本發(fā)明涉及噴水推進(jìn)泵技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種葉輪輪緣開(kāi)孔的高抗汽蝕噴水推進(jìn)泵，該噴水推進(jìn)泵不僅可以滿(mǎn)足高航速時(shí)效率高，同時(shí)能夠滿(mǎn)足抗汽蝕能力強(qiáng)、振動(dòng)噪聲小等特殊要求。

背景技術(shù)：

隨著船舶工業(yè)的不斷發(fā)展，尤其是戰(zhàn)爭(zhēng)給軍事領(lǐng)域技術(shù)帶來(lái)的不斷挑戰(zhàn)，推進(jìn)器技術(shù)成為決定海上戰(zhàn)爭(zhēng)的關(guān)鍵，隱身技術(shù)和精確制導(dǎo)技術(shù)要求推進(jìn)器不僅具有高速度，而且要有低噪聲。在軍用領(lǐng)域的應(yīng)用方面，噴水推進(jìn)技術(shù)在高速攻擊艇、高速車(chē)客渡船、海軍高速運(yùn)輸艦、護(hù)衛(wèi)艦、輕護(hù)衛(wèi)艦、兩棲裝甲車(chē)輛和安靜型核潛艇等領(lǐng)域都有所應(yīng)用，并在某些方面具有特殊的優(yōu)勢(shì)。噴水推進(jìn)泵利用推進(jìn)泵噴出水流的反作用力推動(dòng)船舶前進(jìn)，與常規(guī)螺旋槳推進(jìn)技術(shù)相比，噴水推進(jìn)泵具有抗空化性能強(qiáng)、推進(jìn)效率高、振動(dòng)和噪聲水平低、操縱性能好及變工況性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。噴水推進(jìn)泵是噴水推進(jìn)裝置的核心部件，須根據(jù)船舶的類(lèi)型、阻力大小、主機(jī)類(lèi)型等來(lái)選擇或設(shè)計(jì)。噴水推進(jìn)泵要效率高、抗汽蝕性能好、流量系數(shù)和揚(yáng)程系數(shù)大，要做到高速化大推力航行，但推進(jìn)泵的結(jié)構(gòu)尺寸又受安裝空間限制，因此設(shè)計(jì)難度較大。高效、高抗汽蝕且具有強(qiáng)大做功能力的噴水推進(jìn)泵的研發(fā)成為促進(jìn)噴水推進(jìn)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。目前，國(guó)內(nèi)噴水推進(jìn)泵技術(shù)普遍低于國(guó)外水平，又受制于國(guó)外技術(shù)的封鎖，這不利于保持軍事領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)性。自主研發(fā)噴水推進(jìn)泵，對(duì)加速?lài)?guó)內(nèi)噴水推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和高性能船舶的開(kāi)發(fā)都具有較大意義。

噴水推進(jìn)泵的泵型主要是軸流泵和導(dǎo)葉式混流泵。通常噴水推進(jìn)泵的設(shè)計(jì)主要通過(guò)對(duì)葉輪的設(shè)計(jì)來(lái)保證高航速時(shí)效率高，同時(shí)滿(mǎn)足抗汽蝕能力強(qiáng)，振動(dòng)噪聲小等特殊要求。另一種方式是增加轉(zhuǎn)速提高推進(jìn)泵效率，但增加轉(zhuǎn)速將導(dǎo)致葉輪內(nèi)產(chǎn)生空化并伴有噪聲和水力激振，嚴(yán)重影響推進(jìn)泵安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，高速、高效、高抗汽蝕性能的噴水推進(jìn)泵的設(shè)計(jì)，受制于結(jié)構(gòu)尺寸和水力部件葉片空化性能要求的雙重制約，為保證噴水推進(jìn)泵在高速低噪聲下穩(wěn)定運(yùn)行，提出一種葉輪輪緣開(kāi)孔的高抗汽蝕噴水推進(jìn)泵設(shè)計(jì)是十分必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的高速高效噴水推進(jìn)泵高抗汽蝕問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種葉輪輪緣開(kāi)孔的高抗汽蝕噴水推進(jìn)泵，該噴水推進(jìn)泵是一種能夠滿(mǎn)足高航速時(shí)效率高，同時(shí)能夠滿(mǎn)足振動(dòng)噪聲小、水聲信號(hào)低及抗汽蝕能力強(qiáng)等特殊要求的噴水推進(jìn)泵。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種葉輪輪緣開(kāi)孔的高抗汽蝕噴水推進(jìn)泵，包括吸水彎管1、吸入直管2、葉輪3、導(dǎo)葉4、噴嘴5、導(dǎo)葉尾椎6以及主軸9，所述吸水彎管1的出口連接吸入直管2入口，吸入直管2出口與葉輪3入口連接，葉輪3的出口依次連接導(dǎo)葉4和噴嘴5，導(dǎo)葉尾椎6連接在導(dǎo)葉4尾部，所述葉輪3通過(guò)鍵固定在主軸9上；所述葉輪3的葉輪葉片800的葉輪葉片輪緣802處的葉輪外壁上設(shè)有葉輪輪緣開(kāi)孔803；所述的葉輪3為半開(kāi)式葉輪。

