專(zhuān)利名稱(chēng)：一種適用于寬范圍流量調(diào)節(jié)的小型高速離心泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離心泵裝置，特別是一種適用于寬范圍流量調(diào)節(jié)的小型高速離心泵，可用于沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)或航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油供應(yīng)系統(tǒng)，也可用于液體發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
某沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)采用泵壓式供油系統(tǒng)。由于導(dǎo)彈飛行的空域和馬赫數(shù)變化范圍很大，因此燃油泵的流量調(diào)節(jié)比(泵的最大流量/最小流量)超過(guò)30 ；由于彈體空間狹窄，燃油泵必須做到結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕；同時(shí)燃油泵入口壓力較低，因而要求燃油泵具有較高的抗汽蝕性能。采用高轉(zhuǎn)速可以減小結(jié)構(gòu)尺寸和結(jié)構(gòu)重量，但對(duì)于燃油泵來(lái)說(shuō)，提高轉(zhuǎn)速將降低泵的抗汽蝕性能，特別是在超寬流量范圍下，使每個(gè)工況點(diǎn)均保持高抗汽蝕性能難度很大。普通離心泵無(wú)法采用高轉(zhuǎn)速的一個(gè)重要原因在于受泵抗汽蝕性能的限制；此外， 臨界轉(zhuǎn)速無(wú)法提高等轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題也是限制離心泵采用高轉(zhuǎn)速的另一個(gè)重要原因。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中離心泵受泵抗汽蝕性能的限制以及轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題限制的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、小尺寸、高性能、高抗汽蝕性能的離心泵裝置。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種適用于寬范圍流量調(diào)節(jié)的小型高速離心泵，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)、泵體、通過(guò)軸承設(shè)置于泵體內(nèi)的軸、離心輪以及誘導(dǎo)輪，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)的輸出端與軸一端連接，軸的另一端依次安裝有離心輪和誘導(dǎo)輪，其特殊之處在于所述誘導(dǎo)輪包括誘導(dǎo)輪輪轂以及設(shè)置在誘導(dǎo)輪輪轂上的誘導(dǎo)輪葉片，所述誘導(dǎo)輪輪轂直徑從誘導(dǎo)輪的進(jìn)口到出口漸增，所述誘導(dǎo)輪的螺距從誘導(dǎo)輪的進(jìn)口到出口漸增且呈三段式，沿軸向依次為等螺距段、變螺距段和等螺距段。上述誘導(dǎo)輪葉片的進(jìn)口處是后掠形的；誘導(dǎo)輪葉片出口處的外徑是收縮形的且收縮至離心輪入口。上述離心輪包括多個(gè)長(zhǎng)葉片和短葉片，所述長(zhǎng)葉片和短葉片間隔圓周均布，相鄰長(zhǎng)葉片的間隔角度為α，短葉片與相鄰長(zhǎng)葉片非工作面的夾角為β，β /α < 0· 5。所述離心輪葉片在進(jìn)口處具有大的進(jìn)口安放角和大的進(jìn)口寬度。上述離心輪的葉片數(shù)為12個(gè)，由6個(gè)長(zhǎng)葉片和6個(gè)短葉片組成，長(zhǎng)葉片和短葉片均為圓弧直葉片。 還包括設(shè)置于泵體內(nèi)的供冷卻軸承的內(nèi)回路，所述內(nèi)回路一端開(kāi)口于軸承外側(cè)另
一端開(kāi)口于離心泵進(jìn)液口。上述泵體1與離心輪3之間設(shè)置有浮動(dòng)環(huán)5。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果
