CN101830278B - 串列轴流式喷水推进泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串列轴流式喷水推进泵，其包括吸水弯管(1)、泵轴(7)、叶轮室(6)以及位于叶轮室(6)内的诱导轮(2)和主叶轮(3)，所述泵轴(7)水平布置，所述诱导轮(2)和主叶轮(3)通过键串联固定在泵轴(7)上，所述吸水弯管(1)的出口连接所述诱导轮(2)的入口，主叶轮(3)的出口依次连接整流器(4)和喷管(5)，吸水弯管(1)的过流断面面积沿流道中心线逐渐减小形成收缩流道。本发明避免了主叶轮内空化的发生，解决了喷水推进泵大推力、高速运行工况下的空化问题，同时使推进泵轴向尺寸紧凑。

Description

串列轴流式喷水推进泵

技术领域

本发明涉及水力机械技术领域，特别是涉及一种具有高抗空化性能、高功率密度的串列轴流式喷水推进泵。

背景技术

以喷水推进泵为核心部件的喷水推进装置，是船舶和水下航行器的重要推进方式，其基本原理是通过喷水推进泵向与航行器运动的相反方向喷射高速水流，使船体在喷射水流反作用力的推动下前进。与传统的螺旋桨推进技术相比，泵喷推进技术具有抗空化能力强、推进效率高、振动和噪声水平低、操纵性能好及变工况适应能力强等优点。

传统的喷水推进泵多采用混流式叶轮或低比转速轴流式叶轮。为满足航行器高速行驶的需求，就需要喷水推进泵提供大推力，即具备大功率、高功率密度等特点，但其推进泵结构尺寸将大幅增加。受安装空间的限制，在提高功率的同时，如何保证喷水推进泵体积不过分增加，是喷水推进泵研究的关键问题之一。

增加转速是提高推进泵功率的有效途径之一，但转速提高将使叶轮内相对速度增大，使叶轮内产生空化现象，并伴随有噪声及水力激振，严重影响推进泵运行的安全性和稳定性，同时还将引起推进功率的下降。提高推进泵推力和功率密度的另一种途径是采用两级泵，通常采用两级轴流泵，见图1。通过第一级叶轮20做功后的高能流体流经第一级导叶21后，进入第二级叶轮22，从第二级叶轮22获得能量后再经第二级导叶23和喷管喷出。该类推进泵可以满足大功率的需要，但因两级叶轮后均配有导叶，其轴向尺寸过大，在实际应用中受到制约。

目前，大推力和高功率密度的喷水推进泵的设计，受到结构尺寸要求和空化性能要求的双重制约，为此，需要提供一种串列轴流式喷水推进泵以克服上述缺陷。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决高转速、高功率密度情况下喷水推进泵的空化问题，以扩展喷水推进泵的应用范围。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，提供一种依照本发明实施方式的串列轴流式喷水推进泵，其包括吸水弯管、泵轴、以及位于叶轮室内的诱导轮和主叶轮，所述泵轴水平布置，所述诱导轮和主叶轮通过键串联固定在泵轴上，所述吸水弯管的出口连接所述诱导轮的入口，主叶轮的出口依次连接整流器和喷管，吸水弯管的过流断面面积沿流道中心线逐渐减小形成收缩流道。

优选地，所述主叶轮具有主叶轮轮毂和主叶轮叶片，所述诱导轮具有诱导轮轮毂和诱导轮叶片，所述主叶轮叶片的数目是所述诱导轮叶片的数目的两倍。

优选地，诱导轮叶片的数量为2～4枚，诱导轮与主叶轮的轴向间距为主叶轮直径的0.05～0.1倍。

优选地，所述诱导轮轮毂和所述主叶轮轮毂沿圆周方向位置开设有若干键槽，通过改变键槽与所述泵轴的连接来调整诱导轮叶片和主叶轮叶片在圆周方向的相对位置。

优选地，所述主叶轮具有主叶轮叶栅，所述诱导轮具有诱导轮叶栅，所述主叶轮叶栅和所述诱导轮叶栅均采用翼型设计。

优选地，在主叶轮叶片的二分之一叶高处，主叶轮叶栅与诱导轮叶栅的轴向间距为D_Z＝(0.05～0.1)D。

优选地，在主叶轮叶片的二分之一叶高处，相邻的主叶轮叶栅的进口与诱导轮叶栅的出口的圆周方向间距为ΔS，

$\mathrm{\ΔS}=\frac{2\mathrm{\π}}{360}\×\left(\frac{D+d_h}{2}\right)\×\mathrm{\Δ\θ}$

