專利名稱：小型高速空氣渦輪泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空氣渦輪泵。
背景技術(shù)：
整體式?jīng)_壓發(fā)動機使用高溫、低壓、大調(diào)節(jié)比空氣渦輪泵供油系統(tǒng)，但是 安裝發(fā)動機附件的空間為狹小的環(huán)形結(jié)構(gòu)，這樣渦輪泵的外徑受到嚴格的尺寸 限制。高轉(zhuǎn)速可以減小泵的尺寸，但對于渦輪來說，由于進口壓力很低，要流 過一定的流量，就要保證渦輪靜子一定的流通面積。由于尺寸的限制，渦輪不 能按照常規(guī)的方法設(shè)計。 發(fā)明的內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中空氣渦輪泵無法滿足小尺寸空間下使用要求的的缺 點，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、可大范圍連續(xù)變工況工作的 空氣渦輪泵。
本發(fā)明采取的技術(shù)解決方案是
一種小型高速空氣渦輪泵，包括殼體以及設(shè)置在殼體內(nèi)的燃油泵、渦輪， 所述燃油泵包括離心輪，所述渦輪包括渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪靜子，所述殼體前端設(shè) 置有進液口，其后端設(shè)置有進氣口，其側(cè)面設(shè)置有出液口和出氣口，其特殊之 處在于所述渦輪靜子是利用斜切氣流偏轉(zhuǎn)膨脹的全進氣葉柵式收縮噴嘴。
上述渦輪轉(zhuǎn)子與誘導輪、離心輪通過中心軸固連，所述中心軸通過軸承與 殼體連接，所述渦輪轉(zhuǎn)子設(shè)置在軸承的一端，所述誘導輪和離心輪設(shè)置在軸承 的另一端。
上述離心輪的前蓋板和后蓋板與殼體間設(shè)置有密封用浮動環(huán)；所述中心軸 和渦輪之間的密封為彈簧式端面密封，所述彈簧式端面密封包括設(shè)置在中心軸 上的動環(huán)以及設(shè)置在殼體內(nèi)壁的靜環(huán)座，所述靜環(huán)座上設(shè)置有通過多個彈簧施 壓的靜環(huán)，所述動環(huán)端面設(shè)置有與動環(huán)摩擦接觸的石墨環(huán)。
上述離心輪由間隔布置的6個長葉片和12個短葉片構(gòu)成。
上述離心輪的葉片為圓弧葉片。
上述燃油泵包括設(shè)置在離心輪前方的誘導輪。
3上述誘導輪為變螺距誘導輪。
上述空氣渦輪泵包括可供泵后浮動環(huán)泄漏煤油回流的內(nèi)回路，所述內(nèi)回路 的一端開口于中心軸和渦輪之間的彈簧式端面密封處，另一端開口于殼體進液
口內(nèi)壁。
上述燃油泵包括設(shè)置在離心輪前方的誘導輪。
上述誘導輪為變螺距誘導輪。
本發(fā)明的優(yōu)點是
1、 轉(zhuǎn)速髙、質(zhì)量輕、體積小。當渦輪靜子出口面積一定(即渦輪靜子外徑 一定)時，本發(fā)明渦輪泵的收縮噴嘴比一般的收擴噴嘴能夠流過更多的流量，
因此能產(chǎn)生更大的功率。渦輪泵設(shè)計轉(zhuǎn)速35000r/min,最高工作轉(zhuǎn)速40000r/min， 外廓尺寸為cpll5mm(外徑)x250mm (長度)，重量為6kg。在國內(nèi)現(xiàn)有空氣渦輪 泵中轉(zhuǎn)速最高，質(zhì)量最輕、體積最小。
2、 總體結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理。渦輪與泵采用同軸、兩端懸臂、背靠背的布 局方式，泵入口可以與貯箱直接相連，渦輪入口可以與燃燒室擴張段的集氣環(huán) 直接相連，渦輪入口采用導流錐結(jié)構(gòu)。利用泵后浮動環(huán)泄漏的煤油對兩個軸承 和端面密封進行冷卻和潤滑，然后通過殼體設(shè)置的內(nèi)回路回到泵前，結(jié)構(gòu)緊湊。
3、 寬范圍變工況。由于發(fā)動機工作空域和馬赫數(shù)范圍很大，推力變化很大， 因而泵的流量變化范圍大。為了提高小流量下泵的穩(wěn)定性，本發(fā)明離心輪采用 了較多葉片數(shù)、長短葉片間隔布置的結(jié)構(gòu)。在大空域、寬馬赫工作的沖壓發(fā)動 機中，渦輪泵具有很大的適應(yīng)能力。渦輪入口溫度變化500 950K，最高滯止 溫度950K，壓力變化范圍1 0.07MPa，渦輪入口最低壓力0.07MPa，泵流量在 9.0 0.2L/s之間變化；泵最大、最小流量調(diào)節(jié)比為45倍。渦輪泵轉(zhuǎn)速可以穩(wěn)定 地從40000r/min連續(xù)變化到20000r/min?，F(xiàn)有型號空氣渦輪泵沒有這么大范圍 連續(xù)變工況工作的，因而該空氣渦輪泵具有高溫、低壓、大調(diào)節(jié)比的特點。