1、抗汽蝕性能優(yōu)良，流動(dòng)穩(wěn)定性好。變螺距誘導(dǎo)輪的葉片安放角從進(jìn)口到出口是漸增的，在誘導(dǎo)輪進(jìn)口處采用小的葉片安放角，因而誘導(dǎo)輪自身具有高的抗汽蝕性能；在誘導(dǎo)輪出口處采用大的葉片安放角，可以使誘導(dǎo)輪獲得高揚(yáng)程，從而避免了泵輪出現(xiàn)汽蝕；在誘導(dǎo)輪的進(jìn)口段和出口段各維持一段等螺距段，提高了流體流動(dòng)的穩(wěn)定性，保證了離心輪具有良好的入口條件，進(jìn)而提高了泵的抗汽蝕性能；2、離心輪采用復(fù)合葉輪形式，在葉片進(jìn)口處采用較大的進(jìn)口安放角和進(jìn)口寬度、 出口處采用較多葉片數(shù)，降低了離心輪入口葉片的排擠系數(shù)，保證了離心輪具有高的抗汽蝕性能。在流量大范圍變動(dòng)的情況下，采用變螺距誘導(dǎo)輪和離心輪采用復(fù)合葉輪保證了泵具有優(yōu)良的抗汽蝕性能。3、結(jié)構(gòu)緊湊一般誘導(dǎo)輪的外徑大于離心輪的進(jìn)口直徑，本發(fā)明將誘導(dǎo)輪葉片出口的外緣設(shè)計(jì)為收縮形，將誘導(dǎo)輪葉片出口收縮至離心輪進(jìn)口，減小了軸向長(zhǎng)度，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，使泵的臨界轉(zhuǎn)速得到了提高。從而提高了泵的工作轉(zhuǎn)速。4、將軸承冷卻液的回路布置于泵體內(nèi)，減小了離心泵的徑向尺寸，使離心泵裝置更加緊湊。采用浮動(dòng)環(huán)密封裝置，實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)速下產(chǎn)品的無(wú)磨損，而且具有自動(dòng)調(diào)心作用， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。5、.轉(zhuǎn)速高，質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)尺寸小采用該離心泵的某沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)用空氣渦輪泵最高工作轉(zhuǎn)速超過(guò)了 60000r/min，結(jié)構(gòu)尺寸為Φ 100 X 180 (mm)，質(zhì)量?jī)H為4kg，而且實(shí)現(xiàn)了多
次起動(dòng)，工作正常。6、效率高在相同的離心輪外徑下，采用本發(fā)明長(zhǎng)短結(jié)合葉片形式的離心輪以及變螺距誘導(dǎo)輪有利于提高泵的揚(yáng)程和效率；采用誘導(dǎo)輪輪轂直徑從進(jìn)口到出口漸增的形式可以減小誘導(dǎo)輪輪轂出口處的回流，從而提高流體流動(dòng)的穩(wěn)定性，改善了誘導(dǎo)輪與離心輪的匹配性。因此采用短葉片偏置形式的長(zhǎng)短葉片結(jié)合的離心輪和變螺距誘導(dǎo)輪，使泵獲得了高效率。7、流量調(diào)節(jié)范圍超寬由于誘導(dǎo)輪采用變螺距變輪轂形式，離心輪采用加大進(jìn)口的復(fù)合葉輪形式，因而離心泵在大流量下的流通能力得到了保證，同時(shí)小流量下的流動(dòng)穩(wěn)定性也得到了提高，并使泵的流量調(diào)節(jié)范圍變寬。


圖1為本發(fā)明的離心泵裝置截面圖；圖2為本發(fā)明的離心輪葉片示意圖；圖3為本發(fā)明的誘導(dǎo)輪截面圖；圖4為本發(fā)明的誘導(dǎo)輪螺距變化規(guī)律示意圖，其中橫坐標(biāo)為葉片軸向長(zhǎng)度，縱坐標(biāo)為螺距；圖5為本發(fā)明的誘導(dǎo)輪和離心輪匹配示意圖；其中1-泵體，2-軸，3-離心輪，31-長(zhǎng)葉片，32-短葉片，4-誘導(dǎo)輪，41-誘導(dǎo)輪輪轂，42-誘導(dǎo)輪葉片，5-浮動(dòng)環(huán)，6、7-軸承，8-內(nèi)回路，33-工作面，34-非工作面。圖6為本發(fā)明的泵揚(yáng)程特性曲線，其中橫坐標(biāo)為相對(duì)流量，縱坐標(biāo)為揚(yáng)程系數(shù)；圖7為本發(fā)明的泵效率特性曲線，其中橫坐標(biāo)為相對(duì)流量，縱坐標(biāo)為效率；圖8為本發(fā)明的泵汽蝕特性曲線。