其中，D为主叶轮外径，d_h为主叶轮轮毂的直径，Δθ为主叶轮叶片二分之一叶高处诱导轮叶片的出口边位置与主叶轮叶片的进口边位置所夹的圆周角。

优选地，所述诱导轮叶片的出口安放角与主叶轮叶片的进口安放角之差的取值区间为[-6°，+6°]。

优选地，所述整流器设计为收缩流道。

优选地，所述整流器的内部设有导叶，所述导叶的叶片数目与主叶轮叶片的数目互为质数。

优选地，所述诱导轮与主叶轮之间设置有若干垫块。

(三)有益效果

本发明的诱导轮与主叶轮形成串列结构，通过吸入性能良好的诱导轮对流体增压，加压后的流体进入主叶轮，避免主叶轮内空化的发生，解决了喷水推进泵大推力、高速运行工况下的空化问题，同时使推进泵轴向尺寸紧凑。

附图说明

图1是现有技术中的两级轴流泵结构示意图；

图2是本发明串列轴流式喷水推进泵的结构示意图；

图3是本发明喷水推进泵的诱导轮与主叶轮的串列结构示意图；

图4是本发明喷水推进泵的诱导轮与主叶轮叶栅圆周方向相对位置示意图；

图5是本发明喷水推进泵的整流器示意图。

其中，1：吸水弯管；2：诱导轮；3：主叶轮；4：整流器；5：喷管；6：叶轮室；7：泵轴；8：诱导轮轮毂；9：垫块；10：主叶轮轮毂；11：主叶轮叶片；12：诱导轮叶片；13：主叶轮叶栅；14：诱导轮叶栅；15：导水锥；16：导叶；20：第一级叶轮；21：第一级导叶；22：第二级叶轮；23：第二级导叶。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图2、图3所示为本发明的轴流式喷水推进泵的一个实施例，包括吸水弯管1、由诱导轮2和主叶轮3组成的串列叶轮、整流器4、喷管5、叶轮室6和泵轴7。泵轴7水平布置，诱导轮2和主叶轮3通过键固定在泵轴7上，诱导轮2和主叶轮3的轴向间距可通过垫块9来调整。主叶轮叶片11数目是诱导轮叶片12数目的2倍，使诱导轮2与主叶轮3组成的串列叶栅在圆周方向具有对称性。诱导轮叶片12采用高空化性能的翼型设计，主叶轮叶片11采用高能量特性的翼型设计。在相同半径位置，诱导轮叶片12的出口安放角与主叶轮叶片11的进口安放角之差的取值区间为[-6°，+6°]，保证了串列叶轮内液流的平顺过渡。

诱导轮轮毂8和主叶轮轮毂10上不同圆周方向位置开设有多个键槽，通过改变键槽与泵轴7的连接，可以调整诱导轮叶片12与主叶轮叶片11在圆周方向的相对位置。如图4所示，在主叶轮叶片11的二分之一叶高处，主叶轮叶栅13与诱导轮叶栅14的轴向间距为D_Z，其值为(0.05～0.1)D，相邻的主叶轮叶栅翼型进口与诱导轮叶栅翼型出口的圆周方向间距为ΔS，

$\mathrm{\ΔS}=\frac{2\mathrm{\π}}{360}\×\left(\frac{D+d_h}{2}\right)\×\mathrm{\Δ\θ}$

其中，D为主叶轮外径，d_h为主叶轮轮毂10的直径，Δθ为主叶轮叶片11二分之一叶高处诱导轮叶片12的出口边位置与主叶轮叶片11的进口边位置所夹的圆周角。

如图5所示，整流器4为收缩流道，内设有导水锥15和导叶16。导叶16数目与主叶轮叶片11数目互为质数，避免了主叶轮叶片11与导叶16由于动静干涉出现共振频率。导叶16可收集流出主叶轮的流体，进一步消除流体的圆周方向旋转运动，在喷管5形成高速轴向射流。

