CN101865160A - 一种低比转速部分流泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低比转速部分流泵，包括进口组件和壳体组件，壳体组件包括壳体、叶轮、诱导轮、传动轴、导流套以及扩散管；叶轮、诱导轮、传动轴以及导流套设置在壳体内；扩散管设置在壳体上且与壳体连通；进口组件包括进口壳体和进口管；进口管连接在进口壳体上；部分流泵还包括设置在壳体上的喉部，壳体通过喉部与扩散管连通；扩散管的中心线与壳体上的环形流道的外圆切线平行。本发明解决了叶片出口宽度小，叶轮的制造加工困难、离心泵效率较低的技术问题，便于实现大范围工况调节，提高泵的水力效率。

Description

一种低比转速部分流泵

技术领域

本发明属于涡轮泵领域，尤其涉及一种低比转速部分流泵。

背景技术

在涡轮泵领域，习惯采用常规的离心泵为推进剂组元增压，实现输送高压推进剂的目的。现有的低比转速离心泵参见图1，其具有以下缺陷：1、叶轮外径偏大、叶片出口宽度很小、叶轮轴面流道狭长、流道的扩散较为严重，流道内部的逆向压力梯度将促使壁面边界层的发展和分离，强化了射流-尾流结构，增加了尾流区，导致水力性能下降；2、机械损失主要是圆盘摩擦损失，与叶轮外径的5次方成正比，且比转速越低，与圆盘摩擦损失越大；3、单级低比转速离心泵的容积损失主要是叶轮前、后密封环处的间隙泄漏损失、隔舌处的环流损失及叶轮出口较高的流体速度带来的泵体内较大的水力摩擦损失。

为提高泵的效率，常规的低比转速离心泵设计中，采用加大流量设计法、增大叶片出口角、在相邻的长叶片之间增加短叶片等措施减小扩散损失和从叶轮出口到扩散管进口的混合损失，改善叶轮及泵体内的水力性能。《低比转速离心泵理论与设计》第35页，(机械工业出版社，1997年出版)。但低比转速泵采用离心泵结构仍存在以下不足之处：1、叶片出口宽度小，叶轮的制造加工困难；2、离心泵效率较低，造成涡轮泵效率下降，涡轮燃气供应系统能源浪费；3、流量-扬程曲线易出现驼峰，运行工况不稳定，无法满足较大范围工况调节的需求；4、需要设计叶轮的前、后密封环减小容积损失，增加了轴向尺寸和整个涡轮泵的结构尺寸。

发明内容

本发明目的是提供一种新型低比转速部分流泵，其解决了现有低比转速离心泵存在的上述不足之处，可以减小叶轮的径向尺寸，而且由于叶轮没有前后盖板，因此无圆盘摩擦损失，所以在低比转速范围内其效率比常规离心泵高；由于部分流泵没有间隙特性，叶轮不需要前后密封环，从而缩短轴向尺寸；另外，由于部分流泵的叶轮为开式结构，运转过程不会产生轴向力，减小了涡轮泵轴向力平衡的难题。

本发明的技术解决方案是：

一种低比转速部分流泵，包括进口组件1和壳体组件2，所述壳体组件包括壳体14、叶轮6、诱导轮4、传动轴9、导流套5以及扩散管13；所述叶轮6、诱导轮4、传动轴9以及导流套5设置在壳体14内；所述扩散管13设置在壳体14上且与壳体14连通；其特殊之处在于：所述进口组件1包括进口壳体11和进口管12；所述进口管12连接在进口壳体上；所述部分流泵还包括设置在壳体14上的喉部16，所述壳体14通过喉部16与扩散管13连通；所述扩散管13的中心线与壳体14上的环形流道20的外圆切线平行。

上述叶轮6包括6至8个径向叶片29，所述叶片29的前锥角为10-15度；所述叶轮6的轮毂上圆周均布有多个轴向贯通的平衡孔17。

上述进口组件1还包括圆周方向设置在进口壳体11上的环形集液环10；所述进口管12通过集液环10连接在进口壳体上；所述集液环10所围住的进口壳体11的壁上设置有多个圆周均布的径向小孔18，所述进口壳体11的内壁上设置有可将径向小孔18流出的液体导流至诱导轮4进口处的导流板3，所述导流板3的型面与导流套5的型面相匹配。

上述诱导轮4的轮毂比为0.60-0.75，汽蚀系数为0.16-0.25。

上述诱导轮4的轮毂比为0.73，汽蚀系数为0.2。

上述平衡孔17的数量为8个。

上述扩散管13为锥形管。

上述导流套5通过螺纹连接设置在进口壳体11的内壁上；所述叶轮6通过设置在轮毂上的平键7固定在传动轴9上。

本发明所具有的优点：

1、本发明低比转速部分流泵增加了连接壳体和扩散管的喉部，可准确实现主泵的流量控制和泵后冷却流量的控制；具有比较平缓的流量-扬程性能曲线，弥补了常规的低比转速离心泵小流量下工作时工况不稳定的缺点，便于实现大范围工况调节，突破了传统泵压式变推力发动机推力变比限制。

