CN113882971A - 一种火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构，其包括第一离心叶轮(4)、进口流道，进口流道包括依次连接的第一流道(10)、第二流道(11)、弧形过渡流道(12)；其特征在于：弧形过渡流道内设置有第一定子导叶结构(13)，第二流道内设置有第二定子导叶结构(14)，第一定子导叶结构包括第一导叶(131)、多个第二导叶(132)、第三导叶(133)，第一导叶沿纵向设置且垂直于横向，多个第二导叶沿周向分布且关于纵向对称设置，第三导叶沿纵向设置且垂直于横向，各个第二导叶(132)的径向长度不等。本发明能够有效地减少第一泵的入口紊流，从而能够减少涡轮泵的流量损失，抑制涡轮泵的喘振。

Description

一种火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构
技术领域
本发明涉及火箭发动机的涡轮泵技术领域，具体涉及一种火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构。
背景技术
火箭发动机的涡轮泵主要由诱导轮、离心叶轮、机械密封、轴承、轴系支承系统和壳体等组成。但现有的涡轮泵的进口流道存在入口紊流、流量损失较大、可能会产生喘振的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构，通过第二导叶的结构设计，使各个第二导叶的径向长度不等，和/或，在周向方向上，第二导叶的曲率S逐渐减小，能够有效地减少第一泵的入口紊流，从而能够减少涡轮泵的流量损失，抑制涡轮泵的喘振，使涡轮泵运行于预设工况下，提高涡轮泵的运行稳定性。通过第一弧形凸起部与第二弧形凸起部的设计，能够在第二流道内对液流进行增速，且能够抑制附壁湍流，从而提高涡轮泵的运行稳定性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构，其包括第一壳体(1)、第二壳体(2)、第三壳体(3)、第一离心叶轮(4)、第一螺旋诱导轮(5)、公共轴(6)、第二离心叶轮(7)、第二螺旋诱导轮(8)、机械密封(9)、进口流道，第一壳体的一端通过连接件与第二壳体相连接，另一端通过连接件与第三壳体相连接，第一离心叶轮的上游端设置有第一螺旋诱导轮，第一螺旋诱导轮与进口流道相邻接，第二离心叶轮的上游端设置有第二螺旋诱导轮，第一离心叶轮、第一螺旋诱导轮、第二离心叶轮、第二螺旋诱导轮分别安装于公共轴上，第一壳体内且位于公共轴的外周安装有机械密封，第一离心叶轮与第二离心叶轮关于机械密封背靠背设置，具有第一离心叶轮的第一泵用于泵送低温甲烷或低温液氧，具有第二离心叶轮的第二泵用于泵送低温甲烷或低温液氧，进口流道包括依次连接的第一流道(10)、第二流道(11)、弧形过渡流道(12)，第一流道与公共轴大体上平行设置，第二流道相对于公共轴倾斜设置，弧形过渡流道与第一螺旋诱导轮邻接；其特征在于：弧形过渡流道(12)内设置有第一定子导叶结构(13)，第二流道(11)内设置有第二定子导叶结构(14)，第二定子导叶结构位于第一定子导叶结构的上游且它们之间具有间隙，第一定子导叶结构包括第一导叶(131)、多个第二导叶(132)、第三导叶(133)，第一导叶沿纵向设置且垂直于横向，多个第二导叶沿周向分布且关于纵向对称设置，第三导叶沿纵向设置且垂直于横向，第一导叶与第三导叶位于同一条直线上。
进一步地，各个第二导叶(132)的径向长度不等，且第二导叶为弧形导叶。
进一步地，各个第二导叶(132)的曲率S不等。
进一步地，在周向方向上，从第一导叶(131)至第三导叶(133)，第二导叶(132)的曲率S逐渐减小。
进一步地，所述第二定子导叶结构(14)包括多个定子导叶，多个定子导叶连接于第二流道911的第一壁与第二壁之间，第一壁的内表面具有第一弧形凸起部(141)，第二壁的内表面具有第二弧形凸起部(142)，第一弧形凸起部与第二弧形凸起部相对设置。
进一步地，所述定子导叶具有后缘(143)，后缘相对于公共轴(6)倾斜设置，第一导叶(131)具有前缘(134)，前缘相对于公共轴倾斜设置。
进一步地，在轴向截面视图中，后缘(143)、前缘(134)与第二流道(11)的内壁之间构成大体上梯形结构。
