叶轮，包括该叶轮的离心泵，和包括该离心泵的飞行器燃料系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及叶轮，包括该叶轮的离心泵，和包括该离心泵的飞行器燃料系统。提供了叶轮，离心泵和飞行器燃料系统。叶轮包括中心毂，其沿着叶轮的旋转轴线设置并限定轴向圆孔，该轴向圆孔沿着旋转轴线延伸通过该中心毂的至少一部分。中心毂还限定在中心毂的前端处通向轴向圆孔的开口。叶轮还包括叶轮部分，该叶轮部分与前端分隔开并包括至少一个固定到中心毂的叶轮叶片。叶轮还包括导流部分，其设置在中心毂的前端和叶轮部分之间，导流部分包括至少一个沿着中心毂的外表面延伸的导流器叶片。中心毂限定至少一个径向孔，该径向孔在导流部分中与轴向圆孔流体连通。
【专利说明】叶轮，包括该叶轮的离心泵，和包括该离心泵的飞行器燃料系统
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及离心泵的叶轮，包括该叶轮的离心泵，和包括该离心泵的飞行器燃料系统。具体地，本发明涉及最大化离心泵效率的叶轮，尤其是在流体输入具有汽化流体和液体流体的情况下，包括该叶轮的离心泵，和包括该离心泵的飞行器燃料系统。
【背景技术】
[0002]典型的燃气涡轮发动机燃料供应系统包括燃料源，例如，燃料箱，和一个或多个泵，这些泵从燃料箱抽取燃料并将加压的燃料通过主供应管线传递到发动机燃烧室内的燃料歧管和燃料喷嘴。这些泵可包括飞行器或箱液面泵、增压泵、和高压泵。增压泵通常是离心泵而高压泵通常是齿轮泵，但是在一些应用中高压泵也可能是离心泵。
[0003]离心泵通常包括泵壳体，其带有进入泵壳体的流体进口。叶轮可旋转地设置在泵壳体内以加压流体，并且叶轮通常由发动机齿轮箱驱动。叶轮以高速旋转从而吸入流体并加压给流体。加压流体被导向泵出口。在飞行器燃料系统中，加压流体是燃料并且加压流体被从离心泵提供到高压泵和/或提供到主供应管线。
[0004]通常期望最大化加压流体的压力，或最大化离心泵在加压飞行器燃料系统中的燃料方面的效率。在某些操作条件下，例如与飞行器内的燃气涡轮发动机所操作时的高海拔相关联的低大气压力下，离心泵可能以低燃料进口压力操作。在低燃料进口压力下，大量汽化燃料可在燃料进口与液体燃料共存并可能导致燃料的非高效加压。结果，不足的压力可能基于在燃料进口处的大量汽化燃料而在加压燃料内被实现，或者加压可能是低效的。
[0005]虽然已经做出努力来在燃气涡轮发动机的离心泵的燃料进口处分离汽化燃料和液体燃料，这种努力经常导致汽化燃料的损失或汽化燃料被导出离心泵，由此要求处理汽化燃料的辅助机构。
[0006]因此，期望提供离心泵，其在低压导致在通向离心泵的流体进口中存在大量汽化燃料的条件下最大化加压燃料，或由离心泵加压的任何液体的效率。还期望提供离心泵，其最大化加压液体的效率，但不需要将汽化液体导出离心泵。另外，本发明的其它令人满意的特征和特点将从下面对本发明的具体描述和所附的权利要求并结合附图以及本发明的该【背景技术】而变得易于理解。
【发明内容】
[0007]离心泵的叶轮，包括该叶轮的离心泵，和包括该离心泵的飞行器燃料系统在本文中被提供。在实施例中，叶轮包括中心毂，其沿着叶轮的旋转轴线设置并限定轴向圆孔，该轴向圆孔沿着旋转轴线延伸通过该中心毂的至少一部分。中心毂还限定在中心毂的前端处通向轴向圆孔的开口。叶轮还包括叶轮部分，该叶轮部分包括至少一个固定到中心毂的叶轮叶片。叶轮部分与中心毂的前端分隔开。叶轮还包括导流部分，其设置在中心毂的前端和叶轮部分之间。导流部分包括至少一个导流器叶片，该导流器叶片沿着中心毂的外表面延伸。中心毂限定在导流部分中的至少一个径向孔。该至少一个径向孔与轴向圆孔流体连通以便于流体从邻近至少一个导流器叶片流入轴向圆孔。