2、本发明扩散管中心线与蜗壳环形流道外圆切线平行，可以避免蜗壳流道内高速旋转的液体进入扩散器喉部时产生激烈的撞击，导致脱流堵塞流道，从而使液体的能量损失增加，提高泵的水力效率。

3、本发明叶轮的叶片前锥角范围为10-15度，减小了叶片出口的扩散，可抑止轴向旋涡和二次流的产生。

4、本发明的扩散管为锥形管，可实现出口液体的动能向压力能的转换。

5、本发明部分流泵叶轮为全开式结构，叶轮没有前、后盖板，所以在高速运转过程中没有圆盘摩擦损失；没有间隙特性限制，也无前、后密封环泄漏引起的容积损失问题，低比转速泵的轴向尺寸小，提高了泵效率；同时，运转过程不会产生轴向力，减小了涡轮泵轴向力平衡的问题，减小了结构的轴向尺寸，结构简单。

6、本发明通过在轮毂上设置平衡孔17，可以实现分流的一部分推进剂对高速轴承和密封的冷却后在回到泵前，节省能源；同时，减小了叶轮的轴向力。

附图说明

图1是现有低比转速离心泵泵体的结构示意图；其中：21-前盖板，22-壳体，23-后密封环，24-进口组件，25-前密封环，26-后盖板，27-叶轮，28-诱导轮；

图2是本发明低比转速部分流泵的结构示意图；

图3是本发明的壳体组件的结构示意图；

图4是本发明的叶轮与壳体匹配的结构示意图；

图5是本发明的进口组件的结构示意图；

其中：1-进口组件，2-壳体组件，3-导流板，4-诱导轮，5-导流套，6-叶轮，7-平键，8-回流管路，9-传动轴，10-集液环，11-进口壳体，12-进口管，13-扩散管，14-壳体，15-焊接接管嘴，16-喉部，17-平衡孔，18-径向小孔，19-压紧螺母，20-环形流道，29-叶片。

具体实施方式

本发明低比转速部分流泵，如图2所示，包括进口组件1和壳体组件2。

如图5所示，进口组件1由进口管12、集液环10、进口壳体11组成。由于受涡轮偏置式总体结构限制，泵采用径向进口，集液环10和进口管12焊接在进口壳体上，进口壳体上环向设计了一定数量的径向小孔18，确保集液环内的推进剂局均匀进入泵中。

如图2和图3所示，壳体组件包括壳体14、喉部16、焊接接管嘴15以及扩散管13；焊接接管嘴15焊接在壳体14；叶轮6、诱导轮4、传动轴9以及导流套5设置在壳体14内；喉部16设置在壳体14上；壳体14通过喉部16与扩散管13连通；扩散管13为锥形管。扩散管为锥形管，其作用是实现叶轮出口推进剂动能到压力能的转换，依靠喉部面积准确实现泵的流量控制。扩散管13的中心线与壳体14上的环形流道20的外圆切线平行。选取扩散管中心线与蜗壳环形流道外圆切线平行，可以避免蜗壳流道内高速旋转的液体进入扩散器喉部时产生激烈的撞击，导致脱流堵塞流道，从而使液体的能量损失增加，提高泵的水力效率。叶轮6包括6至8个径向叶片29，叶片29的前锥角为10-15度；叶轮6的轮毂上圆周均布有8个轴向贯通的平衡孔17。叶轮在设计中选择合适的叶片数，保证扩散器喉部面积和叶轮出口面积之比符合面积比与比转速之间的关系；选择叶片前锥角10-15度，减小了叶片出口的扩散，抑止轴向旋涡和二次流的产生。叶轮轮毂部分设计平衡孔，除平衡剩余的轴向力外，分流一部分流量实现对轴承的冷却；导流套5通过螺纹连接设置在进口壳体11的内壁上；叶轮6通过设置在轮毂上的平键7固定在传动轴9上，实现与传动轴之间的扭力矩传递。诱导轮4的轮毂比为0.60-0.75，汽蚀系数为0.16-0.25；较佳轮毂比为0.73，较佳汽蚀系数为0.2。通过合理选取轮毂比和汽蚀系数，保证了诱导轮的高性能，推进剂经诱导轮增压后确保主叶轮不发生汽蚀。叶轮与诱导轮之间采用插齿连接、叶轮与传动轴之间采用普通的平键连接实现力矩传递。叶轮6设置在壳体2的蜗壳内，由球轴承支撑固定。球轴承依靠压紧螺母19实现与壳体组件的连接。为使高速轴承正常工作，就必须给轴承提供充足的冷却润滑液，其冷却润滑液就是泵本身输送的推进剂。球轴承的冷却和润滑这样实现——诱导轮4后的一小部分推进剂，经诱导轮增压后产生一定的扬程，从叶轮轮毂的8个平衡孔17流入轴承前，实现对球轴承的冷却和润滑后，之后在压差作用下，通过焊接接管嘴15及回流管路8，回到泵前进口管内，形成定向流动。环形蜗壳的截面形状采用矩形，加工方便，结构简单。诱导轮设置在传动轴上，且位于导流套与传动轴之间；导流套通过螺纹连接安装在进口组件上，其内径与诱导轮外径之间的间隙很小，防止诱导轮高速旋转过程中叶片与之相摩擦的同时，保证其密封性能。导流板3的型面与导流套5的型面相匹配。推进剂进入环形集液环后经均布的小孔径向进入泵入口，沿导流板和导流套的之间型面均匀进入诱导轮，导流板的作用是防止脱流损失；为提高泵的抗汽蚀性能，设计了诱导轮提高主叶轮入口压力。进口组件与壳体组件采用螺栓连接，两者之间采用密封圈密封。