本发明的一种火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构，通过第二导叶的结构设计，使各个第二导叶的径向长度不等，和/或，在周向方向上，第二导叶的曲率S逐渐减小，能够有效地减少第一泵的入口紊流，从而能够减少涡轮泵的流量损失，抑制涡轮泵的喘振，使涡轮泵运行于预设工况下，提高涡轮泵的运行稳定性。通过第一弧形凸起部与第二弧形凸起部的设计，能够在第二流道内对液流进行增速，且能够抑制附壁湍流，从而提高涡轮泵的运行稳定性。
附图说明
图1为本发明火箭发动机涡轮泵结构示意图；
图2为本发明火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构结构示意图；
图3为本发明火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构结构示意图(侧视图)；
图4为本发明火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构结构示意图(侧视图)。
图中：第一壳体1、第二壳体2、第三壳体3、第一离心叶轮4、第一螺旋诱导轮5、公共轴6、第二离心叶轮7、第二螺旋诱导轮8、机械密封9、第一流道10、第二流道11、弧形过渡流道12、第一定子导叶结构13、第一导叶131、第二导叶132、第三导叶133、前缘134、第二定子导叶结构14、第一弧形凸起部141、第二弧形凸起部142、后缘143、曲率S。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1-4所示，一种火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构，其包括第一壳体1、第二壳体2、第三壳体3、第一离心叶轮4、第一螺旋诱导轮5、公共轴6、第二离心叶轮7、第二螺旋诱导轮8、机械密封9、进口流道，第一壳体1的一端通过连接件与第二壳体2相连接，另一端通过连接件与第三壳体3相连接，第一离心叶轮4的上游端设置有第一螺旋诱导轮5，第一螺旋诱导轮5与进口流道相邻接，第二离心叶轮7的上游端设置有第二螺旋诱导轮8，第一离心叶轮4、第一螺旋诱导轮5、第二离心叶轮7、第二螺旋诱导轮8分别安装于公共轴6上，第一壳体1内且位于公共轴6的外周安装有机械密封9，第一离心叶轮4与第二离心叶轮7关于机械密封9背靠背设置，具有第一离心叶轮4的第一泵用于泵送低温甲烷(如-163℃)或低温液氧(如-180℃)，具有第二离心叶轮7的第二泵用于泵送低温甲烷(如-163℃)或低温液氧(如-180℃)。
进口流道包括依次连接的第一流道10、第二流道11、弧形过渡流道12，第一流道10与公共轴6大体上平行设置，第二流道11相对于公共轴6倾斜设置，弧形过渡流道12与第一螺旋诱导轮5邻接。
弧形过渡流道12内设置有第一定子导叶结构13，第二流道11内设置有第二定子导叶结构14，第二定子导叶结构14位于第一定子导叶结构13的上游且它们之间具有间隙。
如图3-4所示，第一定子导叶结构13包括第一导叶131、多个第二导叶132、第三导叶133，第一导叶131沿纵向设置且垂直于横向，多个第二导叶132沿周向分布且关于纵向对称设置，第三导叶133沿纵向设置且垂直于横向，第一导叶131与第三导叶133位于同一条直线上。各个第二导叶132的径向长度不等，且第二导叶132为弧形导叶。各个第二导叶132的曲率S不等(S1≠S2......)，且在周向方向上，从第一导叶131至第三导叶133，第二导叶132的曲率S逐渐减小。
本发明的一种火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构，通过第二导叶132的结构设计，使各个第二导叶132的径向长度不等，和/或，在周向方向上，第二导叶132的曲率S逐渐减小，能够有效地减少第一泵的入口紊流，从而能够减少涡轮泵的流量损失，抑制涡轮泵的喘振，使涡轮泵运行于预设工况下，提高涡轮泵的运行稳定性。
如图2所示，进一步地，第二定子导叶结构14包括多个定子导叶，多个定子导叶连接于第二流道11的第一壁与第二壁之间，第一壁的内表面具有第一弧形凸起部141，第二壁的内表面具有第二弧形凸起部142，第一弧形凸起部141与第二弧形凸起部142相对设置。
本发明的一种火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构，通过第一弧形凸起部141与第二弧形凸起部142的设计，能够在第二流道11内对液流进行增速，且能够抑制附壁湍流，从而提高涡轮泵的运行稳定性。