優(yōu)選地，所述葉輪輪緣開(kāi)孔803為半開(kāi)式葉輪的葉輪葉片輪緣(802)處葉輪外壁面(808)輪緣開(kāi)孔。

優(yōu)選地，所述葉輪輪緣開(kāi)孔803的形狀為軸面流道按轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)掃掠而成的環(huán)狀流道。

優(yōu)選地，所述葉輪輪緣開(kāi)孔803的輪緣開(kāi)孔吸入端805位于葉輪葉片800的葉輪葉片前緣804和葉輪葉片尾緣801之間，輪緣開(kāi)孔吸入端805與葉輪葉片前緣804之前距離為L(zhǎng)₁＝0.3～0.95L，所述葉輪輪緣開(kāi)孔803的輪緣開(kāi)孔出口端809位于葉輪葉片前緣804之前，輪緣開(kāi)孔出口端809與葉輪葉片前緣804之間的距離為L(zhǎng)₃＝0.05～0.3L，其中L為葉輪葉片前緣804與葉輪葉片尾緣801之間葉輪葉片輪緣802的距離。

優(yōu)選地，所述輪緣開(kāi)孔吸入端805的寬度為L(zhǎng)₂＝(0.2～1)t，輪緣開(kāi)孔出口端809的寬度為L(zhǎng)₄＝(0.2～2)t，其中t為葉輪葉片輪緣802的最大厚度。

優(yōu)選地，所述輪緣開(kāi)孔吸入端805和輪緣開(kāi)孔出口端809之間的輪緣壁810與葉輪外壁的葉輪外壁面808之間通過(guò)輪緣開(kāi)孔支撐筋板807連接。

優(yōu)選地，所述輪緣開(kāi)孔支撐筋板807數(shù)量為多根，其中每一根輪緣開(kāi)孔支撐筋板807的厚度均為b＝(1～3)t，其中t為葉輪葉片輪緣802的最大厚度；多根輪緣開(kāi)孔支撐筋板807為環(huán)向均布。

優(yōu)選地，所述輪緣開(kāi)孔支撐筋板807數(shù)量為5～15根。

優(yōu)選地，葉輪輪緣開(kāi)孔803的內(nèi)外壁面之間的距離為H₃＝(0.2～1.0)t，葉輪輪緣開(kāi)孔803處的葉輪外壁面808的厚度為H₂＝(1～2)t，輪緣開(kāi)孔吸入端805和輪緣開(kāi)孔出口端809之間的輪緣壁810在輪緣軸面視圖為直線(xiàn)時(shí)厚度為H₄＝(1～2)t，葉輪輪緣開(kāi)孔803處的輪緣外壁總壁面厚度H₁＝H₂+H₃+H₄＝(2.2～5)t，其中t為葉輪葉片輪緣802的最大厚度。

優(yōu)選地，葉輪葉片輪緣802軸面視圖為凸曲線(xiàn)時(shí)，輪緣開(kāi)孔吸入端805和輪緣開(kāi)孔出口端809之間的輪緣壁810最低厚度為H_min＝(1～1.5)t，其中t為葉輪葉片輪緣802的最大厚度。