诱导轮4后的另一小部分推进剂，从叶轮6的轮毂上开有一定数量的平衡孔17，除平衡剩余的轴向力外，分流一部分推进剂实现对高速轴承、端面密封的冷却，之后通过外回流管路8回到泵前。

本发明工作原理：推进剂从进口组件1的进口管进入集液环，通过进口壳体均布的环形孔流入泵前，经诱导轮增压后，大部分推进剂进入叶轮，在叶轮内传动轴的机械能转化为动能，与传统离心泵不同的是，流经部分流泵叶轮的推进剂大部分象“刚体”一样在叶轮内旋转，只有流经扩散管喉部的部分推进剂才能进入壳体组件的扩散管中，在扩散管中实现将推进剂的动能向压力能的转换，达到向推力室输送高压推进剂的目的，因此称之为部分流泵。部分流泵的流量可通过扩散器的喉部尺寸实现精确控制。

Claims (8)

1.一种低比转速部分流泵，包括进口组件(1)和壳体组件(2)，所述壳体组件包括壳体(14)、叶轮(6)、诱导轮(4)、传动轴(9)、导流套(5)以及扩散管(13)；所述叶轮(6)、诱导轮(4)、传动轴(9)以及导流套(5)设置在壳体(14)内；所述扩散管(13)设置在壳体(14)上且与壳体(14)连通；其特征在于：所述进口组件(1)包括进口壳体(11)和进口管(12)；所述进口管(12)连接在进口壳体上；所述部分流泵还包括设置在壳体(14)上的喉部(16)，所述壳体(14)通过喉部(16)与扩散管(13)连通；所述扩散管(13)的中心线与壳体(14)上的环形流道(20)的外圆切线平行。

2.根据权利要求1所述低比转速部分流泵，其特征在于：所述叶轮(6)包括6至8个径向叶片(29)，所述叶片(29)的前锥角为10-15度；所述叶轮(6)的轮毂上圆周均布有多个轴向贯通的平衡孔(17)。

3.根据权利要求1或2所述的低比转速部分流泵，其特征在于：所述进口组件(1)还包括圆周方向设置在进口壳体(11)上的环形集液环(10)；所述进口管(12)通过集液环(10)连接在进口壳体上；所述集液环(10)所围住的进口壳体(11)的壁上设置有多个圆周均布的径向小孔(18)，所述进口壳体(11)的内壁上设置有可将径向小孔(18)流出的液体导流至诱导轮(4)进口处的导流板(3)，所述导流板(3)的型面与导流套(5)的型面相匹配。

4.根据权利要求3所述低比转速部分流泵，其特征在于：所述诱导轮(4)的轮毂比为0.60-0.75，汽蚀系数为0.16-0.25。

5.根据权利要求4所述低比转速部分流泵，其特征在于：所述诱导轮(4)的轮毂比为0.73，汽蚀系数为0.2。

6.根据权利要求3所述的低比转速部分流泵，其特征在于：所述平衡孔(17)的数量为8个。

7.根据权利要求6所述的低比转速部分流泵，其特征在于：所述扩散管(13)为锥形管。

8.根据权利要求7所述的低比转速部分流泵，其特征在于：所述导流套(5)通过螺纹连接设置在进口壳体(11)的内壁上；所述叶轮(6)通过设置在轮毂上的平键(7)固定在传动轴(9)上。

Images