CN110608168A - 侧渠式液环泵和用于侧渠式液环泵的叶轮 - Google Patents

Abstract

液环泵包括外壳(102)，所述外壳限定叶轮腔(106)，所述叶轮腔具有进口端(106)和排放端(110)。叶轮(104)被定位在叶轮腔内，用于围绕中心旋转轴线(118)旋转。叶轮(104)包括限定出锥形外表面的中心轮毂(120)以及相对于中心旋转轴线(118)从锥形外表面径向向外延伸的多个成角度间隔开的主叶片(122)。进口和排放端(108，110)可以被定位叶轮外壳(102)的同一侧上。本发明还公开了一种泵送空气/燃料混合物的方法。

Description

侧渠式液环泵和用于侧渠式液环泵的叶轮

本申请是申请日为2014年8月7日、申请号为201480044657.6、发明名称为“侧渠式液环泵和用于侧渠式液环泵的叶轮”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及燃料泵并且具体地涉及液环燃料泵。

背景技术

在旋翼飞行器中，发动机通常被安装在飞行器的顶部部分中，而燃料罐通常被定位在底部部分中。在操作期间，发动机主燃料泵必须将燃料从罐中提升。作用在燃料上的重力和惯性力将被安装在发动机上的燃料泵的进口处的压力显著地减小到低于罐中的燃料压力，导致对于泵抽吸而言的不利状况。当飞行器在一定海拔飞行并且外界空气和罐的压力下降时，燃料压力进一步减小。发动机燃料增压泵必须具有优秀的抽吸能力以能够将燃料以非常低的进口压力从进口管线引入。除了这个效果以外，燃料压力的迅速减小，通常溶解在燃料中的空气发生变化并且以气泡的形式向泵行进。因此，燃料泵除了其将燃料以非常低的压力引入的能力之外，必须还能够将具有高空气含量的空气燃料混合物引入。

对于一些旋翼飞行器应用而言，进口管线几何尺寸和操作状况起作用以将气泡从燃料流中分离，形成空气和燃料的非均质混合物，所述非均质混合物能够呈现间断的气泡或相对较大气泡的形式。增压泵若要满足这些空气处理要求，增压泵必须能够将空气压缩。此外，增压泵必须被结合到燃料系统中，所述燃料系统能够存储被压缩的气泡并且能够防止所述气泡到达通向主燃料泵的进口。

工业应用，即非飞行器环境，已通过利用侧渠式液环泵尝试满足空气泵送要求。这种类型的泵是混合式的，其在以固体燃料操作时能够提供与再生式泵相仿的压力但同时还能够将空气压缩。

当在液环泵中泵送空气时，离心力将燃料和空气(或在低抽吸压力的情况下为蒸气)分离。较重的燃料颗粒被甩到外径处，而气泡靠近叶轮轮毂聚集。由于在外径处的渠道中的压力大于在内部轮毂处的压力而形成压力梯度。排放端口被定位在靠近轮毂处，远离液体环。

由于体积限制，诸如在直升机中，进口端和排放端可能仅被共同定位在叶轮的一侧上。在常见叶轮的场合，这导致非对称的流动模式，允许气泡的囊在叶轮轮毂上聚集。被压缩的气泡被携带通过密封区域进入进口端中，在所述进口端中，气泡与排放端/进口端压力比成比例地膨胀。这既限制了空气泵送又限制了抽吸性能。

本发明的实施方式涉及对当前的现有技术进行改进。

发明内容

本发明的实施方式提供一种全新且改进的液环泵。本发明的实施方式提供一种全新且改进的用于液环泵的叶轮。本发明的实施方式提供全新且改进的泵送空气和液体的方法。

在一个实施方式中，用于液环泵的叶轮包括中心轮毂，所述中心轮毂限定出锥形外表面和从锥形外表面径向向外延伸的多个成角度间隔开的主叶片。中心轮毂的外表面的锥形形状形成跨越外表面的压力下降以协助防止气泡附着到中心轮毂。