優(yōu)選地，輪緣開(kāi)孔吸入端805和輪緣開(kāi)孔出口端809采用圓弧過(guò)渡時(shí)，輪緣開(kāi)孔吸入端805的內(nèi)圓弧半徑為R₁，輪緣開(kāi)孔吸入端805的外圓弧半徑為R₂，輪緣開(kāi)孔出口端809的內(nèi)圓弧半徑為R₃，輪緣開(kāi)孔出口端809的外圓弧半徑為R₄，其中，R₁、R₂、R₃、R₄之間的關(guān)系為R₁≤H₄，R₃≤H₄，R₁≤H₁-H₂，R₃≤H₁-H₂。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明提供的一種葉輪輪緣開(kāi)孔的高抗汽蝕噴水推進(jìn)泵，其葉輪外壁上開(kāi)有葉輪輪緣開(kāi)孔結(jié)構(gòu)，通過(guò)葉輪輪緣開(kāi)孔將葉輪輪緣處的局部高壓流體引導(dǎo)至葉輪葉片前緣靠輪緣處，使葉輪葉片進(jìn)口區(qū)域壓力增加，抑制空化產(chǎn)生，解決了高速高效噴水推進(jìn)泵高抗汽蝕問(wèn)題，同時(shí)該結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足噴泵設(shè)計(jì)空間限制。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1是本發(fā)明一種葉輪輪緣開(kāi)孔的高抗汽蝕噴水推進(jìn)泵結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種葉輪輪緣開(kāi)孔的高抗汽蝕噴水推進(jìn)泵葉輪導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明噴水推進(jìn)泵葉輪直線(xiàn)輪緣開(kāi)孔的尺寸結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明噴水推進(jìn)泵葉輪凸形輪緣開(kāi)孔尺寸結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明噴水推進(jìn)泵葉輪輪緣開(kāi)孔樣式尺寸結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明噴水推進(jìn)泵葉輪葉片輪緣最大厚度示意圖。

圖中：1為吸水彎管，2為吸入直管，3為葉輪，4為導(dǎo)葉，5為噴嘴，6為導(dǎo)葉尾椎，7為導(dǎo)葉體軸承，800為葉輪葉片，801為葉輪葉片尾緣，802為葉輪葉片輪緣，803為葉輪輪緣開(kāi)孔，804為葉輪葉片前緣，805為輪緣開(kāi)孔吸入端，806為輪緣開(kāi)孔區(qū)域輪緣壁面，807輪緣開(kāi)孔支撐筋板，808為葉輪外壁面，809為輪緣開(kāi)孔出口端，810為輪緣開(kāi)孔吸入端和輪緣開(kāi)孔出口端之間的輪緣壁，9為主軸，10為油室前軸承，11為油室，12為油室后軸承。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例

如圖1和圖2所示，本實(shí)施例提供了一種葉輪輪緣開(kāi)孔的高抗汽蝕噴水推進(jìn)泵，包括吸水彎管1、吸入直管2、葉輪3、導(dǎo)葉4、噴嘴5、導(dǎo)葉尾椎6、主軸9，吸水彎管1的出口連接吸入直管2的入口，吸入直管2的出口與葉輪3的入口連接，葉輪3的出口依次連接導(dǎo)葉4和噴嘴5，導(dǎo)葉尾椎6連接在導(dǎo)葉4尾部，葉輪3通過(guò)鍵固定在主軸9上，主軸9為水平布置。

進(jìn)一步地，葉輪3為半開(kāi)式葉輪，包括葉輪輪轂和半開(kāi)式結(jié)構(gòu)的葉輪葉片800，葉輪葉片800的葉輪葉片輪緣802處的葉輪外壁上設(shè)有葉輪輪緣開(kāi)孔803。

進(jìn)一步地，如圖1和圖2所示，與葉輪輪緣開(kāi)孔803相關(guān)的部件羅列如下：

葉輪葉片尾緣801、葉輪葉片輪緣802、葉輪葉片前緣804、輪緣開(kāi)孔吸入端805、輪緣開(kāi)孔區(qū)域輪緣壁面806、輪緣開(kāi)孔支撐筋板807、葉輪外壁面808、輪緣開(kāi)孔出口端809、輪緣開(kāi)孔吸入端805和輪緣開(kāi)孔出口端809之間的輪緣壁810。

進(jìn)一步地，葉輪輪緣開(kāi)孔803為半開(kāi)式葉輪葉片輪緣802處葉輪外壁面808輪緣開(kāi)孔。

進(jìn)一步地，葉輪輪緣開(kāi)孔803形狀為軸面流道按轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)掃掠而成的環(huán)狀流道。

