CN112576543B - 带混流段结构的双面燃油泵叶轮 - Google Patents

带混流段结构的双面燃油泵叶轮 Download PDF

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Abstract

本发明属于机械领域，涉及一种带混流段结构的双面燃油泵叶轮，包括轮毂、多个长叶片以及多个短叶片；长叶片和短叶片间隔且均布设置在轮毂上；带混流段结构的双面燃油泵叶轮还包括沿轮毂圆周方向均布且置于长叶片的末端和短叶片末端之间的混流段。本发明提供了一种可达到闭式叶轮的效率水平、大大降低加工难度，能够进一步提高低转速下的效率，同时又可以不改变燃油泵的外形和安装接口尺寸，能更好的服务于发动机系统的带混流段结构的双面燃油泵叶轮。

Description

带混流段结构的双面燃油泵叶轮
技术领域
本发明属于机械领域，涉及一种航空发动机燃油泵叶轮，尤其涉及一种带混流段结构的双面燃油泵叶轮。
背景技术
现有的燃油泵叶轮包含开式叶轮、闭式叶轮形式以及半开式叶轮。闭式叶轮由叶片和前、后盖板组成，半开式叶轮有两种结构，一种由后盖板和叶片组成，另一种由前盖板和叶片组成，开式叶轮只由叶片和叶片接强筋组成，没有前后盖板。开式叶轮制造简单，适用性强，但效率较低；闭式叶轮效率高，但加工困难，精度难以保证，且易被污染堵塞；半开式叶轮综合前两者特点，但现有技术也很难达到闭式叶轮的效率水平。
转子组件(包含叶轮等零件)制造、装配完成后均存在不平衡量，需要经过动平衡试验，采用去处材料的手段消除不平衡量。现有技术的叶轮往往会单独设计去处材料部位，造成了叶轮的结构冗余，并且测量转子组件动平衡量的过程与去处材料过程不连贯(有些需要重新装夹，有些需要拆卸转子组件)，无法满足批量化生产的需要。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可达到闭式叶轮的效率水平、大大降低加工难度，能够进一步提高低转速下的效率，同时又可以不改变燃油泵的外形和安装接口尺寸，能更好的服务于发动机系统的带混流段结构的双面燃油泵叶轮。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种带混流段结构的双面燃油泵叶轮，包括轮毂、多个长叶片以及多个短叶片；所述长叶片和短叶片间隔且均布设置在轮毂上；其特征在于：所述带混流段结构的双面燃油泵叶轮还包括沿轮毂圆周方向均布且置于长叶片的末端和短叶片末端之间的混流段。
上述混流段包括第一直线段、小圆弧以及第二直线段；所述第一直线段通过小圆弧与第二直线段相连并整体形成用于混流的挖空结构；所述小圆弧的圆心位于长叶片从进口边沿叶型方向至弧长76.5％～77.5％位置；所述短叶片的末端与第一直线段相连；所述第二直线段与第一直线段之间的夹角是18°～23°。
上述带混流段结构的双面燃油泵叶轮还包括置于相邻两个长叶片之间且沿轮毂的圆周均布的第一均压槽。
上述第一均压槽包括第一均压槽的内圆弧、第一均压槽的外圆弧、第一均压槽的第一直线段以及第一均压槽的第二直线段；所述第一均压槽的内圆弧和第一均压槽的外圆弧同心；所述第一均压槽的第一直线段和第一均压槽的第二直线段均指向轮毂的旋转中心；所述第一均压槽的内圆弧的中心与轮毂的旋转中心相同；所述第一均压槽的内圆弧的半径与轮毂上外圈锥体内径的比值是1.12～1.17；所述第一均压槽的外圆弧的半径与轮毂上外圈锥体内径比值是1.28～1.33；所述第一均压槽的第一直线段和第一均压槽的第二直线段之间的夹角是16°～18°；所述第一均压槽的分隔边在剖切面轴向48％～52％的位置。