4、 渦輪工質(zhì)使用沖壓空氣，可用于超聲速巡航彈用沖壓發(fā)動機、大空域高 馬赫工作沖壓發(fā)動機、超聲速巡航彈或臨近空間可重復(fù)使用飛行器，也可以用 于臨近空間可重復(fù)使用飛行器用沖壓發(fā)動機。
5、 泵前后蓋板采用浮動環(huán)密封，無磨損，保證了產(chǎn)品的可靠性，還可以起 到自動調(diào)整定心。泵與渦輪之間采用彈簧式端面密封，無泄漏，兼顧重復(fù)使用。


圖1是本發(fā)明渦輪泵的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明渦輪泵的離心輪結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明渦輪泵的浮動環(huán)密封結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明渦輪泵的端面密封結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明渦輪泵的渦輪葉柵結(jié)構(gòu)示意其中l(wèi)-誘導輪，2-離心輪，21-前蓋板，22-后蓋板，23-長葉片，24-短葉 片，3-殼體，4、 5-軸承，6-端面密封，7-渦輪轉(zhuǎn)子，71-渦輪轉(zhuǎn)子葉柵，8-渦輪 靜子，81-渦輪靜子葉柵，9-中心軸，10-浮動環(huán)；11-石墨環(huán)，12-彈簧，13-動環(huán)， 14-靜環(huán)，15-靜環(huán)座，18-內(nèi)回路；
圖6是本發(fā)明的泵揚程特性曲線示意圖；從曲線可知，泵在0.2 9L/s的流 量寬范圍保持了高揚程，揚程范圍在9.2 8.3MPa之間，滿足發(fā)動機寬范圍變工 況的需要；
圖7是本發(fā)明泵的效率特性曲線示意圖；從曲線可知，泵的效率隨著流量 增大而增大；小流量效率低的原因是小流量容積效率較低，軸承、密封消耗 功率所占比重較大。
具體實施例方式
本發(fā)明是一種適用于大空域高馬赫工作沖壓發(fā)動機的高溫、低壓、大調(diào)節(jié) 比的小型高速空氣渦輪泵，包括殼體以及設(shè)置在殼體3內(nèi)的燃油泵、渦輪，其 中殼體3由泵殼體和渦輪排氣殼體、渦輪進氣殼體組合而成，殼體前端設(shè)置有 進液口，其后端設(shè)置有進氣口，其側(cè)面設(shè)置有出液口和出氣口，燃油泵包括離 心輪2以及設(shè)置在離心輪2前方的變螺距誘導輪1，離心輪2由間隔布置的6個 長圓弧葉片23和12個短圓弧葉片24構(gòu)成；渦輪包括渦輪轉(zhuǎn)子7和渦輪靜子8， 渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪靜子上分別是設(shè)置有渦輪轉(zhuǎn)子葉柵71和渦輪靜子葉柵81,渦輪 靜子8是利用斜切氣流偏轉(zhuǎn)膨脹的全進氣葉柵式收縮噴嘴；渦輪轉(zhuǎn)子7與誘導 輪l、離心輪2通過中心軸9固連，中心軸9通過軸承與殼體1連接，渦輪轉(zhuǎn)子 7設(shè)置在軸承的一端，誘導輪1和離心輪2設(shè)置在軸承的另一端；離心輪2的前 蓋板21和后蓋板22與殼體3間設(shè)置有密封用浮動環(huán)10;中心軸9和渦輪之間 的密封為彈簧式端面密封6，該彈簧式端面密封6包括設(shè)置在中心軸9上的動環(huán) 13以及設(shè)置在殼體3內(nèi)壁的靜環(huán)座15，靜環(huán)座15上設(shè)置有通過多個彈簧12施 壓的靜環(huán)14，動環(huán)13端面設(shè)置有與動環(huán)13摩擦接觸的石墨環(huán)11;空氣渦輪泵包括可供泵后浮動環(huán)泄漏煤油回流的內(nèi)回路18，該內(nèi)回路18的一端開口于中心 軸9和渦輪之間的彈簧式端面密封6處，另一端開口于殼體3進液口內(nèi)壁；浮 動環(huán)10泄漏的煤油對兩個軸承4-5、端面密封10潤滑冷卻后通過內(nèi)回路18回 到泵前。
本發(fā)明原理根據(jù)大空域?qū)採R赫數(shù)工作沖壓發(fā)動機特點，把原動機(空氣 渦輪)和執(zhí)行機(燃油泵)設(shè)計成同軸、兩端懸臂、背靠背的布局，泵采用軸 向進口可以和貯箱直接相連。泵設(shè)計成離心式葉輪前置變螺距誘導輪，使它兼 顧高揚程和高抗汽蝕性能，設(shè)計時兼顧小流量下的性能和大流量下的流通能力。 渦輪釆用全進氣葉柵式收縮噴嘴，氣流通過斜切膨脹，等通道沖擊式渦輪。高 揚程離心輪采用圓弧葉片，有6個長葉片和12個短葉片間隔布置。離心輪采用 由前蓋板和帶葉片的葉輪釬焊而成，材料為鍛鋁材料；在工作的高轉(zhuǎn)速下，離 心輪可以將低壓組元的揚程提高，滿足發(fā)動機的需要。離心輪前設(shè)置了變螺距 誘導輪，提高汽蝕性能。離心輪采用較多葉片數(shù)，減少小流量下的回流，提高 穩(wěn)定性。泵前后蓋板采用浮動環(huán)密封，具有自動定心作用，可靠性高。誘導輪 為變螺距形式，兩個葉片，采用鍛造鋁合金數(shù)控加工，其功用是在很低的入口 壓力下保證泵不發(fā)生汽蝕。本發(fā)明的渦輪靜子結(jié)構(gòu)，它的功用是將沖壓空氣的 內(nèi)能和壓力能轉(zhuǎn)化為高速動能，從而推動渦輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，渦輪轉(zhuǎn)子進而帶動泵 工作；渦輪靜子采用高溫合金精密鑄造。