具體實(shí)施例方式圖1為一種適用于寬范圍流量調(diào)節(jié)的離心泵裝置的示意圖，包括泵體1、通過(guò)軸承 (6,7)設(shè)置于泵體內(nèi)的軸、離心輪以及誘導(dǎo)輪，泵體前端設(shè)置有進(jìn)液口，側(cè)面設(shè)置有出液口。 軸通過(guò)軸承與泵體連接，離心輪和誘導(dǎo)輪依次安裝于軸的一端，通過(guò)鍵與軸固連，并一起旋轉(zhuǎn)。軸的另一端安裝有驅(qū)動(dòng)機(jī)(電機(jī)或渦輪)，通過(guò)軸將驅(qū)動(dòng)機(jī)的功率傳遞給離心輪和誘導(dǎo)輪，實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)(燃油)壓力的提升。該裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、高設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、高性能、高抗汽蝕性能的特點(diǎn)。上述離心泵還包括設(shè)置于泵體內(nèi)的供冷卻軸承的內(nèi)回路，其一端開(kāi)口于軸承的外側(cè)，另一端開(kāi)口于進(jìn)液口。如圖2所示，為本發(fā)明的離心輪3。離心輪3的葉片數(shù)為12，由6個(gè)長(zhǎng)葉片和6個(gè)短葉片組成，葉片為圓弧直葉片。離心泵的離心輪是長(zhǎng)短葉片結(jié)合的復(fù)合葉輪形式，與常規(guī)的短葉片布置于長(zhǎng)葉片正中不同，相鄰長(zhǎng)葉片的間隔角度為α，短葉片與相鄰長(zhǎng)葉片非工作面的夾角為β，滿足β/α <0.5。離心輪3采用前蓋板和帶有圓弧葉片的葉輪釬焊而成。長(zhǎng)葉片和短葉片均包括工作面33和非工作面34，在高轉(zhuǎn)速下，離心輪3可以將推進(jìn)劑壓力提高，滿足系統(tǒng)的要求。該離心輪3的特點(diǎn)為短葉片32向長(zhǎng)葉片31的非工作面偏置(圖2中，β /α <0.5)。與短葉片32置于長(zhǎng)葉片31正中(β/α = 0. 5)相比，短葉片32偏置有利于減小離心輪3出口處的脫流，進(jìn)而提高離心泵的效率。誘導(dǎo)輪4采用變輪轂、變螺距形式。如圖3所示，誘導(dǎo)輪4的作用是保證在低的入口壓力下泵內(nèi)不發(fā)生汽蝕。誘導(dǎo)輪 4的特點(diǎn)為誘導(dǎo)輪4的輪轂41直徑從進(jìn)口到出口是漸增的，誘導(dǎo)輪4的螺距從進(jìn)口到出口是漸增的，誘導(dǎo)輪葉片42數(shù)目為2。誘導(dǎo)輪采用變輪轂、變螺距形式有利于提高離心泵的抗汽蝕性能。離心泵中誘導(dǎo)輪的輪轂直徑從進(jìn)口到出口是漸增的，誘導(dǎo)輪的螺距從進(jìn)口到出口也是漸增的，即誘導(dǎo)輪是變輪轂變螺距形式；誘導(dǎo)輪出口處的外徑是收縮形的，以更好地與葉輪匹配。圖4為誘導(dǎo)輪螺距變化規(guī)律示意圖，誘導(dǎo)輪的進(jìn)口段為等螺距段(螺距為Si)，誘導(dǎo)輪的中間部分為變螺距段(螺距由Sl漸增至S2)，誘導(dǎo)輪的出口段也是等螺距段(螺距為 S2)。如圖3和圖5所示，誘導(dǎo)輪4的另一特點(diǎn)為誘導(dǎo)輪4的外徑在出口處是收縮形的，誘導(dǎo)輪4潛入離心輪3前蓋板內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)改善了誘導(dǎo)輪4出口與離心輪3進(jìn)口之間的匹配關(guān)系，有利于減小泵的軸向長(zhǎng)度，使結(jié)構(gòu)更緊湊。如圖4所示，在泵體1與離心輪3之間布置有密封作用的浮動(dòng)環(huán)5。浮動(dòng)環(huán)密封的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)磨損，可靠性高。在高轉(zhuǎn)速下，浮動(dòng)環(huán)5還具有自動(dòng)調(diào)心作用，這是其它密封方式所不具有的優(yōu)點(diǎn)。試驗(yàn)表明如圖6-圖8所示，該燃油泵可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速由40000r/min至60000r/ min，流量由0. 03Q至1. 2Q之間的穩(wěn)定連續(xù)調(diào)節(jié)。在流量范圍如此寬的情況下，燃油泵均保持了高揚(yáng)程，揚(yáng)程曲線平坦，揚(yáng)程系數(shù)在0. 56 0. 63之間，滿足了使用要求；泵最高效率約 62. 7%，而且效率隨著流量的增加而增加。從汽蝕特性曲線來(lái)看泵在0. 03Q 1. 2Q范圍下抗汽蝕性能較高，滿足了泵的抗汽蝕需求。
權(quán)利要求
