CN106593885A - 一种空间超低比转速离心泵水力模型 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空间超低比转速离心泵水力模型，包括出口管、蜗壳、正叶片、导流锥、背叶片、间隙流道、扩压管、进口管、后盖板。流体由进口管进入扩压管后，通过降速增压，提高进口压力避免气蚀的产生。通过导流锥实现流动导流功能，通过正叶片旋转做功实现输送流体的功能。利用背叶片与间隙流道实现间隙流动，同时形成反向轴向力的压力分布。蜗壳采用等截面设计，便于实现小尺度的机加工，出口管采用扩散管结构，可以有效地降低流动损失。本发明具有尺寸小、结构简单、可靠性高、比转速低的优点。

Description

一种空间超低比转速离心泵水力模型
技术领域
本发明涉及一种离心泵水力模型，尤其适用于空间超低比转速离心泵。
背景技术
随着航天器热控领域以及在轨加注技术的迫切需求，为了克服热控回路的高阻力，同时实现在小流量下的流体输送，空间离心泵尤其是流量小、扬程高的离心泵越来越受到重视。我国空间超低比转速离心泵目前还没有成熟的产品应用记录。当在水力设计过程中，当设计比转速较低时，工程上一般选用旋涡泵或往复泵，但往复泵柱塞往复运动，柱塞的磨损以及其引起的密封问题难以解决，而且其流量不稳定、可靠性较差、故障频繁，因此往复泵水力模型无法满足空间长期使用的要求。旋涡泵的工作寿命比离心泵要短得多，并且其汽蚀性能较差，工作范围狭窄。离心泵结构简单、零件少、质量轻、加工容易，具有寿命长、可靠性高等特点，因此，空间应用的泵多以离心泵为主。
国际上用于航天器中应用的泵的水力模型主要由以下几种：一种是为MarsPathfinder研制的离心泵水力模型，其采用4叶片离心式叶轮，该泵比转速较高，不属于超低比转速离心泵；一种为了避免设计比转速过低，采用多级叶轮设计的离心泵水力模型；另外一种是基于容积式设计的齿轮泵水力模型。由此可见，国内外目前没有用于航天器的超低比转速离心泵水力模型。
目前我国航天器中使用的离心泵比转速均大于30，研制用于热控以及在轨加注系统的超低比转速离心泵水力模型是目前航天器流体回路系统发展的需求。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种空间超低比转速离心泵水力模型；该水力模型的水力效率比同类型的泵高10％，比转速最低可达18。
本发明的技术方案是：一种空间超低比转速离心泵水力模型，包括出口管、蜗壳、正叶片、导流锥、背叶片、间隙流道、扩压管、进口管、后盖板；出口管安放在蜗壳的切线上，出口管采用直径逐渐变大的结构设计；蜗壳的进口与正叶片的出口连接，正叶片采用圆柱叶片型式设计，正叶片无盖板，为半开式叶轮；背叶片为沿半径方向的直叶片；导流锥与正叶片均固定在后盖板上，后盖板与导流锥均匀过渡；背叶片安装在后盖板上，背叶片后端有一间隙流道，使背叶片生成一个中心低、外围高的压力分布形态，形成一个反向轴向力；进口管与扩压管相连接，扩压管与正叶片进口相通，扩压管采用扩散管结构，降低正叶片进口速度。
所述正叶片采用四叶片结构设计，叶轮叶片出口高度为1mm；叶轮叶片外径为39.4mm，内径为7.6mm；
所述正叶片入口采用倒圆角R0.4mm，叶片压力面采用半径分别为7.2mm、13.5mm、19.5mm圆弧均匀过渡，叶片吸力面采用半径分别为8.4mm、14mm、18.7mm圆弧均匀过渡。
正叶片轴面投影夹角为5°，导流锥采用半径2mm的圆弧结构。
所述的背叶片采用六叶片结构设计，背叶片高度为1mm、宽度为2mm，叶片外径为38.8mm，叶片内径为7.6mm，6个叶片均匀布置，各个叶片间夹角为60°。
所述的蜗壳采用等截面设计，蜗壳的基圆直径为42.2mm，蜗壳的外缘直径为49mm，蜗壳的宽度为3.2mm，蜗壳外缘采用半径1.6mm的倒角结构，涡舌处采用半径1mm的倒圆角结构。
所述的出口管采用扩压结构设计，出口管和进口管的直径均为4mm。
所述的间隙流道的间隙宽度为0.2～0.4mm。
所述的扩压管采用扩散管结构，扩散角为5～10°。
所述导流锥前端采用半径为2mm的半球形结构。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)水力模型的水力效率比同类型的泵高10％，比转速最低可达18。
(2)本发明背叶片采用六叶片结构设计，避免出现大尺度的回流涡结构降低水力效率，同时降低转动部件所受轴向力。
(3)间隙流道的宽度在0.2～0.4mm，使背叶片附近形成一个环向流动，此处可以采用自润滑轴承，环向流动便于实现轴承自润滑。
(4)水力模型恒压性能保证在0～1.8倍设计流量下扬程变化不超过10％。
附图说明
图1为本发明循环加注泵的水力模型图；
图2a为本发明正叶片水力结构主视图；
图2b为本发明正叶片水力结构轴面图；
图3a为本发明背叶片水力结构主视图；
图3b为本发明背叶片水力结构轴面图；
图4a为本发明蜗壳水力结构图。
