CN113294342A - 离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心泵，包括蜗壳、后盖板和叶轮，所述叶轮转动设置在蜗壳和后盖板之间，所述叶轮上连接有叶片；所述叶片上开设有轴向孔，所述轴向孔贯穿于所述叶片和叶轮；所述轴向孔为若干个，若干个轴向孔沿叶片的延伸方向间隔布置在叶片上，能够至少能起到以下作用的一种，降低叶顶间隙液体回流、降低汽蚀和平衡轴向力，从而提高离心泵效率。

Description

离心泵

技术领域

本发明涉及航空航天离心泵领域，具体涉及一种离心泵。

背景技术

为了减小离心泵的体积和尺寸，航空航天系统均在提高转速，随之带来的问题是离心泵体积小，导致叶轮在上万转甚至几万转的转速下，在半开式和全开式的离心泵存在叶顶间隙；由于叶片压力面上的压力高于吸力面上的压力，使得该部分液流绕过叶顶边缘进入壳体与叶片之间的轴向间隙，在叶片的叶顶间隙处形成泄漏流，最终回到叶轮进口这样叶轮中始终有一部分液流在间隙循环，造成能量损失，这种流动称为间隙泄漏流动，造成的水力效率降低以及轴向力问题；以及离心泵叶轮高速旋转对航空液体做功时在低压区容易产生汽蚀，汽蚀会降低离心泵的压力和流量特性；用于离心泵防止汽蚀的方法和结构很多，比如采用双吸叶轮、增设诱导轮等措施，但均需改变现有的离心泵结构；而对于航空航天系统已经限定离心泵的外形尺寸和安装接口位置以及质量、加工周期的情况，无法采用双吸叶轮、增设诱导轮等抗汽蚀措施，需要设计出一种新的抗汽蚀离心泵结构。

因此，为解决以上存在的问题，需要一种离心泵，能够至少能起到以下作用的一种，降低叶顶间隙液体回流、降低汽蚀和平衡轴向力，从而提高离心泵效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供离心泵，能够至少能起到以下作用的一种，降低叶顶间隙液体回流、降低汽蚀和降低轴向力，从而提高离心泵效率。

本发明的离心泵，包括蜗壳、后盖板和叶轮，所述叶轮转动设置在蜗壳和后盖板之间，所述叶轮上连接有叶片；所述叶片上开设有轴向孔，所述轴向孔贯穿于所述叶片和叶轮；所述轴向孔为若干个，若干个轴向孔沿叶片的延伸方向间隔布置在叶片上。

进一步，沿叶片远端到叶片近端方向，若干个所述轴向孔的相邻孔间距逐渐增大；沿径向方向所述叶片近端靠近蜗壳的进液口设置，所述叶片远端远离蜗壳的进液口设置。

进一步，若干个所述轴向孔通过径向孔相连通，在轴向投影上所述径向孔沿叶片的延伸方向开设于所述叶片。

进一步，所述叶片近端开设有法向孔，所述法向孔连通径向孔，在轴向投影上所述法向孔的开设方向与所述径向孔的延伸方向呈夹角，所成夹角α的范围为：150°＜α＜90°。

进一步，所述法向孔开设在叶片近端的轴向孔上连通径向孔，所述叶片近端的轴向孔上至少开设有两个法向孔，且在径向截面上其中的一个法向孔与径向孔位于同一平面。

进一步，在轴向的投影上所述叶片呈弧线形，所述叶片远端位于叶轮的径向边缘，所述叶片近端靠近叶轮的中心；所述叶片为若干个，若干个叶片沿径向均匀分布在叶轮上，且若干个叶片的弧形弯曲方向一致。

进一步，还包括副叶片，在轴向的投影上，所述副叶片间隔布置于相邻的叶片之间，所述副叶片呈弧线形，所述副叶片的弧形弯曲方向与叶片的弧形弯曲方向一致，所述副叶片为若干个，若干个副叶片沿径向均匀分布在叶轮上；副叶片远端位于叶轮的径向边缘，副叶片近端位于叶片近端和叶片远端之间；所述叶片近端的法线与所述副叶片近端的法线相交。

进一步，沿叶片远端到叶片近端方向，所述叶片的轴向高度逐渐增高；沿副叶片远端到副叶片近端方向，所述副叶片的轴向高度逐渐增高；以叶轮中心为圆心的径向圆与叶片和副叶片相交叉，位于同一径向圆上的所述叶片与径向圆交点位置的轴向高度与所述副叶片与径向圆交点位置的轴向高度一致。