在一个实施方式中，叶轮包括加强环，所述加强环连接相邻主叶片的各远端部分。

在一个实施方式中，中心轮毂限定中心旋转轴线，叶轮围绕所述中心旋转轴线旋转。加强环轴向定位在主叶片的端口侧和主叶片的与端口侧相反的后侧之间。

在一个实施方式中，叶轮包括从加强环轴向延伸的多个次级叶片。次级叶片与中心轮毂的锥形外表面径向向外隔开。

在一个实施方式中，主叶片和次级叶片围绕中心旋转轴线成角度地交替，从而使得次级叶片被成角度地定位在各相邻主叶片之间。

在另一个实施方式中，提供了一种液环泵。液环泵被设计为减小总体体积。液环泵包括叶轮外壳和叶轮。叶轮外壳限定叶轮腔。叶轮腔具有进口端和排放端。叶轮被定位在叶轮腔内，用于围绕中心旋转轴线旋转。叶轮包括中心轮毂，所述中心轮毂限定出锥形外表面并且包括相对于中心旋转轴线从锥形外表面径向向外延伸的多个成角度间隔开的主叶片。

叶轮能够采取更具体的形式，诸如上文中概述的那些。

在一个实施方式中，进口端和排放端被定位在叶轮的同一侧上。

在一个实施方式中，中心轮毂的锥形外表面具有靠近叶轮端口侧的第一半径，以及中心轮毂的锥形外表面具有靠近叶轮后侧的第二半径。后侧沿中心旋转轴线与端口侧轴向隔开。第一半径小于第二半径。

在一个实施方式中，叶轮外壳的进口端和排放端靠近叶轮端口侧定位并且沿中心旋转轴线与叶轮后侧轴向隔开。

在一个实施方式中，叶轮外壳在其径向边缘的一部分中限定侧渠。

在一个实施方式中，提供了一种泵送空气/燃料混合物的方法。所述方法包括通过液环泵的叶轮外壳的进口端接收燃料和空气；通过叶轮外壳的排放端排放燃料和空气；形成沿叶轮的中心轮毂的锥形外表面的压力差，所述叶轮被定位在叶轮外壳的叶轮腔内，用于围绕中心旋转轴线旋转，叶轮腔与进口端和排放端流体连通，叶轮包括相对于中心旋转轴线从锥形外表面径向向外延伸的多个主叶片。

在更具体的方法中，叶轮的锥形外表面具有靠近排放端的第一半径和沿中心旋转轴线与排放端轴向隔开的第二半径。第二半径大于第一半径。

在一个实施方式中，压力差当从第二半径向第一半径沿锥形表面移动时压力减小。

在一个实施方式中，叶轮外壳的进口端和排放端被定位在靠近叶轮端口侧处并且沿中心旋转轴线与叶轮后侧轴向隔开。端口侧靠近第一半径，以及后侧靠近第二半径。

本发明的其它方面、目的和优点在结合附图时将会从以下具体实施方式中变得更加明显。

附图说明

被结合到说明书并且形成说明书一部分的附图展示出本发明的多个方面，并且与说明书共同用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是根据本发明的实施方式的液环泵的简化剖视图；

图2是图1的液环泵的另一个剖视图；

图3是图1的液环泵的叶轮的顶视立体图；

图4是图3的叶轮的剖视图；以及

图5是图3的叶轮的放大剖视图。

尽管本发明将会结合特定优选实施方式进行描述，但是本发明无意于将其自身限定到那些实施方式。相反的是，本发明旨在覆盖由所附权利要求限定的被包括在本发明的精神和范围内的所有替代例、改型和等同方案。

具体实施方式

图1和2是根据本发明的实施方式的侧渠式液环泵100(也被称为“泵100”)的实施方式的简化剖视图。泵100被设计为进行抽取并且泵送液体和气体两者以及混合的气体和液体。泵100特别适用于燃料系统并且具体是用于飞行器(诸如直升机)的燃料系统中。

