎo)流套5以及擴散管13 ；所述葉輪6、誘導(dǎo)輪4、傳動軸9以 及導(dǎo)流套5設(shè)置在殼體14內(nèi)；所述擴散管13設(shè)置在殼體14上且與殼體14連通；其特殊之 處在于所述進口組件1包括進口殼體11和進口管12 ；所述進口管12連接在進口殼體上； 所述部分流泵還包括設(shè)置在殼體14上的喉部16，所述殼體14通過喉部16與擴散管13連 通；所述擴散管13的中心線與殼體14上的環(huán)形流道20的外圓切線平行。上述葉輪6包括6至8個徑向葉片29，所述葉片29的前錐角為10_15度；所述葉 輪6的輪轂上圓周均布有多個軸向貫通的平衡孔17。上述進口組件1還包括圓周方向設(shè)置在進口殼體11上的環(huán)形集液環(huán)10 ；所述進口管12通過集液環(huán)10連接在進口殼體上；所述集液環(huán)10所圍住的進口殼體11的壁上設(shè) 置有多個圓周均布的徑向小孔18，所述進口殼體11的內(nèi)壁上設(shè)置有可將徑向小孔18流出 的液體導(dǎo)流至誘導(dǎo)輪4進口處的導(dǎo)流板3，所述導(dǎo)流板3的型面與導(dǎo)流套5的型面相匹配。上述誘導(dǎo)輪4的輪轂比為0. 60-0. 75，汽蝕系數(shù)為0. 16-0. 25。上述誘導(dǎo)輪4的輪轂比為0. 73，汽蝕系數(shù)為0. 2。上述平衡孔17的數(shù)量為8個。 上述擴散管13為錐形管。上述導(dǎo)流套5通過螺紋連接設(shè)置在進口殼體11的內(nèi)壁上；所述葉輪6通過設(shè)置在 輪轂上的平鍵7固定在傳動軸9上。本發(fā)明所具有的優(yōu)點1、本發(fā)明低比轉(zhuǎn)速部分流泵增加了連接殼體和擴散管的喉部，可準確實現(xiàn)主泵的 流量控制和泵后冷卻流量的控制；具有比較平緩的流量-揚程性能曲線，彌補了常規(guī)的低 比轉(zhuǎn)速離心泵小流量下工作時工況不穩(wěn)定的缺點，便于實現(xiàn)大范圍工況調(diào)節(jié)，突破了傳統(tǒng) 泵壓式變推力發(fā)動機推力變比限制。2、本發(fā)明擴散管中心線與蝸殼環(huán)形流道外圓切線平行，可以避免蝸殼流道內(nèi)高速 旋轉(zhuǎn)的液體進入擴散器喉部時產(chǎn)生激烈的撞擊，導(dǎo)致脫流堵塞流道，從而使液體的能量損 失增加，提高泵的水力效率。3、本發(fā)明葉輪的葉片前錐角范圍為10-15度，減小了葉片出口的擴散，可抑止軸 向旋渦和二次流的產(chǎn)生。4、本發(fā)明的擴散管為錐形管，可實現(xiàn)出口液體的動能向壓力能的轉(zhuǎn)換。5、本發(fā)明部分流泵葉輪為全開式結(jié)構(gòu)，葉輪沒有前、后蓋板，所以在高速運轉(zhuǎn)過程 中沒有圓盤摩擦損失；沒有間隙特性限制，也無前、后密封環(huán)泄漏引起的容積損失問題，低 比轉(zhuǎn)速泵的軸向尺寸小，提高了泵效率；同時，運轉(zhuǎn)過程不會產(chǎn)生軸向力，減小了渦輪泵軸 向力平衡的問題，減小了結(jié)構(gòu)的軸向尺寸，結(jié)構(gòu)簡單。6、本發(fā)明通過在輪轂上設(shè)置平衡孔17，可以實現(xiàn)分流的一部分推進劑對高速軸承 和密封的冷卻后在回到泵前，節(jié)省能源；同時，減小了葉輪的軸向力。


圖1是現(xiàn)有低比轉(zhuǎn)速離心泵泵體的結(jié)構(gòu)示意圖；其中21_前蓋板，22-殼體， 23-后密封環(huán)，24-進口組件，25-前密封環(huán)，26-后蓋板，27-葉輪，28-誘導(dǎo)輪；圖2是本發(fā)明低比轉(zhuǎn)速部分流泵的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的殼體組件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的葉輪與殼體匹配的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的進口組件的結(jié)構(gòu)示意圖；其中1_進口組件，2-殼體組件，3-導(dǎo)流板，4-誘導(dǎo)輪，5-導(dǎo)流套，6-葉輪，7-平 鍵，8-回流管路，9-傳動軸，10-集液環(huán)，11-進口殼體，12-進□管，13-擴散管，14-殼體， 15-焊接接管嘴，16-喉部，17-平衡孔，18-徑向小孔，19-壓緊螺母，20-環(huán)形流道，29-葉 片。
具體實施方式
