一种抑制汽蚀振荡的诱导轮的制作方法

本发明属于旋转机械领域，具体涉及一种应用于离心泵的诱导轮。

背景技术：

在液体火箭发动机涡轮泵中，为获得更小的质量、更大的推质比，高速诱导轮离心泵中的诱导轮常在潜在汽蚀情况下工作。尽管出现在泵流道内的潜在汽蚀对泵的稳态输出参数(扬程、功率和效率)不会产生明显的影响，但会改变系统的动态特性，并在特定条件下引起水力系统压力和流量的自激振荡，严重的汽蚀振荡会降低泵产品的可靠性，甚至导致产品破坏。

传统的解决泵供应系统汽蚀振荡方法是在供应管路上设置蓄压器，降低供应系统的振动频率，消除与结构固有频率的耦合，同时吸收压力脉动，减小脉动幅值，从而达到抑制汽蚀振荡的目的。这种解决方案的不足在于：

[1]蓄压器结构参数选取复杂，需要经过专门的全系统试验，使其固有频率与特定供应系统的压力脉动频率相一致；

[2]需要在系统上增加设置蓄压器和相应管路，增加系统质量，降低有效载荷；

[3]常规一次充气式蓄压器，由于蓄压器频率不可调，不能适应工作过程中供应系统频率的变化，严重限制了蓄压器抑制汽蚀振荡的效果，这时需要采用结构更复杂的变能量蓄压器。

技术实现要素：

为了解决由诱导轮汽蚀引发的汽蚀振荡问题，本发明提供一种诱导轮，仅对现有诱导轮的局部结构作出改进即可抑制汽蚀振荡，无需额外增加零件，结构简单易实现。

本发明的原理：在诱导轮汽蚀区的叶片上开设从叶尖贯穿至轮毂的环形槽，利用环形槽减小回流，将大的汽穴分割为若干小汽穴，从而使流场变得稳定。

本发明的技术解决方案是：

一种抑制汽蚀振荡的诱导轮，包括轮毂和设置在轮毂外的螺旋形叶片；其特殊之处在于：在诱导轮汽蚀区的叶片上从叶尖向轮毂方向开设有环形槽。

基于上述基本技术方案，本发明还作出以下优化和/或限定：

为便于实际加工，上述环形槽是沿诱导轮径向从叶尖向轮毂方向开设的。

上述环形槽轴线与轮毂轴线重合。

为保证分隔气泡的效果，同时又不伤到轮毂，上述环形槽底部直径略大于轮毂直径。

由于环形槽过宽会使得汽穴堆积到槽内，过窄起不到分隔气穴的作用，因此上述环形槽的宽度一般控制在2～3mm，对于尺寸较大的诱导轮也不超过4mm。

上述环形槽有多个并等间距分布，在一定范围内，相邻两个环形槽之间的间距e越大，则减振效果越好；较佳的，环形槽的间距e＝(0.3～0.5)α_cp，式中α_cp为叶栅通道宽度，α_cp＝(t_cp-σ_cp)sinβ_lcp，式中σ_cp为叶片在旋转平面上的厚度，σ_cp＝δ_cp/sinβ_lcp，δ_cp为叶片的法向厚度。

经多次试验验证，若沿诱导轮轴向都开设环形槽，泵的脉动降低幅度最大，但此时泵的抗汽蚀性能变差，从尽可能减小开槽对泵特性影响角度考虑，上述环形槽的数目一般为2～4个。

为保证叶片有足够的强度，在环形槽底部、叶片切口的锐边以及环形槽与叶尖过渡部位均用圆角倒圆。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明在现有诱导轮结构基础上进行改进，通过在诱导轮汽蚀区(包括潜在汽蚀区)的叶片上开设环形槽就能达到抑制汽蚀振荡的目的，有效抑制由诱导轮汽蚀引发的汽蚀振荡，降低离心泵的脉动和振动，同时不会改变原有离心泵的性能。另外，在验证时，只需进行泵组件的试验即可，简单易实现。

(2)本发明是一种抑制汽蚀振荡的主动方案，通过优化诱导轮入口段结构，降低泵系统自身由汽蚀引起的脉动和振动，能够适应供应系统更宽的频率范围。

附图说明

图1是本发明的轴剖面视图；

图2a、2b分别是现有诱导轮和本发明所提供的诱导轮的展开图(也即诱导轮汽蚀绕流示意图)；

图3是本发明的右视图；

图4和图5为本发明的诱导轮的开槽部位沿平均直径展开图，其中图4是E-E展开图；图5是F-F展开图。

图6为本发明的三维示意图；

附图标记为：1-轮毂；2-螺旋形叶片；3-入口引导部分；4-环形槽；5-诱导轮轴线；6-环形槽的轴线。

具体实施方式

如图1和图6所示，本发明所提供的诱导轮包括轮毂1、螺旋形叶片2、入口引导部分3以及开设在叶片上的从叶尖贯穿至轮毂的环形槽4。环形槽4的轴线6与诱导轮的轴线5重合，环形槽的横截面近似矩形，环形槽底部直径RH2略大于轮毂直径RH，环形槽底部用RA圆角倒圆。

如图2a给出了现有等螺距诱导轮沿平均直径展开图，图中诱导轮叶片安放角β_lcp，液流相对速度ω_1cp，攻角i_cp，叶栅节距t_cp(t_cp＝πD_cp/z_in，z_in为诱导轮叶片数)。如图2a所示现有诱导轮汽蚀发生在叶片入口段背面，汽穴长度l_k，汽穴高度h_k。图2b给出了本发明所提供的诱导轮展开图，利用开设在汽蚀区(具体为叶片入口段背面汽穴处)的环形槽4减少回流，将大的汽穴分割为若干小汽穴，由于单个汽穴长度l_k和单个汽穴高度h_k相对于开槽前汽穴都有所减小，因此流场变得稳定。

如图2a所示，汽穴在叶片入口边之后逐渐扩大，故环形槽4从诱导轮入口段引导部分3后段开始，并覆盖整个汽蚀区。环形槽的宽度b一般控制在2～3mm，对于尺寸较大的诱导轮也不超过4mm；环形槽的间距e一般取e＝(0.3～0.5)α_cp，式中α_cp为叶栅通道宽度，α_cp＝(t_cp-σ_cp)sinβ_lcp，式中σ_cp为叶片在旋转平面上的厚度，σ_cp＝δ_cp/sinβ_lcp，δ_cp为叶片的法向厚度；环形槽的数目Z一般为2～4个。

为提高叶片的强度，叶片切口的锐边用半径RB、RC倒圆(如图4、图5所示)，开槽部位与叶尖过渡部位用RD、RE、RF、RG倒圆(如图3所示)。