權(quán)利要求
1、一種小型高速空氣渦輪泵，包括殼體以及設(shè)置在殼體內(nèi)的燃油泵、渦輪，所述燃油泵包括離心輪，所述渦輪包括渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪靜子，所述殼體前端設(shè)置有進液口，其后端設(shè)置有進氣口，其側(cè)面設(shè)置有出液口和出氣口，其特征在于所述渦輪靜子是利用斜切氣流偏轉(zhuǎn)膨脹的全進氣葉柵式收縮噴嘴。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型高速空氣渦輪泵，其特征在于所述渦輪轉(zhuǎn) 子與誘導輪、離心輪通過中心軸固連，所述中心軸通過軸承與殼體連接，所述 渦輪轉(zhuǎn)子設(shè)置在軸承的一端，所述誘導輪和離心輪設(shè)置在軸承的另一端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小型高速空氣渦輪泵，其特征在于所述離 心輪的前蓋板和后蓋板與殼體間設(shè)置有密封用浮動環(huán)；所述中心軸和渦輪之間 的密封為彈簧式端面密封，所述彈簧式端面密封包括設(shè)置在中心軸上的動環(huán)以 及設(shè)置在殼體內(nèi)壁的靜環(huán)座，所述靜環(huán)座上設(shè)置有通過多個彈簧施壓的靜環(huán)， 所述動環(huán)端面設(shè)置有與動環(huán)摩擦接觸的石墨環(huán)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的小型高速空氣渦輪泵，其特征在于所述離心輪由間隔布置的6個長葉片和12個短葉片構(gòu)成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的小型高速空氣渦輪泵，其特征在于所述離心輪的葉片為圓弧葉片。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的小型高速空氣渦輪泵，其特征在于所述燃油泵包括設(shè)置在離心輪前方的誘導輪。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的小型高速空氣渦輪泵，其特征在于所述誘導輪為變螺距誘導輪。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的小型高速空氣渦輪泵，其特征在于所述空氣渦輪泵包括可供泵后浮動環(huán)泄漏煤油回流的內(nèi)回路，所述內(nèi)回路的一端開口于中 心軸和渦輪之間的彈簧式端面密封處，另 一端開口于殼體進液口內(nèi)壁。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的小型高速空氣渦輪泵，其特征在于所述燃油泵包括設(shè)置在離心輪前方的誘導輪。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的小型高速空氣渦輪泵，其特征在于所述誘導輪為變螺距誘導輪。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種小型高速空氣渦輪泵，包括殼體以及設(shè)置在殼體內(nèi)的燃油泵、渦輪，所述燃油泵包括離心輪，所述渦輪包括渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪靜子，所述殼體前端設(shè)置有進液口，其后端設(shè)置有進氣口，其側(cè)面設(shè)置有出液口和出氣口，所述渦輪靜子是利用斜切氣流偏轉(zhuǎn)膨脹的全進氣葉柵式收縮噴嘴。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中空氣渦輪泵無法滿足小尺寸空間下使用要求的缺點，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、可大范圍連續(xù)變工況工作等的優(yōu)點。
文檔編號F04D29/28GK101446301SQ20081018500
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者嚴俊峰, 逯婉若 申請人:中國航天科技集團公司第六研究院第十一研究所