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CN113775533A - 一种用于火箭发动机的涡轮泵装置 - Google Patents

一种用于火箭发动机的涡轮泵装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于火箭发动机的涡轮泵装置，其包括壳体(1)、离心叶轮(2)、连接轴组件(3)，轮毂的外周设有主叶片、螺旋诱导叶片，其特征在于：连接轴组件包括第一轴(31)、第二轴(32)，第一轴的左端具有台阶部(37)，台阶部插入轮毂的相应台阶孔内，第一轴的左端具有第一螺纹孔，第一螺纹孔内连接有第一螺杆(33)，第一螺杆的左端具有肩头部(36)，肩头部具有挤压锥形面(38)，第二螺纹孔内连接有第二螺杆(34)，第二螺杆的左端连接有导流帽(35)。本发明具有连接强度大、安装/拆卸方便的优点；其通过凹槽和/或辅助导叶的设计，能够减少扩压器的压力损失，从而提高涡轮泵的出口压力。

Description

一种用于火箭发动机的涡轮泵装置
技术领域
本发明涉及火箭发动机技术领域，具体涉及一种用于火箭发动机的涡轮泵装置。
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。但现有的涡轮泵装置存在叶轮安装强度不足、安装/拆卸不便、泵出口压力损失较大的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于火箭发动机的涡轮泵装置，其通过连接轴组件的设计，相比于现有的叶轮安装结构，具有连接强度大、安装/拆卸方便的优点。其通过凹槽和/或辅助导叶的设计，能够减少扩压器的压力损失，使液流有序地流向蜗壳出口管，从而提高涡轮泵的出口压力，降低涡轮泵的动力损失。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于火箭发动机的涡轮泵装置，其包括壳体(1)、离心叶轮(2)、连接轴组件(3)，壳体的泵腔内安装有离心叶轮，离心叶轮通过连接轴组件安装于壳体上，离心叶轮包括轮毂(21)，轮毂的外周设有主叶片(22)、螺旋诱导叶片(23)，螺旋诱导叶片位于主叶片的上游，其特征在于：连接轴组件(3)包括第一轴(31)、第二轴(32)，第二轴的左端插入第一轴右端的台阶凹孔内，第二轴的右端与发动机的燃烧部或喷射部连接，第一轴的左端具有台阶部(37)，台阶部插入轮毂的相应台阶孔内，第一轴的左端具有第一螺纹孔，第一螺纹孔内连接有第一螺杆(33)，第一螺杆的左端具有肩头部(36)，肩头部具有挤压锥形面(38)，挤压锥形面与轮毂的相应锥形面相配合，第一螺杆的右端具有第二螺纹孔，第二螺纹孔内连接有第二螺杆(34)，第二螺杆的左端连接有导流帽(35)。
进一步地，所述轮毂(21)的左端设有连接腔(24)，肩头部(36)、第二螺杆(34)位于连接腔内，第一轴(31)的外周设置有键槽、连接键(25)，第一轴通过连接键与轮毂相连接，与挤压锥形面(38)相配合的轮毂的锥形面与台阶凹孔邻近设置。
进一步地，所述壳体(1)的泵腔具有相对设置的前侧壁(11)、后侧壁(12)，前侧壁与后侧壁之间设置有扩压器导叶(13)，多个扩压器导叶沿周向均匀分布，扩压器导叶位于离心叶轮(2)的径向外侧，前侧壁、后侧壁包括依次连接的第一倾斜部(14)、凸起部(16)、第二倾斜部(15)，第一倾斜部、凸起部、第二倾斜部沿径向依次连接，相邻扩压器导叶之间的后侧壁(12)上设置有凹槽(17)，凹槽以凹陷的方式去除材料地形成。
进一步地，所述凹槽(17)内设置有一个或多个辅助导叶(18)。
进一步地，所述凹槽(17)的径向内端和径向外端都为弧形部。
进一步地，所述凹槽(17)的轴向深度从径向内端至径向外端逐渐增大。
进一步地，相邻的扩压器导叶(13)之间设置有两个辅助导叶(18)，辅助导叶的内半径与扩压器导叶的内半径相等，辅助导叶的外半径与扩压器导叶的外半径不相等；且扩压器导叶具有外半径R，辅助导叶具有外半径R1，R1＜R，且R1＝(0.70-0.97)R。
进一步地，所述扩压器导叶(13)的叶型与辅助导叶(18)的叶型不同，且扩压器导叶的叶片厚度沿液流方向逐渐增大，辅助导叶的叶片为等厚叶片。