进一步地，定子导叶具有后缘143，后缘143相对于公共轴6倾斜设置，第一导叶131具有前缘134，前缘134相对于公共轴6倾斜设置；在轴向截面视图中，后缘143、前缘134与第二流道11的内壁之间构成大体上为梯形结构。该梯形结构提供一过渡空间/过渡流道，从而便于液流向第一定子导叶结构13流动，减少对第一定子导叶结构13冲击力，从而提高涡轮泵的运行稳定性。
本发明的一种火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构，通过第二导叶132的结构设计，使各个第二导叶132的径向长度不等，和/或，在周向方向上，第二导叶132的曲率S逐渐减小，能够有效地减少第一泵的入口紊流，从而能够减少涡轮泵的流量损失，抑制涡轮泵的喘振，使涡轮泵运行于预设工况下，提高涡轮泵的运行稳定性。通过第一弧形凸起部141与第二弧形凸起部142的设计，能够在第二流道11内对液流进行增速，且能够抑制附壁湍流，从而提高涡轮泵的运行稳定性。
上述实施方式是对本发明的说明，不是对本发明的限定，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构，其包括第一壳体(1)、第二壳体(2)、第三壳体(3)、第一离心叶轮(4)、第一螺旋诱导轮(5)、公共轴(6)、第二离心叶轮(7)、第二螺旋诱导轮(8)、机械密封(9)、进口流道，第一壳体的一端通过连接件与第二壳体相连接，另一端通过连接件与第三壳体相连接，第一离心叶轮的上游端设置有第一螺旋诱导轮，第一螺旋诱导轮与进口流道相邻接，第二离心叶轮的上游端设置有第二螺旋诱导轮，第一离心叶轮、第一螺旋诱导轮、第二离心叶轮、第二螺旋诱导轮分别安装于公共轴上，第一壳体内且位于公共轴的外周安装有机械密封，第一离心叶轮与第二离心叶轮关于机械密封背靠背设置，具有第一离心叶轮的第一泵用于泵送低温甲烷或低温液氧，具有第二离心叶轮的第二泵用于泵送低温甲烷或低温液氧，进口流道包括依次连接的第一流道(10)、第二流道(11)、弧形过渡流道(12)，第一流道与公共轴大体上平行设置，第二流道相对于公共轴倾斜设置，弧形过渡流道与第一螺旋诱导轮邻接；
其特征在于：弧形过渡流道(12)内设置有第一定子导叶结构(13)，第二流道(11)内设置有第二定子导叶结构(14)，第二定子导叶结构位于第一定子导叶结构的上游且它们之间具有间隙，第一定子导叶结构包括第一导叶(131)、多个第二导叶(132)、第三导叶(133)，第一导叶沿纵向设置且垂直于横向，多个第二导叶沿周向分布且关于纵向对称设置，第三导叶沿纵向设置且垂直于横向，第一导叶与第三导叶位于同一条直线上。
2.如权利要求1所述的一种火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构，其特征在于，各个第二导叶(132)的径向长度不等，且第二导叶为弧形导叶。
3.如权利要求2所述的一种火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构，其特征在于，各个第二导叶(132)的曲率S不等。
4.如权利要求3所述的一种火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构，其特征在于，在周向方向上，从第一导叶(131)至第三导叶(133)，第二导叶(132)的曲率S逐渐减小。
5.如权利要求4所述的一种火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构，其特征在于，所述第二定子导叶结构(14)包括多个定子导叶，多个定子导叶连接于第二流道911的第一壁与第二壁之间，第一壁的内表面具有第一弧形凸起部(141)，第二壁的内表面具有第二弧形凸起部(142)，第一弧形凸起部与第二弧形凸起部相对设置。
6.如权利要求5所述的一种火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构，其特征在于，所述定子导叶具有后缘(143)，后缘相对于公共轴(6)倾斜设置，第一导叶(131)具有前缘(134)，前缘相对于公共轴倾斜设置。
7.如权利要求6所述的一种火箭发动机涡轮泵的定子导叶结构件，其特征在于，在轴向截面视图中，后缘(143)、前缘(134)与第二流道(11)的内壁之间构成大体上梯形结构。
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