上述带混流段结构的双面燃油泵叶轮还包括置于长叶片和短叶片之间且沿轮毂的圆周均布的第二均压槽。
上述第二均压槽包括第二均压槽的的内圆弧、第二均压槽的外圆弧、第二均压槽的第一直线段以及第二均压槽的第二直线段；所述第二均压槽的内圆弧和第二均压槽的外圆弧同心；所述第二均压槽的第一直线段和第二均压槽的第二直线段均指向轮毂的旋转中心；所述第二均压槽的内圆弧的中心与轮毂的旋转中心相同；所述第二均压槽的内圆弧的半径与轮毂上外圈锥体内径的比值是1.55～1.59；所述第二均压槽的外圆弧的半径与轮毂上外圈锥体内径比值是1.63～1.67；所述第二均压槽的第一直线段和第二均压槽的第二直线段之间的夹角是10°～16°；所述第二均压槽的分隔边在剖切面轴向48％～52％的位置。
上述第一均压槽的分隔边以及第二均压槽的分隔边均设置有R0.3～R0.8的圆角。
上述长叶片从进口边沿叶型方向至弧长5％～7％位置，形成厚度渐变部分，厚度渐变部分从进口边逐渐增厚；所述长叶片从出口边沿叶型方向至弧长3％～5％位置，形成厚度渐变部分，厚度渐变部分从进口边逐渐增厚；所述短叶片从进口边沿叶型方向至弧长12％～14％位置，形成厚度渐变部分，厚度渐变部分从进口边逐渐增厚；所述短叶片从出口边沿叶型方向至弧长7％～9％位置，形成厚度渐变部分，厚度渐变部分从进口边逐渐增厚。
上述长叶片的型线变化规律是r1＝0.001θ1 2-0.476θ1+90.91；所述短叶片型线变化规律是r2＝0.002θ2 2-1.03θ2+160.4；
其中：
r1是长叶片型线与轮毂旋转中心的半径坐标；
θ1是长叶片与横轴夹角；
r2是短叶片型线与轮毂旋转中心的半径坐标；
θ2为短叶片与横轴夹角。
上述长叶片的包角是143°～146.5°；所述短叶片的包角为54°～57.5°；所有的上叶片叶尖构成锥形面，与水平面夹角为6°～7°，锥形面从进口边逐渐变低；所有下叶片叶尖构成水平面；上叶片与下叶片在叶片出口边的叶片竖直高度的比值为1.03～1.14。
本发明的优点是：
本发明提出带混流段结构的双面半开式叶轮可以达到闭式叶轮的效率水平，同时大大降低加工难度。本发明设计对叶轮出口上、下叶轮的流体在叶轮内部提前进行了混流，减小流体到达叶轮外径时的产生涡流，降低流体损失。这种设计可以显著减小相配合的蜗壳流道的直径，减小蜗壳壳体的尺寸，可以很好的适用于尺寸限制要求的燃油泵，从而能更好的服务于发动机系统。本发明双面叶轮的设计可以达到闭式叶轮的效率水平，同时大大降低加工难度；遍布轮毂外缘锥体的均压槽的分布设计，抵消了叶轮上产生的轴向力，可以降低燃油泵端面轴承的要求，提高整个产品的使用寿命和可靠性；外径部位的混流段结构能够可以进一步提高燃油泵的效率，同时减小蜗壳的设计尺寸。本发明提出的叶轮将动平衡去处材料部位与小流量时提高效率的部位结合，降低了叶轮的结构冗余，而且本发明可以将动平衡测量时的过程(旋转叶轮)与去处材料过程(旋转叶轮)连贯起来，满足产品批量化生产的需要。本发明可以扩展叶轮组件的应用范围，能够很好的满足某型产品的安装及使用要求。
附图说明
图1是本发明所提供的带混流段结构的双面燃油泵叶轮的俯视结构示意图；
图2是本发明所采用的过油槽的结构示意图；
图3是本发明所采用的第一均压槽或第二均压槽的结构示意图；
图4是本发明所采用的第一均压槽或第二均压槽的剖面结构示意图；
