[发明专利]一种带锥型轮毂的双叶轮串列泵

说明书

技术领域

本发明涉及一种水泵，特别涉及一种用锥形轮毂并置两个叶轮的水泵，属于水力机械领域。

背景技术

实现高速小型化一直是流体机械研究发展的趋势，在航空、航天和水中与水面兵器等高科技和关系国家安全的领域具有不可替代的意义。要实现高速小型化，从流体机械的流体动力设计方面，需要解决高负荷叶片的高效率设计问题，对于以液体为介质的流体机械——水力机械而言，还要解决因高负荷而带来的空化问题。应用多级形式是实现高效和高空化性能完成能量转换的方法之一。

现阶段，对于需要较大功率而又有空间限制的应用场合，通常采用双级轴流泵的技术方案。常规双级轴流泵如图1所示，包括轮毂、首级叶轮、首级导叶、次级叶轮、次级导叶。由于在首级叶轮和次级叶轮之间设置了首级导叶，使得泵的轴向尺寸延长、重量增大，从而无法满足对喷水推进系统重量和尺寸上的使用要求。因此，在空间受限或重量受限时，双级轴流泵的空间布置非常困难。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可大幅度减小轴向尺寸的水泵，并改善其工作性能。

本发明提供了一种带锥型轮毂的双叶轮串列泵，包括轮毂、首级叶轮、次级叶轮、导叶，与现有的双极轴流泵不同，本发明的首级叶轮、次级叶轮、导叶顺序设置在轮毂上，在首级叶轮和次级叶轮之间不设置导叶。由于本发明使用串列的布置形式，在首级叶轮和次级叶轮之间不设置导叶，可减小喷水推进系统的尺寸和重量。

本发明所述轮毂为变轮毂比的锥型轮毂。通常，轮毂比是根据比转速确定的。本发明采用的变轮毂比设计可以使得串列泵的扬程和效率有所提高。

首、次级叶轮安放角对串列泵的能量特性、空化性能曲线影响显著。由于泵的入口来流工况相对稳定，为了简化设计，首级叶轮设计成不可调式。考虑到串列泵首级叶轮和次级叶轮之间的影响，经过首级叶轮后的流动变化较为复杂，同时为了扩大泵的高效区，次级叶轮设计成可调叶轮，即叶片的安放角可以根据需要进行调节。

根据能量迭加原理，在忽略两级叶轮相互影响的情况下，串列泵两级叶轮提供的扬程之和为总扬程。串列泵通常扬程系数很高，在两级叶轮承担同等的扬程并且叶片数目相同的情况下，首级叶轮发生空化的危险大于次级叶轮。为此需要对叶轮的载荷进行适当的分配。为了减小首级叶轮发生空化的危险，载荷分配时适当减小了首级叶轮的负荷，这样较大限度的减小了首级叶轮发生空化的可能。同时由于保证总扬程的需要，在减少首级叶轮载荷的同时必然会引起次级叶轮载荷的增加。前后叶轮载荷的分配比例关系，尚没有比较明确的说法。考虑到前后叶轮比转速和叶片选择的需要，本发明确定了前后叶轮负荷之比为4∶6，即首级叶轮提供总扬程的40％，次级叶轮提供总扬程的60％。试验结果证明，本发明的流量与扬程曲线不再存在驼峰，扬程随流量的增加而单调变化，这对于推力调节具有重要的意义，而且本发明所产生的效率与流量曲线在很宽广的区域内具有几乎不变的效率，而不是像一般的泵一样高效区很窄。

有益效果

本发明使用串列的布置形式，可减小喷水推进系统的尺寸和重量。通过采用变轮毂比的锥型轮毂，并且将载荷在两个叶轮上优化匹配，改善了水泵的能量特性，实现了空化性能的提高。本发明具有流量大、结构紧凑、空间尺寸小、能量特性优、抗空化性能好等优点。

附图说明

图1是常规双级轴流泵结构图。

图2是双叶轮串列泵总体结构图；

图3是双叶轮串列泵轮毂图；

图4是首级叶轮轴面-平面投影图；

图5是首级叶轮轴测图；

图6是次级叶轮轴面-平面投影图；

图7是次级叶轮轴测图；

图8是导叶轴面-平面投影图；

图9是导叶轴测图。

其中，1为常规双级轴流泵首级叶轮，2为常规双级轴流泵首级导叶，3为常规双级轴流泵次级叶轮，4为常规双级轴流泵次级导叶，5为双叶轮串列泵首级叶轮，6为双叶轮串列泵次级叶轮，7为双叶轮串列泵导叶，8为双叶轮串列泵锥形扩散管，9为双叶轮串列泵导水锥。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本发明的优选实施方式。

图2是根据本发明实现的带锥型轮毂的双叶轮串列泵的总体结构图，它由以下五部分组成，5为首级叶轮，6为次级叶轮，7为导叶，8为锥形扩散管，9为导水锥。从图中可以看出，首级叶轮叶片数为3、次级叶轮叶片数为6、导叶叶片数为11，首级叶轮、次级叶轮变轮毂比。

图3是双叶轮串列泵轮毂图，从图中可以看出叶轮轮毂是锥型变轮毂比设计。首级叶轮安放角不可调、次级叶轮安放角可调。