泵100包括外壳102，所述外壳将叶轮104容置在外壳102的腔106内。外壳102包括进口端108和排放端110。腔106在腔106的径向外部边缘114的一部分中限定侧渠112。进口端和排放端108、110被定位在叶轮104的同一侧上，以便减小泵100的尺寸并且并且使得所述泵更适于在飞行器上并且具体是在直升机上使用。

叶轮104被可操作地接附到输入轴116，所述输入轴使叶轮104围绕中心旋转轴线118旋转。

叶轮104包括中心轮毂120，多个成角度间隔开的主叶片122从所述中心轮毂径向向外延伸。主叶片122的远端部分124由加强环126成角度地接附。多个次级叶片130还被接附到加强环126。叶轮104被配置，从而使得叶片在主叶片122与次级叶片130之间成角度地交替，从而使得相邻主叶片122的每部分具有被成角度地定位在其间的对应的次级叶片130。

叶轮具有端口侧132和与端口侧132相反的后侧134，从而使得端口侧132和后侧134沿中心旋转轴线118被轴向隔开。端口侧132被定位在与进口端和排放端108、110相邻处。

中心轮毂120当以角度α从端口侧132向后侧134沿中心旋转轴线118轴向移动时相对于中心旋转轴线118径向向外倾斜。这种用于中心轮毂120的成锥角的几何尺寸改进空气泵送能力并且防止空气囊在中心轮毂120上聚集。中心轮毂120的靠近端口侧132的半径R1小于中心轮毂120的靠近后侧134的半径R2。

在叶轮104围绕中心旋转轴线118旋转时，较重的燃料(例如液体)颗粒在半径上被加速并且被径向向外甩向叶轮腔106的外部径向边缘114，使得在流体流内的空气靠近中心轮毂120聚集。压力梯度由于侧渠式112中的压力大于靠近轮毂处的压力而被建立。

中心轮毂120的外表面的角度α被设定，从而使得在中心轮毂120的外表面140上形成从P1到P2的压力梯度，所述压力梯度由叶轮的转速以及在每个位置的轮毂半径限定。由于角度α，P2大于P1。当在混合流、即具有燃料和空气两者的流上操作时，较重的燃料颗粒将会迁移到P2，将气泡推向端口侧132和P1。这还抽取气泡以更靠近排放端110，空气接下来可以在所述排放端处被扫入排放端110中。

通过能够将进口端和排放端108、110两者定位在外壳102的同一侧上，系统的体积能够被显著地减小。

所有参考文献，包括公开文本，专利应用，以及在此引用的专利在此通过引用的方式被结合，正如每个参考文献被单独且特定地指示出以通过引用的方式被结合并且以其整体被列举于此。

术语“一”、“一个”、“这个”和类似指代在描述本发明的上下文中的使用(特别是在以下权利要求的上下文中)应被解释为覆盖单数与复数，除非在此以其他方式指示出或与上下文存在明显矛盾。术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”应被解释为开放式术语(即，意为“包括但不限于”)，除非以其他方式注明。数值范围的叙述在此仅旨在作为独立地指代落入该范围内的每个单独数值的简化方法，除非在此以其他方式指示出，以及每个单独数值在此作为独立引用而被结合到说明书中。在此描述的所有方法能够以任何适当顺序执行，除非在此以其他方式指示出或与上下文存在明显矛盾。对于在此提供的任何和所有实施例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地展示本发明并且无意于限制本发明的保护范围，除非以其他方式寻求保护。说明书中的语言不应当被解释为指示出任何对于本发明的做法而言至关重要的不寻求保护的元素。

本发明的优选实施方式在此被描述，包括发明者所知晓的用于执行本发明的最佳模式。各种优选实施方式对于本领域的技术人员而言可以在阅读前述说明书的情况下变得显然。发明者期望熟练的技术人员采取适当的变型，以及发明人旨在使得本发明以不同于在此特定描述的方式实施。因此，本发明包括在适用的法律允许的所附权利要求中引用的主题的所有改型和等同方案。此外，如上所述的元素以任何可能方式的任何组合由本发明涵盖，除非以其他方式指示出或与上下文存在明显矛盾。