進(jìn)一步地，葉輪輪緣開(kāi)孔803的輪緣開(kāi)孔吸入端805位于葉輪葉片前緣804和葉輪葉片尾緣801之間，輪緣開(kāi)孔吸入端805與葉輪葉片前緣804之前距離為L(zhǎng)₁＝(0.3～0.95)L，葉輪輪緣開(kāi)孔803的輪緣開(kāi)孔出口端809位于葉輪葉片前緣804之前，與葉輪葉片前緣804之間的距離為L(zhǎng)₃＝(0.05～0.3)L，葉輪葉片前緣804輪緣處與葉輪進(jìn)口距離L_s和半徑D_s在葉輪設(shè)計(jì)時(shí)已確定，其中L為葉輪葉片前緣804與葉輪葉片尾緣801在輪緣的距離，L在葉輪葉片設(shè)計(jì)中已確定。

進(jìn)一步地，輪緣開(kāi)孔吸入端805寬度為L(zhǎng)₂＝(0.2～1)t，輪緣開(kāi)孔出口端809寬度為L(zhǎng)₄＝(0.2～2)t，其中t為葉輪葉片輪緣802最大厚度，t在葉輪設(shè)計(jì)時(shí)已確定。

進(jìn)一步地，輪緣開(kāi)孔吸入端805和輪緣開(kāi)孔出口端809之間的輪緣壁810與葉輪外壁面808之間采用輪緣開(kāi)孔支撐筋板807連接，輪緣開(kāi)孔支撐筋板807數(shù)量為5～15根，輪緣開(kāi)孔支撐筋板807厚度為b＝(1～3)t，輪緣開(kāi)孔支撐筋板807為環(huán)向均布。

進(jìn)一步地，葉輪輪緣開(kāi)孔803內(nèi)外壁面距離為H₃＝(0.2～1.0)t。葉輪輪緣開(kāi)孔803處葉輪外壁面808厚度為H₂＝(1～2)t，輪緣開(kāi)孔吸入端和輪緣開(kāi)孔出口端之間的輪緣壁810在輪緣軸面視圖為直線(xiàn)時(shí)厚度為H₄＝(1～2)t，葉輪輪緣開(kāi)孔處的輪緣外壁總壁面厚度H₁＝H₂+H₃+H₄＝(2.2～5)t。

進(jìn)一步地，導(dǎo)葉為閉式結(jié)構(gòu)，葉輪葉片數(shù)目與導(dǎo)葉葉片數(shù)目互質(zhì)。

進(jìn)一步地，葉輪葉片輪緣802軸面視圖為凸曲線(xiàn)時(shí)，輪緣壁810最低厚度為H_min＝(1～1.5)t。

進(jìn)一步地，輪緣開(kāi)孔吸入端805和輪緣開(kāi)孔出口端809采用圓弧過(guò)渡時(shí)，吸入端內(nèi)圓弧半徑為R₁，吸入端外圓弧半徑為R₂，出口端內(nèi)圓弧半徑為R₃，出口端外圓弧為R₄，圓弧過(guò)渡采用適當(dāng)?shù)膱A弧半徑，即R₁、R₂、R₃、R₄滿(mǎn)足R₁≤H₄，R₃≤H₄，R₁≤H₁-H₂，R₃≤H₁-H₂，以保證吸入端和出口端與輪緣開(kāi)孔光滑連接，減小液流沖擊損失。

進(jìn)一步地，本實(shí)施例提供的一種葉輪輪緣開(kāi)孔的高抗汽蝕噴水推進(jìn)泵，還可以包括如下部件：

導(dǎo)葉體軸承7、油室前軸承10、油室11和油室后軸承12；其中，所述導(dǎo)葉體軸承7設(shè)置于導(dǎo)葉4內(nèi)部，油室前軸承10、油室11和油室后軸承12分別設(shè)置于吸入彎管1側(cè)邊。

本實(shí)施例提供的一種葉輪輪緣開(kāi)孔的高抗汽蝕噴水推進(jìn)泵，通過(guò)輪緣開(kāi)孔將葉輪輪緣處的局部高壓流體引導(dǎo)至葉輪葉片前緣靠輪緣處，使葉輪葉片進(jìn)口區(qū)域壓力增加，抑制空化產(chǎn)生，解決了高速高效噴水推進(jìn)泵高抗汽蝕問(wèn)題，同時(shí)該結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足噴泵設(shè)計(jì)空間限制，具有廣闊的應(yīng)用前景。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。