图5是本发明所采用的混流段的放大结构示意图；
1-轮毂；2-长叶片；3-短叶片；4-过油槽；5-第一均压槽；6-第二均压槽；7-混流段；8-去除材料部位。
具体实施方式
本发明提供了一种带混流段结构的双面燃油泵叶轮，该带混流段结构的双面燃油泵叶轮将动平衡去处材料部位与小流量时提高效率的部位结合，降低了叶轮的结构冗余，且本发明可以将动平衡测量时的过程(旋转叶轮)与去处材料过程(旋转叶轮)连贯起来，满足产品批量化生产的需要。
参见图1，本发明提供了一种带混流段结构的双面燃油泵叶轮，叶轮包括轮毂1、多个长叶片2、多个短叶片3、多个过油槽4、多个第一均压槽5、多个第二均压槽6、多个混流段7以及多个去除材料部位8。
轮毂1由中心圆环、中间圈和外圈锥体构成，中心圆环轴向高度最大，中间圈轴向高度为中心圆环轴向高度的26％～32％，中间圈和外圈锥体位于轴向位置的同侧，中心圆环、中间圈和外圈锥体下端面平齐、轴线一致。
中心圆环构成叶轮的旋转中心，中心圆环的内径与叶轮驱动轴外径保持一致，中心圆环内径上存在矩形键槽，中心圆环的外径与内径比值为2.2～2.4；中心圆环上、下两端面保持光滑、水平，且均与中心圆环内径保持垂直，上、下端面与内径构成了叶轮的安装约束面。
中间圈的上端面和外圈锥体的锥形面平滑过渡，中间圈的上端面保持水平，外圈锥体的锥形面与水平面夹角为6°～7°；中间圈的下端面有环形槽，外圈锥体的下端面有锥形槽，下端面的环形槽和下端面的锥形槽的上表面平滑过渡；下端面的环形槽的上、下端面保持水平，内径与中心圆环内径比值为2.6～2.7；锥形槽在外圈锥体上，锥面朝向与外圈锥体一致且与水平面夹角为1°～2°。
长叶片2、短叶片3在轮毂1的外圈锥体上。
长叶片2从进口边沿叶型方向至弧长5％～7％位置，形成厚度渐变部分，厚度渐变部分从进口边逐渐增厚；长叶片2从出口边沿叶型方向至弧长3％～5％位置，形成厚度渐变部分，厚度渐变部分从进口边逐渐增厚；短叶片3从进口边沿叶型方向至弧长12％～14％位置，形成厚度渐变部分，厚度渐变部分从进口边逐渐增厚；短叶片3从出口边沿叶型方向至弧长7％～9％位置，形成厚度渐变部分，厚度渐变部分从进口边逐渐增厚；
设长叶片型线起始边角度为180°，旋转中心为原点，r1为长叶片型线与旋转中心的半径坐标，θ1为长叶片与横轴夹角，r2为短叶片型线与旋转中心的半径坐标，θ2为短叶片与横轴夹角。长叶片型线变化规律：r＝0.001θ2-0.476θ+90.91；短叶片型线变化规律：r＝0.002θ2-1.03θ+160.4；
长叶片2的包角为143°～146.5°；短叶片3的包角为54°～57.5°；所有的上叶片叶尖构成锥形面，与水平面夹角为6°～7°，锥形面从进口边逐渐变低；所有下叶片叶尖构成水平面；上叶片与下叶片在叶片出口边的叶片竖直高度的比值为1.03～1.14；
参见图2，过油槽4轮毂1的中间圈上，过油槽沿圆周分布；过油槽4由两个同心圆弧和两个指向旋转中心的直线段构成，同心圆弧的中心在叶轮旋转中心，内圆弧半径与中间圈内径的比值为1.25～1.35，内圆弧外径与中间圈外径比值为0.95～1；上、下表面直线段1之间的夹角为21°～22°，上、下表面直线段2之间的夹角为21°～22°，上表面直线段1和上表面直线段2之间的夹角为31.5°～32.5°，下表面直线段1和下表面直线段2之间的夹角为31.5°～32.5°；长叶片的进口边位置在过油槽上表面外圆弧的弧长45％～55％位置处。