图4b为本发明蜗壳截面形状图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种空间超低比转速离心泵水力模型，包括出口管1、蜗壳2、正叶片3、导流锥4、背叶片5、间隙流道6、扩压管7、进口管8、后盖板9；出口管1安放在蜗壳2的切线上，出口管1采用直径逐渐变大结构，降低水力损失；蜗壳2进口与正叶片3出口连接；正叶片3采用圆柱叶片型式设计，正叶片3无盖板，为半开式叶轮；背叶片5安装在后盖板9上，背叶片5为沿半径方向的直叶片；正叶片3、导流锥4与正叶片3均固定在后盖板9上，后盖板9与导流锥4均匀过渡，可以采用一体结构，也可以采用分体加工后焊接在一起；背叶片5后端有一间隙流道6，使背叶片5生成一个中心低、外围高的压力分布形态，形成一个反向轴向力；进口管8与扩压管7相连接，扩压管7与正叶片3进口相通，扩压管7采用扩散管结构，降低正叶片3进口速度，提高进口压力，避免气蚀的发生。
如图2a和图2b所示，为本发明正叶片3结构示意图，采用四叶片结构设计，保证了泵在一定流量范围内具有恒压性，叶片采用圆柱叶片结构，叶轮叶片出口高度为1mm。叶轮叶片外径为39.4mm，内径为7.6mm；正叶片3入口采用倒圆角R0.4mm，叶片压力面采用半径分别为7.2mm、13.5mm、19.5mm圆弧均匀过渡，叶片吸力面采用半径分别为8.4mm、14mm、18.7mm圆弧均匀过渡。正叶片3轴面投影夹角为5°，导流锥采用半径2mm的圆弧结构。
如图3a和图3b所示，为本发明背叶片3结构示意图，背叶片3采用六叶片结构设计，避免出现大尺度的回流涡结构降低水力效率，背叶片高度为1mm、宽度为2mm，叶片外径为38.8mm，叶片内径为7.6mm，6个叶片均匀布置，每个叶片夹角为60°。
如图4a和图4b所示，为本发明蜗壳2结构示意图，蜗壳2采用等截面设计，蜗壳的基圆直径为42.2mm，蜗壳的外缘直径为49mm，蜗壳的宽度为3.2mm，蜗壳外缘采用半径1.6mm的倒角结构，涡舌处采用半径1mm的倒圆角结构。
按照图1～4所述组成的一种空间超低比转速离心泵水力模型，所述的水力模型为超低比转速离心泵水力模型，比转速为18.5，其额定流量为1L/min，额定扬程为12m，额定转速为8000rpm，该的。
本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种空间超低比转速离心泵水力模型，其特征在于：包括出口管(1)、蜗壳(2)、正叶片(3)、导流锥(4)、背叶片(5)、间隙流道(6)、扩压管(7)、进口管(8)、后盖板(9)；出口管(1)安放在蜗壳(2)的切线上，出口管(1)采用直径逐渐变大的结构设计；蜗壳(2)的进口与正叶片(3)的出口连接，正叶片(3)采用圆柱叶片型式设计，正叶片(3)无盖板，为半开式叶轮；背叶片(5)为沿半径方向的直叶片；导流锥(4)与正叶片(3)均固定在后盖板(9)上，后盖板(9)与导流锥(4)均匀过渡；背叶片(5)安装在后盖板(9)上，背叶片(5)后端有一间隙流道(6)，使背叶片(5)生成一个中心低、外围高的压力分布形态，形成一个反向轴向力；进口管(8)与扩压管(7)相连接，扩压管(7)与正叶片(3)进口相通，扩压管(7)采用扩散管结构，降低正叶片(3)进口速度。
2.根据权利要求1所述的一种空间超低比转速离心泵水力模型，其特征在于：所述正叶片(3)采用四叶片结构设计，叶轮叶片出口高度为1mm；叶轮叶片外径为39.4mm，内径为7.6mm。
3.根据权利要求1所述的一种空间超低比转速离心泵水力模型，其特征在于：所述正叶片(3)入口采用倒圆角R0.4mm，叶片压力面采用半径分别为7.2mm、13.5mm、19.5mm圆弧均匀过渡，叶片吸力面采用半径分别为8.4mm、14mm、18.7mm圆弧均匀过渡。
4.根据权利要求1所述的一种空间超低比转速离心泵水力模型，其特征在于：正叶片(3)轴面投影夹角为5°，导流锥(4)采用半径2mm的圆弧结构。
5.根据权利要求1所述的一种空间超低比转速离心泵水力模型，其特征在于：所述的背叶片(5)采用六叶片结构设计，背叶片(5)高度为1mm、宽度为2mm，叶片外径为38.8mm，叶片内径为7.6mm，6个叶片均匀布置，各个叶片间夹角为60°。
6.根据权利要求1所述的一种空间超低比转速离心泵水力模型，其特征在于：所述的蜗壳(2)采用等截面设计，蜗壳的基圆直径为42.2mm，蜗壳的外缘直径为49mm，蜗壳的宽度为3.2mm，蜗壳外缘采用半径1.6mm的倒角结构，涡舌处采用半径1mm的倒圆角结构。
7.根据权利要求1所述的一种空间超低比转速离心泵水力模型，其特征在于：所述的出口管(1)采用扩压结构设计，出口管(1)和进口管(8)的直径均为4mm。
8.根据权利要求1所述的一种空间超低比转速离心泵水力模型，其特征在于：所述的间隙流道(6)的间隙宽度为0.2～0.4mm。
9.根据权利要求1所述的一种空间超低比转速离心泵水力模型，其特征在于：所述的扩压管(7)采用扩散管结构，扩散角为5～10°。
10.根据权利要求1所述的一种空间超低比转速离心泵水力模型，其特征在于：所述导流锥(4)前端采用半径为2mm的半球形结构。
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