进一步，所述副叶片上开设有副轴向孔，所述副轴向孔贯穿于所述副叶片和叶轮；所述副轴向孔为若干个，若干个副轴向孔沿副叶片的延伸方向间隔布置在副叶片上；沿副叶片远端到副叶片近端方向，若干个所述副轴向孔的相邻孔间距逐渐增大。

进一步，所述后盖板上开设有储液腔，所述储液腔通过轴向孔连通至蜗壳的内腔。

本发明的有益效果是：本发明公开的一种离心泵，所述叶轮通过轴端螺母和与之配合的传动轴转动的安装于后盖板上，且蜗壳和后盖板通过沿径向均匀布置的轴向螺钉固定，蜗壳的进液口即设置在蜗壳沿径向的中心位置，所述叶轮上连接有叶片，所述叶片上开设有轴向孔，所述轴向孔贯穿于所述叶片和叶轮，其中所述轴向孔可以沿轴向与叶片呈夹角的开设，对抗产生的间隙泄漏流动，以更契合并阻止间隙泄漏流动，所述轴向孔沿轴向竖直的开设，提高加工精度并降低加工难度，并且使得叶片的结构强度有所保证；所述轴向孔为若干个，若干个轴向孔沿叶片的延伸方向间隔布置在叶片上，以使得离心泵中的叶轮、蜗壳、后盖板、传动轴、轴端螺母装配后，传动轴带动叶轮高速旋转时，介质经叶轮做功增压后流经蜗壳，部分高压液体通过蜗壳与后盖板的间隙流至后盖板与叶轮的底部端面之间的腔体，通过叶轮上叶片含的轴向孔中高速射流出的液体与蜗壳的内壁面以及叶片之间组成一堵近似于封闭的阻流墙，减小了二次流、旋涡、回流等由于存在叶顶间隙而产生的泄露，使得燃油离心泵的容积损失和水力损失，同时达到了平衡轴向力的目的，能够降低离心泵的汽蚀性能、减小叶顶间隙泄漏的同时又能不改变离心泵的外形尺寸和安装接口位置以及重量，避免发动机上安装时出现尺寸不合理的现象。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的俯视结构示意图；

图2为本发明图1中A-A向的结构示意图；

图3为本发明叶轮的结构示意图；

图4为本发明图3中C-C向的结构示意图；

图5为本发明的侧视结构示意图；

图6为本发明图5中B-B向的结构示意图；

图7为本发明沿叶片延伸方向的剖视结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的俯视结构示意图；图2为本发明图1中A-A向的结构示意图；图3为本发明叶轮的结构示意图；图4为本发明图3中C-C向的结构示意图；图5为本发明的侧视结构示意图；图6为本发明图5中B-B向的结构示意图；图7为本发明沿叶片延伸方向的剖视结构示意图；如图所示，本方案中所述轴向以传动轴4轴向为基准，所述径向以传动轴4径向为基准，本实施例中的离心泵包括蜗壳1、后盖板2和叶轮3，所述叶轮3转动设置在蜗壳1和后盖板2之间，如图所示，所述叶轮3通过轴端螺母5和与之配合的传动轴4转动的安装于后盖板2上，且蜗壳1和后盖板2通过沿径向均匀布置的轴向螺钉固定，蜗壳1的进液口即设置在蜗壳1沿径向的中心位置，所述叶轮3上连接有叶片6，所述叶片6上开设有轴向孔01，所述轴向孔01贯穿于所述叶片6和叶轮3，其中所述轴向孔01可以沿轴向与叶片6呈夹角的开设，对抗产生的间隙泄漏流动，以更契合并阻止间隙泄漏流动，但限于加工难度、制造成本结构强度和加工精度等综合因素考虑，本方案中所述轴向孔01沿轴向竖直的开设，提高加工精度并降低加工难度，并且使得叶片6的结构强度有所保证；如图所示，所述轴向孔01为若干个，若干个轴向孔01沿叶片6的延伸方向间隔布置在叶片6上，以使得离心泵中的叶轮3、蜗壳1、后盖板2、传动轴4、轴端螺母5装配后，传动轴4带动叶轮3高速旋转时，介质经叶轮3做功增压后流经蜗壳1，部分高压液体通过蜗壳1与后盖板2的间隙流至后盖板2与叶轮3的底部端面之间的腔体，通过叶轮3上叶片6含的轴向孔01中高速射流出的液体与蜗壳1的内壁面以及叶片6之间组成一堵近似于封闭的阻流墙，减小了二次流、旋涡、回流等由于存在叶顶间隙而产生的泄露，使得燃油离心泵的容积损失和水力损失，同时达到了平衡轴向力的目的，能够降低离心泵的汽蚀性能、减小叶顶间隙泄漏的同时又能不改变离心泵的外形尺寸和安装接口位置以及重量，避免发动机上安装时出现尺寸不合理的现象。

