CN103807180B - 一种航空喷雾用风力透平驱动离心泵装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空喷雾用风力透平驱动离心泵装置，主要用于农业航空固定翼飞机喷雾系统的药液输送和驱动。该装置包括风力透平叶片、前支架、药液回流弯管、泵体、复合叶轮、进口弯管和出口管等部件，整个装置安装在飞机机体的正下方。在飞行喷洒过程中，机体周围的高速气流推动风力透平叶片旋转，并同时带动泵内的复合叶轮旋转，药液从进口弯管输送到出口管，以此实现喷雾系统的持续喷洒。该装置利用高速气流作为复合叶轮旋转的动力源，简化了喷雾系统的动力装置设计，可靠性高，尤其适用于大面积农田作业环境下的农用航空喷雾系统。

Description

一种航空喷雾用风力透平驱动离心泵装置

技术领域

本发明专利涉及一种航空喷雾用风力透平驱动离心泵装置，属于高效航空植保喷雾技术领域，具体的说，是一种专门用于大面积农田喷洒作业用喷雾系统的药液动力装置。

背景技术

农业航空喷雾技术具有作业效率高、安全性好、适用性广和成本低的特点，作为一种先进、高效的现代植保机械，农业航空喷雾技术及产业在美国、日本和巴西等农业大国获得广泛发展和推广。农业航空喷雾系统的药液输送及动力装置设计是影响作业效率和品质的关键因素，目前，农业航空喷雾系统主要采用由电机驱动的隔膜泵（或离心泵）输送药液，通过隔膜泵（或离心泵）将药液从药箱持续不断地输送至喷杆、喷头，作为动力部件的电机需要外部电源输入才能保持持续运转，由此增加了航空飞行器电气系统的装置复杂度和能源消耗量，尤其是在大面积农田的喷洒作业条件下，药液喷雾系统的流量较大，运行时间也较长，采用电机动力装置的喷雾系统在作业过程中需要消耗更多的电量，飞机的油耗水平也会增加，此外，电气系统装置数量和复杂度的增加还会降低喷雾系统的运行可靠性，从而影响到整个航空喷雾作业的效率和品质参数。因此，在综合考虑到固定翼农业航空喷雾系统作业及其气流分布特征基础上，本发明专利设计出一种适用于农业航空喷雾平台的风力透平驱动离心泵装置，该装置利用飞机高速飞行过程中机体附近的高速气流推动风力透平叶片旋转，通过旋转的风力透平叶片驱动与其同轴的复合叶轮旋转运行，从而实现药液在喷雾系统内的持续输送。与以往药液输送动力装置相比，该装置具有无耗能、可靠性高和结构紧凑的特点，该装置无需外部电源供应，直接利用飞机运行过程中的高速气流作为动力源，简化了喷雾系统的电气元件设计，其复合叶轮设计有背叶片和分流叶片结构，可降低叶片流道内滑移现象，提高叶轮水力扬程，同时该离心泵泵体设计有环形流道，可有效降低叶轮径向力和泵内流场的压力脉动、冲击等载荷对装置可靠性的影响，总体而言，该装置设计紧凑、合理，具有更高的可靠性和运行稳定性指标。到目前为止，在国内外还未见有类似的发明专利报道。