本發(fā)明低比轉(zhuǎn)速部分流泵，如圖2所示，包括進口組件1和殼體組件2。如圖5所示，進口組件1由進口管12、集液環(huán)10、進口殼體11組成。由于受渦輪 偏置式總體結(jié)構(gòu)限制，泵采用徑向進口，集液環(huán)10和進口管12焊接在進口殼體上，進口殼 體上環(huán)向設(shè)計了一定數(shù)量的徑向小孔18，確保集液環(huán)內(nèi)的推進劑局均勻進入泵中。如圖2和圖3所示，殼體組件包括殼體14、喉部16、焊接接管嘴15以及擴散管13 ； 焊接接管嘴15焊接在殼體14 ；葉輪6、誘導(dǎo)輪4、傳動軸9以及導(dǎo)流套5設(shè)置在殼體14內(nèi)； 喉部16設(shè)置在殼體14上；殼體14通過喉部16與擴散管13連通；擴散管13為錐形管。擴 散管為錐形管，其作用是實現(xiàn)葉輪出口推進劑動能到壓力能的轉(zhuǎn)換，依靠喉部面積準確實 現(xiàn)泵的流量控制。擴散管13的中心線與殼體14上的環(huán)形流道20的外圓切線平行。選取 擴散管中心線與蝸殼環(huán)形流道外圓切線平行，可以避免蝸殼流道內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的液體進入擴 散器喉部時產(chǎn)生激烈的撞擊，導(dǎo)致脫流堵塞流道，從而使液體的能量損失增加，提高泵的水 力效率。葉輪6包括6至8個徑向葉片29，葉片29的前錐角為10-15度；葉輪6的輪轂上 圓周均布有8個軸向貫通的平衡孔17。葉輪在設(shè)計中選擇合適的葉片數(shù)，保證擴散器喉部 面積和葉輪出口面積之比符合面積比與比轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系；選擇葉片前錐角10-15度，減 小了葉片出口的擴散，抑止軸向旋渦和二次流的產(chǎn)生。葉輪輪轂部分設(shè)計平衡孔，除平衡 剩余的軸向力外，分流一部分流量實現(xiàn)對軸承的冷卻；導(dǎo)流套5通過螺紋連接設(shè)置在進口 殼體11的內(nèi)壁上；葉輪6通過設(shè)置在輪轂上的平鍵7固定在傳動軸9上，實現(xiàn)與傳動軸之 間的扭力矩傳遞。誘導(dǎo)輪4的輪轂比為0. 60-0. 75，汽蝕系數(shù)為0. 16-0. 25 ；較佳輪轂比為 0. 73，較佳汽蝕系數(shù)為0. 2。通過合理選取輪轂比和汽蝕系數(shù)，保證了誘導(dǎo)輪的高性能，推進 劑經(jīng)誘導(dǎo)輪增壓后確保主葉輪不發(fā)生汽蝕。葉輪與誘導(dǎo)輪之間采用插齒連接、葉輪與傳動 軸之間采用普通的平鍵連接實現(xiàn)力矩傳遞。葉輪6設(shè)置在殼體2的蝸殼內(nèi)，由球軸承支撐 固定。球軸承依靠壓緊螺母19實現(xiàn)與殼體組件的連接。為使高速軸承正常工作，就必須給 軸承提供充足的冷卻潤滑液，其冷卻潤滑液就是泵本身輸送的推進劑。球軸承的冷卻和潤 滑這樣實現(xiàn)——誘導(dǎo)輪4后的一小部分推進劑，經(jīng)誘導(dǎo)輪增壓后產(chǎn)生一定的揚程，從葉輪輪 轂的8個平衡孔17流入軸承前，實現(xiàn)對球軸承的冷卻和潤滑后，之后在壓差作用下，通過焊 接接管嘴15及回流管路8，回到泵前進口管內(nèi)，形成定向流動。環(huán)形蝸殼的截面形狀采用矩 形，加工方便，結(jié)構(gòu)簡單。誘導(dǎo)輪設(shè)置在傳動軸上，且位于導(dǎo)流套與傳動軸之間；導(dǎo)流套通過 螺紋連接安裝在進口組件上，其內(nèi)徑與誘導(dǎo)輪外徑之間的間隙很小，防止誘導(dǎo)輪高速旋轉(zhuǎn) 過程中葉片與之相摩擦的同時，保證其密封性能。導(dǎo)流板3的型面與導(dǎo)流套5的型面相匹 配。推進劑進入環(huán)形集液環(huán)后經(jīng)均布的小孔徑向進入泵入口，沿導(dǎo)流板和導(dǎo)流套的之間型 面均勻進入誘導(dǎo)輪，導(dǎo)流板的作用是防止脫流損失；為提高泵的抗汽蝕性能，設(shè)計了誘導(dǎo)輪 提高主葉輪入口壓力。進口組件與殼體組件采用螺栓連接，兩者之間采用密封圈密封。誘導(dǎo)輪4后的另一小部分推進劑，從葉輪6的輪轂上開有一定數(shù)量的平衡孔17，除 平衡剩余的軸向力外，分流一部分推進劑實現(xiàn)對高速軸承、端面密封的冷卻，之后通過外回 流管路8回到泵前。本發(fā)明工作原理推進劑從進口組件1的進口管進入集液環(huán)，通過進口殼體均布 的環(huán)形孔流入泵前，經(jīng)誘導(dǎo)輪增壓后，大部分推進劑進入葉輪，在葉輪內(nèi)傳動軸的機械能轉(zhuǎn) 化為動能，與傳統(tǒng)離心泵不同的是，流經(jīng)部分流泵葉輪的推進劑大部分象“剛體”一樣在葉輪內(nèi)旋轉(zhuǎn)，只有流經(jīng)擴散管喉部的部分推進劑才能進入殼體組件的擴散管中，在擴散管中 實現(xiàn)將推進劑的動能向壓力能的轉(zhuǎn)換，達到向推力室輸送高壓推進劑的目的，因此稱之為 部分 流泵。部分流泵的流量可通過擴散器的喉部尺寸實現(xiàn)精確控制。