本实施例中，沿叶片6远端到叶片6近端方向，若干个所述轴向孔01的相邻孔间距逐渐增大；由于叶片6远端的压力大于叶片6近端的压力，需要平衡相应位置所产生的轴向力，则必然需要提高叶片6远端的泄压效果，所以本方案中干个所述轴向孔01的相邻孔间距逐渐增大，以平衡轴向力，沿径向方向所述叶片6近端靠近蜗壳1的进液口设置，所述叶片6远端远离蜗壳1的进液口设置。

本实施例中，若干个所述轴向孔01通过径向孔02相连通，在轴向投影上所述径向孔02沿叶片6的延伸方向开设于所述叶片6。当然所述径向孔02还可以穿插、或是交叉等走向连通若干个轴向孔01，以使得提高泄压效果，并起到相应的降低离心泵的汽蚀性能的作用，如图所示，所述径向孔02开设在所述叶片6的内部，且开设的路径与叶片6的延伸方向相一致，如前所述，若干个所述轴向孔01的相邻孔间距逐渐增大，这使得压力由靠近叶片6远端的轴向孔01逐渐向叶片6近端施加，且施过程中由于若干个轴向孔01通过径向孔02相连通，使得压力每经过一条轴向孔01均会产生沿径向孔02开设方向向内(也就是由叶片6远端朝向叶片6近端方向)继续施压，如此逐渐将压力传递至叶片6近端，以进一步起到平衡轴向力的作用，本方案所述径向孔02受限于叶片6的高度和叶片6的结构强度仅开设有一条，所述径向孔02的开设条数可根据实际需求增设，至多不超过两条，以保证叶片6的结构强度，和导流效果，在此不再赘述，所述径向孔02和轴向孔01的开口直径相同，且开口直径的比值介于0.98-1.02之间以保证良好的导流作用和平衡轴向力的作用。

本实施例中，所述叶片6近端开设有法向孔03，所述法向孔03连通径向孔02，在轴向投影上所述法向孔03的开设方向与所述径向孔02的延伸方向呈夹角，所成夹角α的范围为：150°＜α＜90°。所述法向孔03朝向叶片6的低压区开设，如图所示，本方案中，所述法向孔03在轴向投影上垂直于径向孔02开设，以保证结构强度，并且便于加工提高孔径加工精度，且开设法向孔03连通于径向孔02的作用在于提高叶片6近端的压力，以使得径向孔02沿叶片6延伸方向传递过来的压力由此释放传递至低压区域，通过使得局部压力提高，有效提高离心泵叶轮3入口低压区的压力，使燃油压力大于当地温度下的饱和蒸汽压，从而提高离心泵的抗汽蚀性能，保证了离心泵的正常运转，提高了使用寿命。本实施例中，所述法向孔03开设在叶片6近端的轴向孔01上连通径向孔02，所述叶片6近端的轴向孔01上至少开设有两个法向孔03，且在径向截面上其中的一个法向孔03与径向孔02位于同一平面。如图所示，本方案在叶片6上开设有四个法向孔03，且相对应的分别开设在两个轴向孔01上，并且沿轴向的投影四个法向孔03的连线呈矩形，沿轴向蜗壳1的进液口设置在法向孔03的顶部，

本实施例中，所述后盖板2上开设有储液腔21，所述储液腔21通过轴向孔01连通至蜗壳1的内腔。开设储液腔21的目的在于增大轴向孔01的射流压力，并能使得每个轴向孔01均能有效的充盈液体，形成朝向蜗壳1的内壁面射流的液态阻流墙，并通过径向孔02和法向孔03进一步实现平衡轴向力和提高抗汽蚀性能的作用。本实施例中，在轴向的投影上所述叶片6呈弧线形，以使得径向孔02的走向也为弧线形，增大流体的加速度，提高其紊流和平衡轴向力的作用，所述叶片6远端位于叶轮3的径向边缘，所述叶片6近端靠近叶轮3的中心；所述叶片6为若干个，若干个叶片6沿径向均匀分布在叶轮3上，且若干个叶片6的弧形弯曲方向一致。如图所示，所述叶片6为三个且绕叶轮3的中心均匀布置，降低离心泵的重量，并能保证离心泵的正常运转。