Claims (11)

1.一种用于液环泵的叶轮，包括：

中心轮毂，所述中心轮毂限定出锥形外表面；以及

从锥形外表面径向向外延伸的多个成角度间隔开的主叶片，其中，叶轮的锥形外表面具有第一端和第二端，所述第一端具有第一半径，所述第二端具有第二半径，所述第二半径大于所述第一半径；

加强环，所述加强环连接相邻主叶片的各远端；

多个次级叶片，所述多个次级叶片从加强环轴向延伸，次级叶片与中心轮毂的锥形外表面径向向外隔开，并且在径向长度上受到从其延伸的加强环的径向长度的限制；

其中，加强环被轴向定位在叶轮的主叶片的端口侧和主叶片的与端口侧相反的后侧之间，以及

其中，叶轮被定位在液环泵外壳的叶轮腔内。

2.如权利要求1所述的叶轮，其中，中心轮毂限定出中心旋转轴线，叶轮围绕所述中心旋转轴线旋转。

3.如权利要求1所述的叶轮，其中，主叶片和次级叶片围绕中心旋转轴线成角度地交替，从而使得次级叶片被成角度地定位在各相邻主叶片之间。

4.一种液环泵，包括：

外壳，所述外壳限定叶轮腔，叶轮腔具有进口端和排放端；

叶轮，所述叶轮被定位在叶轮腔内，用于围绕中心旋转轴线旋转，叶轮包括：

中心轮毂，所述中心轮毂限定出锥形外表面；

多个成角度间隔开的主叶片，所述主叶片从锥形外表面相对于中心旋转轴线径向向外延伸；

其中，中心轮毂的锥形外表面具有靠近叶轮端口侧的第一半径，以及中心轮毂的锥形外表面具有靠近叶轮后侧的第二半径，后侧沿中心旋转轴线与端口侧轴向隔开，第一半径小于第二半径；以及

加强环，所述加强环连接相邻主叶片的各远端；以及

多个次级叶片，所述多个次级叶片从加强环轴向延伸，次级叶片与中心轮毂的锥形外表面径向向外隔开，并且在径向长度上受到从其延伸的加强环的径向长度的限制；

其中，加强环轴向定位在叶轮的主叶片的端口侧和主叶片的与端口侧相反的后侧之间。

5.如权利要求4所述的液环泵，其中，主叶片和次级叶片围绕中心旋转轴线成角度地交替，从而使得次级叶片被成角度地定位在各相邻主叶片之间。

6.如权利要求4所述的液环泵，其中，进口端和排放端被定位在叶轮的同一侧上。

7.如权利要求6所述的液环泵，其中，叶轮外壳的进口端和排放端靠近叶轮端口侧定位并且沿中心旋转轴线与叶轮后侧轴向隔开。

8.如权利要求4所述的液环泵，其中，叶轮外壳在其径向边缘中限定出侧渠。

9.一种泵送空气/燃料混合物的方法，包括：

通过根据权利要求4-8中任一项所述的液环泵的叶轮外壳的进口端接收燃料和空气；

通过叶轮外壳的排放端排放燃料和空气；

形成沿叶轮的中心轮毂的锥形外表面的压力差，所述叶轮被定位在叶轮外壳的叶轮腔内，用于围绕中心旋转轴线旋转，叶轮腔与进口端和排放端流体连通，叶轮包括相对于中心旋转轴线从锥形外表面径向向外延伸的多个主叶片；以及

其中，叶轮的锥形外表面具有靠近排放端的第一半径和沿中心旋转轴线与排放端轴向隔开的第二半径，第二半径大于第一半径。

10.如权利要求9所述的方法，其中，压力差在从第二半径向第一半径沿锥形表面移动时压力减小。

11.如权利要求9所述的方法，其中，叶轮外壳的进口端和排放端靠近叶轮端口侧定位并且沿中心旋转轴线与叶轮后侧轴向隔开，端口侧靠近第一半径，以及后侧靠近第二半径。