专利名称：一种适用于宽范围流量调节的小型高速离心泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种离心泵装置，特别是一种适用于宽范围流量调节的小型高速离心泵，可用于冲压发动机或航空发动机的燃油供应系统，也可用于液体发动机推进剂供应系统。
背景技术：
某冲压发动机采用泵压式供油系统。由于导弹飞行的空域和马赫数变化范围很大，因此燃油泵的流量调节比(泵的最大流量/最小流量)超过30 ；由于弹体空间狭窄，燃油泵必须做到结构尺寸小、重量轻；同时燃油泵入口压力较低，因而要求燃油泵具有较高的抗汽蚀性能。采用高转速可以减小结构尺寸和结构重量，但对于燃油泵来说，提高转速将降低泵的抗汽蚀性能，特别是在超宽流量范围下，使每个工况点均保持高抗汽蚀性能难度很大。普通离心泵无法采用高转速的一个重要原因在于受泵抗汽蚀性能的限制；此外， 临界转速无法提高等转子动力学问题也是限制离心泵采用高转速的另一个重要原因。
发明内容
为了解决现有技术中离心泵受泵抗汽蚀性能的限制以及转子动力学问题限制的技术问题，本发明提供一种结构紧凑、小尺寸、高性能、高抗汽蚀性能的离心泵装置。本发明的技术解决方案是一种适用于宽范围流量调节的小型高速离心泵，包括驱动机、泵体、通过轴承设置于泵体内的轴、离心轮以及诱导轮，所述驱动机的输出端与轴一端连接，轴的另一端依次安装有离心轮和诱导轮，其特殊之处在于所述诱导轮包括诱导轮轮毂以及设置在诱导轮轮毂上的诱导轮叶片，所述诱导轮轮毂直径从诱导轮的进口到出口渐增，所述诱导轮的螺距从诱导轮的进口到出口渐增且呈三段式，沿轴向依次为等螺距段、变螺距段和等螺距段。上述诱导轮叶片的进口处是后掠形的；诱导轮叶片出口处的外径是收缩形的且收缩至离心轮入口。上述离心轮包括多个长叶片和短叶片，所述长叶片和短叶片间隔圆周均布，相邻长叶片的间隔角度为α，短叶片与相邻长叶片非工作面的夹角为β，β /α < 0· 5。所述离心轮叶片在进口处具有大的进口安放角和大的进口宽度。上述离心轮的叶片数为12个，由6个长叶片和6个短叶片组成，长叶片和短叶片均为圆弧直叶片。 还包括设置于泵体内的供冷却轴承的内回路，所述内回路一端开口于轴承外侧另
一端开口于离心泵进液口。上述泵体1与离心轮3之间设置有浮动环5。由于采用了上述技术方案，本发明具有以下优点和效果
1、抗汽蚀性能优良，流动稳定性好。变螺距诱导轮的叶片安放角从进口到出口是渐增的，在诱导轮进口处采用小的叶片安放角，因而诱导轮自身具有高的抗汽蚀性能；在诱导轮出口处采用大的叶片安放角，可以使诱导轮获得高扬程，从而避免了泵轮出现汽蚀；在诱导轮的进口段和出口段各维持一段等螺距段，提高了流体流动的稳定性，保证了离心轮具有良好的入口条件，进而提高了泵的抗汽蚀性能；2、离心轮采用复合叶轮形式，在叶片进口处采用较大的进口安放角和进口宽度、 出口处采用较多叶片数，降低了离心轮入口叶片的排挤系数，保证了离心轮具有高的抗汽蚀性能。在流量大范围变动的情况下，采用变螺距诱导轮和离心轮采用复合叶轮保证了泵具有优良的抗汽蚀性能。3、结构紧凑一般诱导轮的外径大于离心轮的进口直径，本发明将诱导轮叶片出口的外缘设计为收缩形，将诱导轮叶片出口收缩至离心轮进口，减小了轴向长度，简化了结构，使泵的临界转速得到了提高。从而提高了泵的工作转速。4、将轴承冷却液的回路布置于泵体内，减小了离心泵的径向尺寸，使离心泵装置更加紧凑。采用浮动环密封装置，实现了高转速下产品的无磨损，而且具有自动调心作用， 结构简单可靠。5、.转速高，质量轻，结构尺寸小采用该离心泵的某冲压发动机用空气涡轮泵最高工作转速超过了 60000r/min，结构尺寸为Φ 100 X 180 (mm)，质量仅为4kg，而且实现了多