发明内容

本发明所解决的技术问题：以往农业航空喷雾系统的药液输送及动力装置主要采用由电动驱动的隔膜泵（或离心泵）装置，该装置需要外部电源供应，由此增加了航空喷雾平台的电气装置复杂度和能源消耗，降低了航空喷雾系统的可靠性和效率指标。为了得到一种低能耗、高可靠性的药液输送动力装置，考虑到固定翼飞机在大面积农田喷雾作业环境下的工作特性及高速气流条件，本发明提供了这样一种航空喷雾用风力透平驱动离心泵装置，其利用固定翼飞机在飞行过程中机体附近的高速气流作为动力源，采用风力透平叶片作为动力设备，通过高速气流推动风力透平叶片产生持续的动力供应以驱动复合叶轮部件的转动。该装置结构紧凑、高效和可靠，具有良好的经济性和适用性，无需外部电力能源的供应，尤其适用于飞机在大面积农田作业飞行状态下的喷雾系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：风力透平驱动离心泵装置包括风力透平叶片1、主轴2、成对角轴承组3、前支架4、泵盖5、深沟球轴承6、药液回流弯管7、泵体8、复合叶轮9、进口弯管10和出口管11。整个装置安装在飞机机体的正下方，通过前支架4、进口弯管10和出口管11与飞机机体固定联接。该装置采用风力透平叶片1作为动力部件，由高速气流推动的风力透平叶片1驱动复合叶轮9持续运行。风力透平叶片1和复合叶轮9分别安装在主轴2的两端，主轴2由成对角轴承组3和深沟球轴承6约束和支承，成对角轴承组3安装在前支架4轴承腔内。泵体8通过泵体后端盖法兰22和前支架4、泵盖5之间固定联接，泵体8后端设计有泵体轴承腔23，深沟球轴承6安装在泵体轴承腔23内，泵体轴承腔23和叶轮进口区通过药液回流弯管7连通，泵体8的流道部分采用轴向对称的环形流道21结构型式。进口弯管10位于机体下方，其弯曲角度为α1。复合叶轮9采用开式叶轮结构，叶片均采用直叶片型式，复合叶轮9设计有背叶片19和分流叶片20结构，复合叶轮9的外缘直径为D1，背叶片19的内缘直径为D2，分流叶片20的内缘直径为D3。该装置中的α1为30°至45°之间，D2∶D1为0.15至0.3之间，D3∶D1为0.5至0.6之间。

在航空喷雾系统进行大面积农田喷洒作业时，飞机在喷洒时的状态较为稳定，在飞行作业过程中，机体下方的稳定高速气流将推动风力透平叶片持续旋转，由此带动同轴的离心泵复合叶轮也持续旋转运行，通过该离心泵将药液从进口管输送至出口管，由此形成可持续、稳定运行的药液输送装置。此外，该装置设计有药液回流弯管，该弯管将泵体轴承腔内泄露的高压药液导引回流至叶轮进口，从而减少装置的药液泄露量，由此降低该装置的药液泄露损失。此外，该装置设计的泵体环形流道和复合叶轮结构具有扬程高、载荷小及振动低的特点，可有效保证大流量航空喷雾平台的适用性和可靠性，其中复合叶轮采用开式叶轮，有利于减小药液杂质颗粒对复合叶轮的磨损，通过在复合叶轮上加设背叶片结构，可形成有效的压降，降低药液在泵腔后端的泄露损失，而分流叶片的设计，可以有效增加复合叶轮的扬程，提高复合叶轮的性能指标。

本发明的有益效果：本发明所提供的航空喷雾用风力透平驱动离心泵装置具有结构紧凑、简单、无耗能、运行可靠和适用性强的特点，解决了以往药液输送装置的电力供应和可靠性等问题，可适用于具有大面积农田喷雾作业要求的航空喷雾系统。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1是航空喷雾用风力透平驱动离心泵装置结构图；

图2是航空喷雾用风力透平驱动离心泵装置的安装示意图；

图3是复合叶轮结构图；

图4是泵体结构图。

图中：1—风力透平叶片，2—主轴，3—成对角轴承组，4—前支架，5—泵盖，6—深沟球轴承，7—药液回流弯管，8—泵体，9—复合叶轮，10—进口弯管，11—出口管，12—螺旋桨，13—机体，14—飞机前起落架，15—风力透平驱动离心泵装置，16—机翼，17—叶轮主叶片，18—叶轮轮毂，19—背叶片，20—分流叶片，21—环形流道，22—泵体后端盖法兰，23—泵体轴承腔。

具体实施方式

航空喷雾用风力透平驱动离心泵装置包括风力透平叶片1、主轴2、成对角轴承组3、前支架4、泵盖5、深沟球轴承6、药液回流弯管7、泵体8、复合叶轮9、进口弯管10、出口管11。整个装置通过前支架4、泵体8和进口弯管10固定安装在机体正下方位置。风力透平叶片1和复合叶轮9固定在主轴2的两端并组成转子部件，并由成对角轴承组3和深沟球轴承6实现转子部件的支承和约束，在机体下方的高速气流推动之下，风力透平叶片1持续旋转并驱动同轴安装的复合叶轮9旋转，并由此将药液从进口弯管10输送到出口管11。成对角轴承组3固定安装在前支架4轴承腔内，泵体8通过泵体后端盖法兰22和前支架4、泵盖5之间固定联接，泵体8后端设计有泵体轴承腔23结构，深沟球轴承6安装在泵体轴承腔23内，泵体轴承腔23和叶轮进口区通过药液回流弯管7连通，从而将从泵体后端泄露的药液输送到叶轮进口，可减少轴端的药液泄露损失。