参见图3以及图4，第一均压槽5在轮毂1的外圈锥体上，第一均压槽5沿圆周分布；第一均压槽5由两个同心圆弧和两个指向旋转中心的直线段构成，同心圆弧的中心在叶轮旋转中心，内圆弧半径与外圈锥体内径的比值为1.12～1.17，外圆弧半径与外圈锥体内径比值为1.28～1.33；第一均压槽5直线段1和直线段2之间的夹角为16°～18°；第一均压槽5分隔边在剖切面轴向48％～52％的位置；第二均压槽6在轮毂1的外圈锥体上，第二均压槽6沿圆周分布；第二均压槽6由两个同心圆弧和两个指向旋转中心的直线段构成，同心圆弧的中心在叶轮旋转中心，内圆弧半径与外圈锥体内径的比值为1.55～1.59，外圆弧半径与外圈锥体内径比值为1.63～1.67；第二均压槽6直线段1和直线段2之间的夹角为10°～16°；第二均压槽6分隔边在剖切面轴向48％～52％的位置。
参见图5，混流段7在轮毂1的外缘锥体上，混流段7沿圆周分布；混流段7由两个圆弧和两个直线段构成，小圆弧圆心位于长叶片从进口边沿叶型方向至弧长76.5％～77.5％位置，大圆弧与轮毂外圆锥体外径重合，直线段1连接小圆弧与短叶片；直线段2与直线段1的夹角为18°～23°；从长叶片进口边沿叶型方向至弧长55％～57％位置为基准位置，该基准位置相对于叶轮中心的半径为基准半径，该基准半径为副叶片进口边位置的半径。
所有的长叶片周向上均匀分布，所有的短叶片周向上均匀分布，且长叶片与短叶片间隔排布，短叶片与其吸力面相对的长叶片在圆周方向上相差63°～64°。
长叶片数量为7，短叶片数量为7，过油槽的数量为7，第一均压槽5的数量为7，第二均压槽6的数量为14，混流段的数量为14，去除材料部位的数量为14。所有的过油槽周向上均匀分布，所有的第一均压槽周向上均匀分布，所有的第二均压槽周向上均匀分布，所有的混流段均匀分布，所有的去处材料部位周向上均匀分布。过油槽的上表面进口边和下表面出口边上有R5～R8的圆角。均压槽的分隔边有R0.3～R0.8的圆角。
本发明双面叶轮的设计可以达到闭式叶轮的效率水平，同时大大降低加工难度；遍布轮毂外缘锥体的均压槽的分布设计，抵消了叶轮上产生的轴向力，可以降低燃油泵端面轴承的要求，提高整个产品的使用寿命和可靠性；外径部位的混流段结构能够可以进一步提高燃油泵的效率，同时减小蜗壳的设计尺寸。本发明提出的叶轮将动平衡去处材料部位与小流量时提高效率的部位结合，降低了叶轮的结构冗余，而且本发明可以将动平衡测量时的过程(旋转叶轮)与去处材料过程(旋转叶轮)连贯起来，满足产品批量化生产的需要。本发明可以扩展叶轮组件的应用范围，能够很好的满足某型产品的安装及使用要求。

Claims (9)

1.一种带混流段结构的双面燃油泵叶轮，包括轮毂、多个长叶片(2)以及多个短叶片(3)；所述长叶片(2)和短叶片(3)间隔且均布设置在轮毂上；其特征在于：所述带混流段结构的双面燃油泵叶轮还包括沿轮毂圆周方向均布且置于长叶片(2)的末端和短叶片(3)末端之间的混流段(7)；所述带混流段结构的双面燃油泵叶轮还包括置于相邻两个长叶片(2)之间且沿轮毂的圆周均布的第一均压槽(5)。
2.根据权利要求1所述的带混流段结构的双面燃油泵叶轮，其特征在于：所述混流段(7)包括第一直线段、小圆弧以及第二直线段；所述第一直线段通过小圆弧与第二直线段相连并整体形成用于混流的挖空结构；所述小圆弧的圆心位于长叶片从进口边沿叶型方向至弧长76.5％～77.5％位置；所述短叶片(3)的末端与第一直线段相连；所述第二直线段与第一直线段之间的夹角是18°～23°。