次起动，工作正常。6、效率高在相同的离心轮外径下，采用本发明长短结合叶片形式的离心轮以及变螺距诱导轮有利于提高泵的扬程和效率；采用诱导轮轮毂直径从进口到出口渐增的形式可以减小诱导轮轮毂出口处的回流，从而提高流体流动的稳定性，改善了诱导轮与离心轮的匹配性。因此采用短叶片偏置形式的长短叶片结合的离心轮和变螺距诱导轮，使泵获得了高效率。7、流量调节范围超宽由于诱导轮采用变螺距变轮毂形式，离心轮采用加大进口的复合叶轮形式，因而离心泵在大流量下的流通能力得到了保证，同时小流量下的流动稳定性也得到了提高，并使泵的流量调节范围变宽。
图1为本发明的离心泵装置截面图；图2为本发明的离心轮叶片示意图；图3为本发明的诱导轮截面图；图4为本发明的诱导轮螺距变化规律示意图，其中横坐标为叶片轴向长度，纵坐标为螺距；图5为本发明的诱导轮和离心轮匹配示意图；其中1-泵体，2-轴，3-离心轮，31-长叶片，32-短叶片，4-诱导轮，41-诱导轮轮毂，42-诱导轮叶片，5-浮动环，6、7-轴承，8-内回路，33-工作面，34-非工作面。图6为本发明的泵扬程特性曲线，其中横坐标为相对流量，纵坐标为扬程系数；图7为本发明的泵效率特性曲线，其中横坐标为相对流量，纵坐标为效率；图8为本发明的泵汽蚀特性曲线。
具体实施例方式图1为一种适用于宽范围流量调节的离心泵装置的示意图，包括泵体1、通过轴承 (6,7)设置于泵体内的轴、离心轮以及诱导轮，泵体前端设置有进液口，侧面设置有出液口。 轴通过轴承与泵体连接，离心轮和诱导轮依次安装于轴的一端，通过键与轴固连，并一起旋转。轴的另一端安装有驱动机(电机或涡轮)，通过轴将驱动机的功率传递给离心轮和诱导轮，实现对介质(燃油)压力的提升。该装置具有结构紧凑、高设计转速、高性能、高抗汽蚀性能的特点。上述离心泵还包括设置于泵体内的供冷却轴承的内回路，其一端开口于轴承的外侧，另一端开口于进液口。如图2所示，为本发明的离心轮3。离心轮3的叶片数为12，由6个长叶片和6个短叶片组成，叶片为圆弧直叶片。离心泵的离心轮是长短叶片结合的复合叶轮形式，与常规的短叶片布置于长叶片正中不同，相邻长叶片的间隔角度为α，短叶片与相邻长叶片非工作面的夹角为β，满足β/α <0.5。离心轮3采用前盖板和带有圆弧叶片的叶轮钎焊而成。长叶片和短叶片均包括工作面33和非工作面34，在高转速下，离心轮3可以将推进剂压力提高，满足系统的要求。该离心轮3的特点为短叶片32向长叶片31的非工作面偏置(图2中，β /α <0.5)。与短叶片32置于长叶片31正中(β/α = 0. 5)相比，短叶片32偏置有利于减小离心轮3出口处的脱流，进而提高离心泵的效率。诱导轮4采用变轮毂、变螺距形式。如图3所示，诱导轮4的作用是保证在低的入口压力下泵内不发生汽蚀。诱导轮 4的特点为诱导轮4的轮毂41直径从进口到出口是渐增的，诱导轮4的螺距从进口到出口是渐增的，诱导轮叶片42数目为2。诱导轮采用变轮毂、变螺距形式有利于提高离心泵的抗汽蚀性能。离心泵中诱导轮的轮毂直径从进口到出口是渐增的，诱导轮的螺距从进口到出口也是渐增的，即诱导轮是变轮毂变螺距形式；诱导轮出口处的外径是收缩形的，以更好地与叶轮匹配。图4为诱导轮螺距变化规律示意图，诱导轮的进口段为等螺距段(螺距为Si)，诱导轮的中间部分为变螺距段(螺距由Sl渐增至S2)，诱导轮的出口段也是等螺距段(螺距为 S2)。