高抗汽蚀性能一体化叶轮的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种一体化叶轮，特别是一种高抗汽蚀性能、高效率叶轮，可用于抗汽蚀性能要求苛刻的高速离心栗或轴流栗，尤其是航空航天推进领域。
【背景技术】
[0002]航空航天飞行器需要在远离地面的高空或太空工作，受飞行器空间尺寸和结构质量的约束，推进剂供应系统的结构尺寸和质量受到严格限制。为了尽量减小结构尺寸和质量，推进剂栗的转速越来越高，而为了减轻贮箱增压系统的质量和规模，推进剂贮箱的压力越来越低。推进剂栗高转速和低入口压力的特点，要求栗具有非常高的抗汽蚀性能。
[0003]在离心轮前增设诱导轮可提高栗在设计工况的抗汽蚀性能，但提高幅度有限，而且在偏离设计点较远的工况，受限于诱导轮自身的抗汽蚀性能，以及诱导轮与离心轮之间的过渡损失，推进剂栗抗汽蚀性能仍然不满足低入口压力下正常工作的要求。
[0004]将低转速叶片式预压装置或者射流栗作为增压栗设置在离心栗前，使离心栗的入口压力提高，可以在低的入口压力下正常工作。但这种预压装置需要额外增设驱动机构或者高压源，增加了系统的结构尺寸和重量，并且降低了系统的效率，使得系统复杂化，在空间尺寸紧张的情况下，是不现实的。
[0005]因此，设计一种汽蚀性能优良的叶轮，是提高推进剂栗抗汽蚀性能的根本途径。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术中高速栗无法在低入口压力下工作、以及小尺寸空间下使用的难题，提供一种结构紧凑、效率高、抗汽蚀性能好的一体化叶轮，使推进剂栗可以在更高转速和更低的入口压力下正常工作。
[0007]本发明的高抗汽蚀性能一体化叶轮，由长叶片、多组长短不同的短叶片和轮毂一体成型，所述轮毂包括轮盘和叶轮头部两部分，所述长叶片具有入口轴流平板叶栅和出口离心扭曲叶栅两段，两段叶栅光滑对接一体化成型，所述入口轴流平板叶栅从所述叶轮头部开始环绕，所述出口离心扭曲叶栅延伸至轮盘边缘，所述多组长短不同的短叶片圆周交错布置在长叶片之间，根据长短不同逐级分布，其出口端均延伸至所述轮盘边缘。
[0008]优选所述长叶片入口轴流平板叶栅为等螺距、变螺距，或者等螺距和变螺距的任意组合形式。
[0009]优选所述长叶片的数量可以为多片。
[0010]优选所述长叶片入口打磨成刀尖状。
[0011]优选所述多组长短不同的短叶片为三组，包括2片稍长的短叶片、4片中长的短叶片和8片稍短的短叶片，三组的叶型可以与所述长叶片出口段离心扭曲叶栅叶型一致。
[0012]优选所述长叶片具有两片，按照一个长叶片、一个稍长的短叶片、一个中长的短叶片、一个稍短的短叶片的顺序配置于所述轮毂上，每一个所述短叶片均以一定的偏置角偏向与之相邻的叶片的吸力面配置，并且每组短叶片都圆周对称分布。
[0013]优选所述偏置角取2°?15°。
[0014]优选所述多组长短不同的短叶片组数可以为2组、3组或者其他任意数目，每组叶片数以长度最大的一组数目最少的方式逐级增加。
[0015]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0016]1、一体化叶轮抗汽蚀性能好。常规叶轮入口部位容易发生汽蚀，原因有:流体进入叶轮后，流速增加，静压降低;黏性流体以一定攻角流向叶片，局部脱流，造成能量损失;诱导轮与离心轮之间流动急剧变化，造成冲击损失。一体化叶轮轴向流入，入口攻角小，流动冲击损失很小，流体流入轴流叶片后开始逐渐增压，至离心叶片时已具有一定的压力，轴流叶片和离心叶片之间没有过渡损失，提高了离心轮容易发生汽蚀部位的压力。
[0017]2、一体化叶轮效率高。一体化叶轮减小了轴流叶片向离心叶片过渡的流动损失，并抑制了离心叶片入口部位的二次流损失。
[0018]3、结构紧凑，尺寸小。轴流叶片和离心叶片连接成一体，节省了中间的过渡空间，轴向长度减小，对结构安装、提高转子临界转速等都有好处。
【附图说明】
[0019]图1为一体化叶轮结构示意图；
[0020]图2为一体化叶轮叶片分布示意图；
[0021 ]图3为一体化叶轮长叶片结构示意图。
[0022]图4为一体化叶轮短叶片分布示意图。
【具体实施方式】
[0023]图1为本发明的一体化叶轮的结构示意图，也是本发明的一个优选实施例。本发明的一体化叶轮长叶片2、多组短叶片3与轮毂4 一体化加工，然后和前盖板I钎焊在一起，也可以为整体铸造成型。本实施例为闭式叶轮，也可以根据不同的要求，设计为半开式叶轮，不需要钎焊前盖板I。