3.根据权利要求2所述的带混流段结构的双面燃油泵叶轮，其特征在于：所述第一均压槽(5)包括第一均压槽的内圆弧、第一均压槽的外圆弧、第一均压槽的第一直线段以及第一均压槽的第二直线段；所述第一均压槽的内圆弧和第一均压槽的外圆弧同心；所述第一均压槽的第一直线段和第一均压槽的第二直线段均指向轮毂的旋转中心；所述第一均压槽的内圆弧的中心与轮毂的旋转中心相同；所述第一均压槽的内圆弧的半径与轮毂上外圈锥体内径的比值是1.12～1.17；所述第一均压槽的外圆弧的半径与轮毂上外圈锥体内径比值是1.28～1.33；所述第一均压槽的第一直线段和第一均压槽的第二直线段之间的夹角是16°～18°；所述第一均压槽(5)的分隔边在剖切面轴向48％～52％的位置。
4.根据权利要求3所述的带混流段结构的双面燃油泵叶轮，其特征在于：所述带混流段结构的双面燃油泵叶轮还包括置于长叶片(2)和短叶片(3)之间且沿轮毂的圆周均布的第二均压槽(6)。
5.根据权利要求4所述的带混流段结构的双面燃油泵叶轮，其特征在于：所述第二均压槽(6)包括第二均压槽的的内圆弧、第二均压槽的外圆弧、第二均压槽的第一直线段以及第二均压槽的第二直线段；所述第二均压槽的内圆弧和第二均压槽的外圆弧同心；所述第二均压槽的第一直线段和第二均压槽的第二直线段均指向轮毂的旋转中心；所述第二均压槽的内圆弧的中心与轮毂的旋转中心相同；所述第二均压槽的内圆弧的半径与轮毂上外圈锥体内径的比值是1.55～1.59；所述第二均压槽的外圆弧的半径与轮毂上外圈锥体内径比值是1.63～1.67；所述第二均压槽的第一直线段和第二均压槽的第二直线段之间的夹角是10°～16°；所述第二均压槽(6)的分隔边在剖切面轴向48％～52％的位置。
6.根据权利要求5所述的带混流段结构的双面燃油泵叶轮，其特征在于：所述第一均压槽(5)的分隔边以及第二均压槽(6)的分隔边均设置有R0.3～R0.8的圆角。
7.根据权利要求1-6任一项所述的带混流段结构的双面燃油泵叶轮，其特征在于：所述长叶片(2)从进口边沿叶型方向至弧长5％～7％位置，形成厚度渐变部分，厚度渐变部分从进口边逐渐增厚；所述长叶片(2)从出口边沿叶型方向至弧长3％～5％位置，形成厚度渐变部分，厚度渐变部分从进口边逐渐增厚；所述短叶片(3)从进口边沿叶型方向至弧长12％～14％位置，形成厚度渐变部分，厚度渐变部分从进口边逐渐增厚；所述短叶片(3)从出口边沿叶型方向至弧长7％～9％位置，形成厚度渐变部分，厚度渐变部分从进口边逐渐增厚。
8.根据权利要求7所述的带混流段结构的双面燃油泵叶轮，其特征在于：所述长叶片(2)的型线变化规律是r1＝0.001θ1 2-0.476θ1+90.91；所述短叶片(3)型线变化规律是r2＝0.002θ2 2-1.03θ2+160.4；
其中：
r1是长叶片型线与轮毂旋转中心的半径坐标；
θ1是长叶片与横轴夹角；
r2是短叶片型线与轮毂旋转中心的半径坐标；
θ2为短叶片与横轴夹角。
9.根据权利要求8所述的带混流段结构的双面燃油泵叶轮，其特征在于：所述长叶片(2)的包角是143°～146.5°；所述短叶片(3)的包角为54°～57.5°；所有的上叶片叶尖构成锥形面，与水平面夹角为6°～7°，锥形面从进口边逐渐变低；所有下叶片叶尖构成水平面；上叶片与下叶片在叶片出口边的叶片竖直高度的比值为1.03～1.14。
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