如图3和图5所示，诱导轮4的另一特点为诱导轮4的外径在出口处是收缩形的，诱导轮4潜入离心轮3前盖板内，这种结构改善了诱导轮4出口与离心轮3进口之间的匹配关系，有利于减小泵的轴向长度，使结构更紧凑。如图4所示，在泵体1与离心轮3之间布置有密封作用的浮动环5。浮动环密封的优点是无磨损，可靠性高。在高转速下，浮动环5还具有自动调心作用，这是其它密封方式所不具有的优点。试验表明如图6-图8所示，该燃油泵可以实现转速由40000r/min至60000r/ min，流量由0. 03Q至1. 2Q之间的稳定连续调节。在流量范围如此宽的情况下，燃油泵均保持了高扬程，扬程曲线平坦，扬程系数在0. 56 0. 63之间，满足了使用要求；泵最高效率约 62. 7%，而且效率随着流量的增加而增加。从汽蚀特性曲线来看泵在0. 03Q 1. 2Q范围下抗汽蚀性能较高，满足了泵的抗汽蚀需求。
权利要求
1.一种适用于宽范围流量调节的小型高速离心泵，包括驱动机、泵体、通过轴承设置于泵体内的轴、离心轮以及诱导轮，所述驱动机的输出端与轴一端连接，轴的另一端依次安装有离心轮和诱导轮，其特征在于所述诱导轮包括诱导轮轮毂以及设置在诱导轮轮毂上的诱导轮叶片，所述诱导轮轮毂直径从诱导轮的进口到出口渐增，所述诱导轮的螺距从诱导轮的进口到出口渐增且呈三段式，沿轴向依次为等螺距段、变螺距段和等螺距段。
2.根据权利要求1所述的适用于宽范围流量调节的小型高速离心泵，其特征在于所述诱导轮叶片的进口处是后掠形的；诱导轮叶片出口处的外径是收缩形的且收缩至离心轮入口。
3.根据权利要求2所述的适用于宽范围流量调节的小型高速离心泵，其特征在于所述离心轮包括多个长叶片和短叶片，所述长叶片和短叶片间隔圆周均布，相邻长叶片的间隔角度为α，短叶片与相邻长叶片非工作面的夹角为β，β /α < 0· 5。所述离心轮叶片在进口处具有大的进口安放角和大的进口宽度。
4.根据权利要求3所述的适用于宽范围流量调节的小型高速离心泵，其特征在于所述离心轮的叶片数为12个，由6个长叶片和6个短叶片组成，长叶片和短叶片均为圆弧直叶片。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的适用于宽范围流量调节的小型高速离心泵，其特征在于还包括设置于泵体内的供冷却轴承的内回路，所述内回路一端开口于轴承外侧另一端开口于离心泵进液口。
6.根据权利要求5所述的适用于宽范围流量调节的小型高速离心泵，其特征在于所述泵体(1)与离心轮C3)之间设置有浮动环(5)。
全文摘要
本发明涉及一种适用于宽范围流量调节的小型高速离心泵，包括驱动机、泵体、通过轴承设置于泵体内的轴、离心轮以及诱导轮，驱动机的输出端与轴一端连接，轴的另一端依次安装有离心轮和诱导轮，诱导轮包括诱导轮轮毂以及设置在诱导轮轮毂上的诱导轮叶片，诱导轮轮毂直径从诱导轮的进口到出口渐增，诱导轮的螺距从诱导轮的进口到出口渐增且呈三段式，沿轴向依次为等螺距段、变螺距段和等螺距段。本发明解决了现有技术中离心泵受泵抗汽蚀性能的限制以及转子动力学问题限制的技术问题，本发明的提供离心泵具有结构紧凑、小尺寸、高性能、高抗汽蚀性能的优点。
文档编号F04D29/22GK102287398SQ20111020904
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月25日 优先权日2011年7月25日
发明者李永鹏, 许开富, 逯婉若, 陈晖 申请人:中国航天科技集团公司第六研究院第十一研究所