權(quán)利要求
一種低比轉(zhuǎn)速部分流泵，包括進口組件(1)和殼體組件(2)，所述殼體組件包括殼體(14)、葉輪(6)、誘導(dǎo)輪(4)、傳動軸(9)、導(dǎo)流套(5)以及擴散管(13)；所述葉輪(6)、誘導(dǎo)輪(4)、傳動軸(9)以及導(dǎo)流套(5)設(shè)置在殼體(14)內(nèi)；所述擴散管(13)設(shè)置在殼體(14)上且與殼體(14)連通；其特征在于所述進口組件(1)包括進口殼體(11)和進口管(12)；所述進口管(12)連接在進口殼體上；所述部分流泵還包括設(shè)置在殼體(14)上的喉部(16)，所述殼體(14)通過喉部(16)與擴散管(13)連通；所述擴散管(13)的中心線與殼體(14)上的環(huán)形流道(20)的外圓切線平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述低比轉(zhuǎn)速部分流泵，其特征在于所述葉輪(6)包括6至8個 徑向葉片(29)，所述葉片(29)的前錐角為10-15度；所述葉輪(6)的輪轂上圓周均布有多 個軸向貫通的平衡孔(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低比轉(zhuǎn)速部分流泵，其特征在于所述進口組件(1)還包 括圓周方向設(shè)置在進口殼體(11)上的環(huán)形集液環(huán)(10)；所述進口管(12)通過集液環(huán)(10) 連接在進口殼體上；所述集液環(huán)(10)所圍住的進口殼體(11)的壁上設(shè)置有多個圓周均布 的徑向小孔(18)，所述進口殼體(11)的內(nèi)壁上設(shè)置有可將徑向小孔(18)流出的液體導(dǎo)流 至誘導(dǎo)輪(4)進口處的導(dǎo)流板(3)，所述導(dǎo)流板(3)的型面與導(dǎo)流套(5)的型面相匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述低比轉(zhuǎn)速部分流泵，其特征在于所述誘導(dǎo)輪(4)的輪轂比為 0. 60-0. 75，汽蝕系數(shù)為 0. 16-0. 25。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述低比轉(zhuǎn)速部分流泵，其特征在于所述誘導(dǎo)輪(4)的輪轂比為 0. 73，汽蝕系數(shù)為0.2。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低比轉(zhuǎn)速部分流泵，其特征在于所述平衡孔(17)的數(shù)量為 8個。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的低比轉(zhuǎn)速部分流泵，其特征在于所述擴散管(13)為錐形管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低比轉(zhuǎn)速部分流泵，其特征在于所述導(dǎo)流套(5)通過螺紋 連接設(shè)置在進口殼體(11)的內(nèi)壁上；所述葉輪(6)通過設(shè)置在輪轂上的平鍵(7)固定在傳 動軸(9)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低比轉(zhuǎn)速部分流泵，包括進口組件和殼體組件，殼體組件包括殼體、葉輪、誘導(dǎo)輪、傳動軸、導(dǎo)流套以及擴散管；葉輪、誘導(dǎo)輪、傳動軸以及導(dǎo)流套設(shè)置在殼體內(nèi)；擴散管設(shè)置在殼體上且與殼體連通；進口組件包括進口殼體和進口管；進口管連接在進口殼體上；部分流泵還包括設(shè)置在殼體上的喉部，殼體通過喉部與擴散管連通；擴散管的中心線與殼體上的環(huán)形流道的外圓切線平行。本發(fā)明解決了葉片出口寬度小，葉輪的制造加工困難、離心泵效率較低的技術(shù)問題，便于實現(xiàn)大范圍工況調(diào)節(jié)，提高泵的水力效率。
文檔編號F04D29/66GK101865160SQ20101022145
公開日2010年10月20日 申請日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者杜玉潔 申請人:中國航天科技集團公司第六研究院第十一研究所