本发明由于采用了诱导轮与主叶轮的串列结构，与传统两级轴流泵结构相比，省去了第一级导叶，可有效减小系统轴向尺寸，使结构紧凑，而且安装方便。诱导轮叶片出口安放角与主叶轮进口安放角的合理匹配，保证了串列叶轮内流动的平顺过渡，可有效减少泵内液流冲击，降低压力脉动对水泵性能的影响。

另外，本发明的诱导轮具有良好的抗空化性能，经诱导轮初步增压后的流体进入主叶轮，避免了在主叶轮内出现空化现象。因此，本发明采用的串列叶轮形式，可解决高转速、高功率密度工况喷水推进泵的空化问题，具有广阔应用前景。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种串列轴流式喷水推进泵，其特征在于，所述喷水推进泵包括吸水弯管(1)、泵轴(7)、叶轮室(6)以及位于叶轮室(6)内的诱导轮(2)和主叶轮(3)，所述泵轴(7)水平布置，所述诱导轮(2)和主叶轮(3)通过键串联固定在泵轴(7)上，所述吸水弯管(1)的出口连接所述诱导轮(2)的入口，主叶轮(3)的出口依次连接有整流器(4)和喷管(5)，吸水弯管(1)的过流断面面积沿流道中心线逐渐减小，形成收缩流道；

所述主叶轮(3)具有主叶轮轮毂(10)和主叶轮叶片(11)，所述诱导轮(2)具有诱导轮轮毂(8)和诱导轮叶片(12)，所述主叶轮叶片(11)的数目是所述诱导轮叶片(12)的数目的两倍。

2.如权利要求1所述的串列轴流式喷水推进泵，其特征在于，诱导轮叶片(12)的数目为2～4枚，诱导轮(2)与主叶轮(3)的轴向间距为主叶轮(3)直径的0.05～0.1倍。

3.如权利要求2所述的串列轴流式喷水推进泵，其特征在于，所述诱导轮轮毂(8)和所述主叶轮轮毂(10)沿圆周方向位置开设有若干键槽，通过改变键槽与所述泵轴(7)的连接来调整诱导轮叶片(12)和主叶轮叶片(11)在圆周方向的相对位置。

4.如权利要求1所述的串列轴流式喷水推进泵，其特征在于，所述主叶轮(3)具有主叶轮叶栅(13)，所述诱导轮(2)具有诱导轮叶栅(14)，所述主叶轮叶栅(13)由高能量性能的翼型组成，所述诱导轮叶栅(14)由高空化性能的翼型组成。

5.如权利要求4所述的串列轴流式喷水推进泵，其特征在于，在主叶轮叶片(11)的二分之一叶高处，主叶轮叶栅(13)与诱导轮叶栅(14)的轴向间距为D_Z＝(0.05～0.1)D，其中，D为主叶轮外径。

6.如权利要求5所述的串列轴流式喷水推进泵，其特征在于，在主叶轮叶片(11)的二分之一叶高处，相邻的主叶轮叶栅(13)的进口与诱导轮叶栅(14)的出口的圆周方向间距为ΔS，

$\mathrm{\ΔS}=\frac{2\mathrm{\π}}{360}\×\left(\frac{D+d_h}{2}\right)\×\mathrm{\Δ\θ}$

其中，D为主叶轮外径，d_h为主叶轮轮毂(10)的直径，Δθ为主叶轮叶片(11)二分之一叶高处诱导轮叶片(12)的出口边位置与主叶轮叶片(11)的进口边位置所夹的圆周角。

7.如权利要求6所述的串列轴流式喷水推进泵，其特征在于，所述诱导轮叶片(12)的出口安放角与主叶轮叶片(11)的进口安放角之差的取值区间为[-6°，+6°]。

8.如权利要求7所述的串列轴流式喷水推进泵，其特征在于，所述整流器(4)的内部设有导叶(16)，所述导叶(16)的叶片数目与主叶轮叶片(11)的数目互为质数。

9.如权利要求1-8任一项所述的串列轴流式喷水推进泵，其特征在于，所述诱导轮(2)与主叶轮(3)之间设置有若干垫块(9)。

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