[0024]如图2和图3所示，本发明的一体化叶轮长叶片2均布在轮毂4上，长叶片2的数量可以为2片、3片或者其它数量，主要根据栗对抗汽蚀性能的要求来确定。长叶片2的入口平板叶栅21可以为等螺距，也可以为变螺距，还可以为等螺距和变螺距的任意组合形式，平板叶栅21的螺距值和轴向长度根据离心扭曲叶栅22的汽蚀性能、栗入口压力等条件确定。扭曲叶栅22的入口边与平板叶栅21的出口边一致，两者光滑连接。长叶片2的入口边打磨成刀尖状，减小入口冲击损失，提高抗汽蚀性能。轮毂4包括轮盘和叶轮头部两部分，长叶片2的入口轴流平板叶栅21从伸出轴端部开始环绕，出口离心扭曲叶栅22延伸至轮盘边缘。
[0025]—体化叶轮的多组短叶片圆周交错布置在长叶片之间，根据长度不同逐级分布，其出口端均延伸至轮盘边缘。本实施例短叶片有3组，叶片数量为2+4+8，2片稍长的短叶片31分布在2片长叶片2之间，4片中长的短叶片32交错分布在长叶片2和短叶片31之间，8片稍短的短叶片33交错分布在上述叶片之间，上述每组短叶片都圆周对称分布。配置完成后的顺序为一个长叶片2、一个稍长短叶片31、一个中长短叶片32、一个稍短的短叶片33，然后再一个长叶片2，这样依次排序下去。三组短叶片的叶型可以与长叶片2的出口段离心扭曲叶栅叶型一致。特别要指出的是，上述每一片短叶片都向其相邻的叶片吸力面偏置了一定的角度，如图4所示中短叶片33为例，短叶片33向其相邻的短叶片32的吸力面322偏置了一定的角度。偏置角度的大小根据叶片数、短叶片的长度、叶片包角等参数来确定，通常偏置角度取2°?15°，叶片数较多时，偏置角度取小值，反之取大值;叶片长度较小时，偏置角度取大值，反之取小值;叶片包角较大时，偏置角度取小值，反之取大值。通过短叶片偏置处理，可以抑制叶片吸力面出口回流，提高叶轮内流动均匀性，提高栗效率。
【主权项】
1.一种高抗汽蚀性能一体化叶轮，由长叶片、多组长短不同的短叶片和轮毂一体成型，其特征在于:所述轮毂包括轮盘和叶轮头部两部分，所述长叶片具有入口轴流平板叶栅和出口离心扭曲叶栅两段，两段叶栅光滑对接一体化成型，所述入口轴流平板叶栅从所述叶轮头部开始环绕，所述出口离心扭曲叶栅延伸至轮盘边缘，所述多组长短不同的短叶片圆周交错布置在长叶片之间，根据长短不同逐级分布，其出口端均延伸至所述轮盘边缘。2.根据权利要求1所述的高抗汽蚀性能一体化叶轮，其特征在于:所述长叶片入口轴流平板叶栅为等螺距、变螺距，或者等螺距和变螺距的任意组合形式。3.根据权利要求1所述的高抗汽蚀性能一体化叶轮，其特征在于:所述长叶片的数量可以为多片。4.根据权利要求1所述的高抗汽蚀性能一体化叶轮，其特征在于:所述长叶片入口打磨成刀尖状。5.根据权利要求1所述的高抗汽蚀性能一体化叶轮，其特征在于:所述多组长短不同的短叶片为三组，包括2片稍长的短叶片、4片中长的短叶片和8片稍短的短叶片，三组的叶型可以与所述长叶片出口段离心扭曲叶栅叶型一致。6.根据权利要求5所述的高抗汽蚀性能一体化叶轮，其特征在于:所述长叶片具有两片，按照一个长叶片、一个稍长的短叶片、一个中长的短叶片、一个稍短的短叶片的顺序配置于所述轮毂上，每一个所述短叶片均以一定的偏置角偏向与之相邻的叶片的吸力面配置，并且每组短叶片都圆周对称分布。7.根据权利要求6所述的高抗汽蚀性能一体化叶轮，其特征在于:所述偏置角取2°?15。。8.根据权利要求1所述的高抗汽蚀性能一体化叶轮，其特征在于:所述多组长短不同的短叶片组数可以为2组、3组或者其他任意数目，每组叶片数以长度最大的一组数目最少的方式逐级增加。
【专利摘要】本发明公开一种高抗汽蚀性能一体化叶轮，由长叶片、多组长短不同的短叶片和轮毂一体成型，其特征在于：所述轮毂包括轮盘和叶轮头部两部分，所述长叶片具有入口轴流平板叶栅和出口离心扭曲叶栅两段，两段叶栅光滑对接一体化成型，所述入口轴流平板叶栅从所述叶轮头部开始环绕，所述出口离心扭曲叶栅延伸至轮盘边缘，所述多组长短不同的短叶片圆周交错布置在长叶片之间，根据长短不同逐级分布，其出口端均延伸至所述轮盘边缘。本发明的叶轮装置主要适用于离心泵和混流泵，流体进入入口段轴流叶片预增压后，再流入离心叶片做功，这种一体化叶片减小了流动转换造成的冲击损失，并有效抑制了离心叶片通道内的回流，降低能量损失。
【IPC分类】F04D29/66, F04D29/18, F02K9/46
【公开号】CN105545797
【申请号】CN201511018435
【发明人】王文廷, 陈晖 , 杜玉洁, 李永鹏, 许开富, 罗鹏, 卜学兵, 袁伟为
【申请人】西安航天动力研究所
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月29日