航空喷雾用风力透平驱动离心泵装置的安装包括螺旋桨12，机体13，飞机前起落架14，风力透平驱动离心泵装置15，机翼16。风力透平驱动离心泵装置15安装在机体13的正下方，位于飞机前起落架14的后部，为了尽可能的利用高速气流推动装置运转，装置内的转子部件轴向与高速气流方向一致。

复合叶轮包括叶轮主叶片17、叶轮轮毂18、背叶片19、分流叶片20。复合叶轮采用开式叶轮结构，叶片均采用直叶片型式，复合叶轮位于泵体内部，固定安装在主轴端的位置，其设计有背叶片19和分流叶片20结构，背叶片19有助于降低叶轮后端药液泄露侧的液体静压，减少轴封部件的静压值和药液泄漏量，通过设计分流叶片20可以提高复合叶轮的扬程指标，减少叶片流道内的滑移现象，增加离心泵的药液输送能力。

泵体结构环形流道21、泵体后端盖法兰22、泵体轴承腔23。泵体采用轴向对称的环形流道21结构型式，该结构特征可最大程度的降低泵内压力脉动值，减少转子部件的径向载荷数值，保证装置的稳定可靠运行。该泵体结构设计紧凑，泵体后端盖法兰22与前支架可实现可靠的固定联接，并通过泵体轴承腔23的设计降低了整个装置的轴向设计尺寸，并有效增加了转子部件的支承宽度和刚度，有利于转子部件的稳定运行。

在使用该装置的农业航空喷雾系统作业时，处于飞行作业状态下的机体13附近存在高速气流，其中机体13下方的高速气流可推动风力透平叶片1持续旋转，通过风力透平叶片1的持续旋转驱动同轴安装的复合叶轮9旋转，从而将药液从进口弯管10持续、稳定的输送到出口管11，并最终可输送至喷杆喷头等部件，满足航空喷雾作业的要求。与以往药液输送动力装置相比，该装置通过风能驱动离心泵的运转，无需外部电源能源的输入，具有无耗能、可靠性高和结构紧凑的特点，可有效提高喷雾系统的效率和可靠性。

Claims (4)

1.一种航空喷雾用风力透平驱动离心泵装置，包括风力透平叶片（1）、主轴（2）、成对角轴承组（3）、前支架（4）、泵盖（5）、深沟球轴承（6）、药液回流弯管（7）、泵体（8）、复合叶轮（9）、进口弯管（10）、出口管（11）、泵体后端盖法兰（22）、泵体轴承腔（23），其特征在于：风力透平叶片（1）为动力部件，由高速气流推动的风力透平叶片（1）驱动复合叶轮（9）持续运行；风力透平叶片（1）和复合叶轮（9）分别安装在主轴（2）的两端，主轴（2）由成对角轴承组（3）和深沟球轴承（6）约束和支承，成对角轴承组（3）安装在前支架（4）轴承腔内，泵体（8）通过泵体后端盖法兰（22）和前支架（4）、泵盖（5）之间固定联接，泵体（8）后端设计有泵体轴承腔（23），深沟球轴承（6）安装在泵体轴承腔（23）内，泵体轴承腔（23）和叶轮进口区通过药液回流弯管（7）连通，泵体（8）的流道部分采用轴向对称的环形流道（21）结构型式，进口弯管（10）位于机体下方，其弯曲角度为α1。

2.根据权利要求1所述的航空喷雾用风力透平驱动离心泵装置，其特征在于，进口弯管（10）的弯曲角度α1为30°至45°之间。

3.根据权利要求1所述的航空喷雾用风力透平驱动离心泵装置，其特征在于：复合叶轮（9）采用开式叶轮结构，叶片均采用直叶片型式，并设计有背叶片（19）和分流叶片（20）结构，复合叶轮（9）的外缘直径为D1，背叶片（19）的内缘直径为D2，分流叶片（20）的内缘直径为D3，其中D2∶D1为0.15至0.3之间，D3∶D1为0.5至0.6之间。

4.根据权利要求1所述的航空喷雾用风力透平驱动离心泵装置，其特征在于，整个装置安装在飞机机体的正下方，通过前支架（4）、进口弯管（10）和出口管（11）与飞机机体固定联接。