进一步地，诱导轮包括螺旋诱导叶片(23)，螺旋诱导叶片包括多个第一螺旋叶片(231)、多个分流螺旋叶片(232)，分流螺旋叶片设置于第一螺旋叶片之间，分流螺旋叶片的叶片进口角大于第一螺旋叶片的叶片进口角，分流螺旋叶片的叶片出口角大于第一螺旋叶片的叶片出口角，且大小关系为1.05-1.3倍。
本发明的一种用于火箭发动机的涡轮泵装置，其通过连接轴组件的设计，相比于现有的叶轮安装结构，具有连接强度大、安装/拆卸方便的优点。其通过凹槽和/或辅助导叶的设计，能够减少扩压器的压力损失，使液流有序地流向蜗壳出口管，从而提高涡轮泵的出口压力，降低涡轮泵的动力损失。本发明的诱导轮将分流螺旋叶片偏置独立设计，分流叶片的进出口角略大于第一螺旋叶片的进出口角，能够起到防止诱导轮进口叶片堵塞的作用，同时能够提高诱导轮总扬程的效果。
附图说明
图1为本发明用于火箭发动机的涡轮泵装置结构示意图(涡轮泵的部分结构图)；
图2为本发明用于火箭发动机的涡轮泵装置局部放大结构示意图；
图3为本发明用于火箭发动机的涡轮泵装置侧视结构示意图；
图4为本发明用于火箭发动机的涡轮泵装置的诱导轮结构示意图。
图中：壳体1、离心叶轮2、连接轴组件3、前侧壁11、后侧壁12、扩压器导叶13、第一倾斜部14、第二倾斜部15、凸起部16、凹槽17、辅助导叶18、轮毂21、主叶片22、螺旋诱导叶片23、连接腔24、连接键25、第一轴31、第二轴32、第一螺杆33、第二螺杆34、导流帽35、肩头部36、台阶部37、挤压锥形面38、第一螺旋叶片231、分流螺旋叶片232。
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，一种用于火箭发动机的涡轮泵装置，其包括壳体1、离心叶轮2、连接轴组件3，壳体1的泵腔内安装有离心叶轮2，离心叶轮2通过连接轴组件3安装于壳体1上，离心叶轮2包括轮毂21，轮毂21的外周设有主叶片22、螺旋诱导叶片23，螺旋诱导叶片23位于主叶片22的上游，其特征在于：连接轴组件3包括第一轴31、第二轴32，第二轴32的左端插入第一轴31右端的台阶凹孔内，第二轴32的右端与发动机的燃烧部或喷射部连接，第一轴31的左端具有台阶部37，台阶部37插入轮毂21的相应台阶孔内，第一轴31的左端具有第一螺纹孔，第一螺纹孔内连接有第一螺杆33，第一螺杆33的左端具有肩头部36，肩头部36具有挤压锥形面38，挤压锥形面38与轮毂21的相应锥形面相配合，第一螺杆33的右端具有第二螺纹孔，第二螺纹孔内连接有第二螺杆34，第二螺杆34的左端连接有导流帽35，轮毂21的左端设有连接腔24，肩头部36、第二螺杆34位于连接腔24内，第一轴31的外周设置有键槽、连接键25，第一轴31通过连接键25与轮毂21相连接，与挤压锥形面38相配合的轮毂21的锥形面与台阶凹孔邻近设置。
离心叶轮2为半开式叶轮，涡轮泵用于泵送低温甲烷或低温液氧等液态燃料。
本发明的一种用于火箭发动机的涡轮泵装置，其通过连接轴组件3的设计，相比于现有的叶轮安装结构，具有连接强度大、安装/拆卸方便的优点。
第一螺杆33、导流帽35上设置有用于扳手工具操作的扳手槽。
进一步地，如图2-3所示，壳体1的泵腔具有相对设置的前侧壁11、后侧壁12，前侧壁11与后侧壁12之间设置有扩压器导叶13，多个扩压器导叶13沿周向均匀分布，扩压器导叶13位于离心叶轮2的径向外侧，前侧壁11、后侧壁12包括依次连接的第一倾斜部14、凸起部16、第二倾斜部15，第一倾斜部14、凸起部16、第二倾斜部15沿径向依次连接，相邻扩压器导叶13之间的后侧壁12上设置有凹槽17，凹槽17以凹陷的方式去除材料地形成，凹槽17内设置有一个或多个辅助导叶18。
本发明的一种用于火箭发动机的涡轮泵装置，其通过凹槽17和/或辅助导叶18的设计，能够减少扩压器的压力损失，使液流有序地流向蜗壳出口管，从而提高涡轮泵的出口压力，降低涡轮泵的动力损失。
进一步地，凹槽17的径向内端和径向外端都为弧形部，具有更好的导流效果。
进一步地，凹槽17的轴向深度从径向内端至径向外端逐渐增大，能够进一步地减少扩压器的压力损失。
进一步地，相邻的扩压器导叶13之间设置有两个辅助导叶18，辅助导叶18的内半径与扩压器导叶13的内半径相等，辅助导叶18的外半径与扩压器导叶13的外半径不相等；扩压器导叶13具有外半径R，辅助导叶18具有外半径R1，R1＜R，R1＝(0.80-0.95)R，优选地R1＝0.85-0.90R。
扩压器导叶13的叶型与辅助导叶18的叶型不同，扩压器导叶13的叶片厚度沿液流逐渐增大，辅助导叶18的叶片为等厚叶片。