1.一種適用于寬范圍流量調(diào)節(jié)的小型高速離心泵，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)、泵體、通過(guò)軸承設(shè)置于泵體內(nèi)的軸、離心輪以及誘導(dǎo)輪，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)的輸出端與軸一端連接，軸的另一端依次安裝有離心輪和誘導(dǎo)輪，其特征在于所述誘導(dǎo)輪包括誘導(dǎo)輪輪轂以及設(shè)置在誘導(dǎo)輪輪轂上的誘導(dǎo)輪葉片，所述誘導(dǎo)輪輪轂直徑從誘導(dǎo)輪的進(jìn)口到出口漸增，所述誘導(dǎo)輪的螺距從誘導(dǎo)輪的進(jìn)口到出口漸增且呈三段式，沿軸向依次為等螺距段、變螺距段和等螺距段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于寬范圍流量調(diào)節(jié)的小型高速離心泵，其特征在于所述誘導(dǎo)輪葉片的進(jìn)口處是后掠形的；誘導(dǎo)輪葉片出口處的外徑是收縮形的且收縮至離心輪入口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于寬范圍流量調(diào)節(jié)的小型高速離心泵，其特征在于所述離心輪包括多個(gè)長(zhǎng)葉片和短葉片，所述長(zhǎng)葉片和短葉片間隔圓周均布，相鄰長(zhǎng)葉片的間隔角度為α，短葉片與相鄰長(zhǎng)葉片非工作面的夾角為β，β /α < 0· 5。所述離心輪葉片在進(jìn)口處具有大的進(jìn)口安放角和大的進(jìn)口寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于寬范圍流量調(diào)節(jié)的小型高速離心泵，其特征在于所述離心輪的葉片數(shù)為12個(gè)，由6個(gè)長(zhǎng)葉片和6個(gè)短葉片組成，長(zhǎng)葉片和短葉片均為圓弧直葉片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的適用于寬范圍流量調(diào)節(jié)的小型高速離心泵，其特征在于還包括設(shè)置于泵體內(nèi)的供冷卻軸承的內(nèi)回路，所述內(nèi)回路一端開(kāi)口于軸承外側(cè)另一端開(kāi)口于離心泵進(jìn)液口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適用于寬范圍流量調(diào)節(jié)的小型高速離心泵，其特征在于所述泵體(1)與離心輪C3)之間設(shè)置有浮動(dòng)環(huán)(5)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于寬范圍流量調(diào)節(jié)的小型高速離心泵，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)、泵體、通過(guò)軸承設(shè)置于泵體內(nèi)的軸、離心輪以及誘導(dǎo)輪，驅(qū)動(dòng)機(jī)的輸出端與軸一端連接，軸的另一端依次安裝有離心輪和誘導(dǎo)輪，誘導(dǎo)輪包括誘導(dǎo)輪輪轂以及設(shè)置在誘導(dǎo)輪輪轂上的誘導(dǎo)輪葉片，誘導(dǎo)輪輪轂直徑從誘導(dǎo)輪的進(jìn)口到出口漸增，誘導(dǎo)輪的螺距從誘導(dǎo)輪的進(jìn)口到出口漸增且呈三段式，沿軸向依次為等螺距段、變螺距段和等螺距段。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中離心泵受泵抗汽蝕性能的限制以及轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題限制的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的提供離心泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、小尺寸、高性能、高抗汽蝕性能的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F04D29/22GK102287398SQ20111020904
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者李永鵬, 許開(kāi)富, 逯婉若, 陳暉 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第六研究院第十一研究所