本实施例中，还包括副叶片7，在轴向的投影上，所述副叶片7间隔布置于相邻的叶片6之间，所述副叶片7呈弧线形，所述副叶片7的弧形弯曲方向与叶片6的弧形弯曲方向一致，且所述副叶片7的弧度不大于叶片6的弧度，所述副叶片7为若干个，若干个副叶片7沿径向均匀分布在叶轮3上；副叶片7远端位于叶轮3的径向边缘，副叶片7近端位于叶片6近端和叶片6远端之间；所述叶片6近端的法线与所述副叶片7近端的法线相交。如图所示，副叶片7也为三个且绕叶轮3的中心均匀布置，间隔的布置在相邻叶片6之间，所述副叶片7的作用在于辅助叶片6提高离心效果，且所述叶片6近端的法线与所述副叶片7近端的法线成角度，以提高液体的流速。

本实施例中，沿叶片6远端到叶片6近端方向，所述叶片6的轴向高度逐渐增高；沿副叶片7远端到副叶片7近端方向，所述副叶片7的轴向高度逐渐增高；以叶轮3中心为圆心的径向圆与叶片6和副叶片7相交叉，位于同一径向圆上的所述叶片6与径向圆交点位置的轴向高度与所述副叶片7与径向圆交点位置的轴向高度一致。使得提高液体的流速，增大离心泵的压力，并平衡轴向力。

本实施例中，所述副叶片7上开设有副轴向孔04，所述副轴向孔04贯穿于所述副叶片7和叶轮3；所述副轴向孔04为若干个，若干个副轴向孔04沿副叶片7的延伸方向间隔布置在副叶片7上；沿副叶片7远端到副叶片7近端方向，若干个所述副轴向孔04的相邻孔间距逐渐增大。副轴向孔04的开设目的与轴向孔01的开设目的相同，并与轴向孔、蜗壳的上内壁面200、共同构成阻流墙100，如图7中所示，如前所述，在此不再赘述。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种离心泵，其特征在于：包括蜗壳、后盖板和叶轮，所述叶轮转动设置在蜗壳和后盖板之间，所述叶轮上连接有叶片；所述叶片上开设有轴向孔，所述轴向孔贯穿于所述叶片和叶轮；所述轴向孔为若干个，若干个轴向孔沿叶片的延伸方向间隔布置在叶片上。

2.根据权利要求1所述的离心泵，其特征在于：沿叶片远端到叶片近端方向，若干个所述轴向孔的相邻孔间距逐渐增大；沿径向方向所述叶片近端靠近蜗壳的进液口设置，所述叶片远端远离蜗壳的进液口设置。

3.根据权利要求2所述的离心泵，其特征在于：若干个所述轴向孔通过径向孔相连通，在轴向投影上所述径向孔沿叶片的延伸方向开设于所述叶片。

4.根据权利要求3所述的离心泵，其特征在于：所述叶片近端开设有法向孔，所述法向孔连通径向孔，在轴向投影上所述法向孔的开设方向与所述径向孔的延伸方向呈夹角，所成夹角α的范围为：150°＜α＜90°。

5.根据权利要求4所述的离心泵，其特征在于：所述法向孔开设在叶片近端的轴向孔上连通径向孔，所述叶片近端的轴向孔上至少开设有两个法向孔，且在径向截面上其中的一个法向孔与径向孔位于同一平面。

6.根据权利要求5所述的离心泵，其特征在于：在轴向的投影上所述叶片呈弧线形，所述叶片远端位于叶轮的径向边缘，所述叶片近端靠近叶轮的中心；所述叶片为若干个，若干个叶片沿径向均匀分布在叶轮上，且若干个叶片的弧形弯曲方向一致。

7.根据权利要求8所述的离心泵，其特征在于：所述副叶片上开设有副轴向孔，所述副轴向孔贯穿于所述副叶片和叶轮；所述副轴向孔为若干个，若干个副轴向孔沿副叶片的延伸方向间隔布置在副叶片上；沿副叶片远端到副叶片近端方向，若干个所述副轴向孔的相邻孔间距逐渐增大。

8.根据权利要求1所述的离心泵，其特征在于：所述后盖板上开设有储液腔，所述储液腔通过轴向孔连通至蜗壳的内腔。

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