如图4所示，诱导轮包括螺旋诱导叶片23，螺旋诱导叶片23包括多个第一螺旋叶片231、多个分流螺旋叶片232，分流螺旋叶片232设置于第一螺旋叶片231之间；分流螺旋叶片232的叶片进口角略大于第一螺旋叶片231的叶片进口角，分流螺旋叶片232的叶片出口角略大于第一螺旋叶片231的叶片出口角，如1.05-1.3倍关系。本发明的诱导轮将分流螺旋叶片232偏置独立设计，分流叶片232的进出口角略大于第一螺旋叶片231的进出口角，能够起到防止诱导轮进口叶片堵塞的作用，同时能够提高诱导轮总扬程的效果。
本发明的一种用于火箭发动机的涡轮泵装置，其通过连接轴组件3的设计，相比于现有的叶轮安装结构，具有连接强度大、安装/拆卸方便的优点。其通过凹槽17和/或辅助导叶18的设计，能够减少扩压器的压力损失，使液流有序地流向蜗壳出口管，从而提高涡轮泵的出口压力，降低涡轮泵的动力损失。
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 (9)

1.一种用于火箭发动机的涡轮泵装置，其包括壳体(1)、离心叶轮(2)、连接轴组件(3)，壳体的泵腔内安装有离心叶轮，离心叶轮通过连接轴组件安装于壳体上，离心叶轮包括轮毂(21)，轮毂的外周设有主叶片(22)、螺旋诱导叶片(23)，螺旋诱导叶片位于主叶片的上游，其特征在于：连接轴组件(3)包括第一轴(31)、第二轴(32)，第二轴的左端插入第一轴右端的台阶凹孔内，第二轴的右端与发动机的燃烧部或喷射部连接，第一轴的左端具有台阶部(37)，台阶部插入轮毂的相应台阶孔内，第一轴的左端具有第一螺纹孔，第一螺纹孔内连接有第一螺杆(33)，第一螺杆的左端具有肩头部(36)，肩头部具有挤压锥形面(38)，挤压锥形面与轮毂的相应锥形面相配合，第一螺杆的右端具有第二螺纹孔，第二螺纹孔内连接有第二螺杆(34)，第二螺杆的左端连接有导流帽(35)。
2.如权利要求1所述的一种用于火箭发动机的涡轮泵装置，其特征在于，所述轮毂(21)的左端设有连接腔(24)，肩头部(36)、第二螺杆(34)位于连接腔内，第一轴(31)的外周设置有键槽、连接键(25)，第一轴通过连接键与轮毂相连接，与挤压锥形面(38)相配合的轮毂的锥形面与台阶凹孔邻近设置。
3.如权利要求2所述的一种用于火箭发动机的涡轮泵装置，其特征在于，所述壳体(1)的泵腔具有相对设置的前侧壁(11)、后侧壁(12)，前侧壁与后侧壁之间设置有扩压器导叶(13)，多个扩压器导叶沿周向均匀分布，扩压器导叶位于离心叶轮(2)的径向外侧，前侧壁、后侧壁包括依次连接的第一倾斜部(14)、凸起部(16)、第二倾斜部(15)，第一倾斜部、凸起部、第二倾斜部沿径向依次连接，相邻扩压器导叶之间的后侧壁(12)上设置有凹槽(17)，凹槽以凹陷的方式去除材料地形成。
4.如权利要求3所述的一种用于火箭发动机的涡轮泵装置，其特征在于，所述凹槽(17)内设置有一个或多个辅助导叶(18)。
5.如权利要求4所述的一种用于火箭发动机的涡轮泵装置，其特征在于，所述凹槽(17)的径向内端和径向外端都为弧形部。
6.如权利要求5所述的一种用于火箭发动机的涡轮泵装置，其特征在于，所述凹槽(17)的轴向深度从径向内端至径向外端逐渐增大。
7.如权利要求6所述的一种用于火箭发动机的涡轮泵装置，其特征在于，相邻的扩压器导叶(13)之间设置有两个辅助导叶(18)，辅助导叶的内半径与扩压器导叶的内半径相等，辅助导叶的外半径与扩压器导叶的外半径不相等；且扩压器导叶具有外半径R，辅助导叶具有外半径R1，R1＜R，且R1＝(0.70-0.97)R。
8.如权利要求7所述的一种用于火箭发动机的涡轮泵装置，其特征在于，所述扩压器导叶(13)的叶型与辅助导叶(18)的叶型不同，且扩压器导叶的叶片厚度沿液流方向逐渐增大，辅助导叶的叶片为等厚叶片。
9.如权利要求2或7所述的一种用于火箭发动机的涡轮泵装置，其特征在于，诱导轮包括螺旋诱导叶片(23)，螺旋诱导叶片包括多个第一螺旋叶片(231)、多个分流螺旋叶片(232)，分流螺旋叶片设置于第一螺旋叶片之间，分流螺旋叶片的叶片进口角大于第一螺旋叶片的叶片进口角，分流螺旋叶片的叶片出口角大于第一螺旋叶片的叶片出口角，且大小关系为1.05-1.3倍。
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