[0008]在另一实施例中，离心泵包括泵壳体，泵壳体包括流体进口和流体出口。叶轮被设置在壳体内并且绕旋转轴线可旋转。叶轮包括中心毂，其沿着叶轮的旋转轴线设置并限定轴向圆孔，该轴向圆孔沿着旋转轴线延伸通过该中心毂的至少一部分。中心毂还限定在中心毂的前端处通向轴向圆孔的开口。叶轮还包括叶轮部分，该叶轮部分包括至少一个固定到中心毂的叶轮叶片。叶轮部分与中心毂的前端分隔开。叶轮还包括导流部分，其设置在中心毂的前端和叶轮部分之间。导流部分包括至少一个导流器叶片，该导流器叶片沿着中心毂的外表面延伸。中心毂限定在导流部分中的至少一个径向孔。该至少一个径向孔与轴向圆孔流体连通以便于流体从邻近至少一个导流器叶片流入轴向圆孔。
[0009]在另一实施例中，飞行器燃料系统包括燃料箱、离心泵和主燃料管线。离心泵与燃料箱流体连通以从燃料箱接收燃料。主燃料管线与离心泵流体连通以从离心泵接收加压燃料。离心泵包括泵壳体，泵壳体包括流体进口和流体出口。叶轮被设置在壳体内并且绕旋转轴线可旋转。叶轮包括中心毂，其沿着叶轮的旋转轴线设置并限定轴向圆孔，该轴向圆孔沿着旋转轴线延伸通过该中心毂的至少一部分。中心毂还限定在中心毂的前端处通向轴向圆孔的开口。叶轮还包括叶轮部分，该叶轮部分包括至少一个固定到中心毂的叶轮叶片。叶轮部分与中心毂的前端分隔开。叶轮还包括导流部分，其设置在中心毂的前端和叶轮部分之间。导流部分包括至少一个导流器叶片，该导流器叶片沿着中心毂的外表面延伸。中心毂限定在导流部分中的至少一个径向孔。该至少一个径向孔与轴向圆孔流体连通以便于流体从邻近至少一个导流器叶片流入轴向圆孔。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]此后将结合下面的附图描述本发明，其中相同的附图标记表示相同的元件；并且其中:
图1是根据实施例的包括离心泵、齿轮泵和主燃料管线的飞行器燃料系统的示意图；图2是根据实施例的离心泵的剖面侧视图，离心泵包括叶轮，叶轮具有中心毂，中心毂限定了轴向圆孔并且还限定了多个径向孔，该径向孔与轴向圆孔流体连通；以及图3是图2的叶轮的侧视图。
【具体实施方式】
[0011]下面的具体描述本质上仅仅是示例性的，并非用于限定本发明、其应用或使用。而且，并不意在受在前面的【背景技术】或者后面的【具体实施方式】中出现的任何理论的约束。
[0012]叶轮，包括该叶轮的离心泵，和包括该离心泵的飞行器燃料系统在本文中被提供。叶轮最大化离心泵效率，尤其是在流体输入具有高汽化流体含量时，这通过分离在叶轮的导流部分中行进通过叶轮的至少一些汽化流体并且通过将该汽化流体通过叶轮的中心毂返回到上游来实现。通过分离至少一些汽化流体并且返回该汽化流体到上游，更高比例的液体最终存在于被叶轮加压的流体中。因为要被加压的流体中的更高的液体-蒸汽含量对应更高的泵效率，所以泵效率被通过采用本文描述的叶轮最大化。而且，一旦汽化流体被传递到上游，并且无需受任何特定理论的约束，压力作用可能实现一部分的汽化流体被压缩并凝结，以由此增加进入叶轮的流体输入中的液体-汽化流体比。
[0013]叶轮和离心泵可被采用以泵送任何类型的流体，但是尤其适合于泵送具有高汽化流体含量的流体。例如，如图1中所示，离心泵10可被包括作为飞行器燃料系统12的一部分并且由于与飞行器燃料系统在飞行中操作时的高海拔相关联的低大气压力而提供特别的益处，该低大气压力导致低燃料进口压力和在燃料进口 13处的大量汽化燃料。如在图1中所示，示例性飞行器燃料系统12包括离心泵10和燃料箱14，并且可还包括齿轮泵16。离心泵10与燃料箱14流体连通以从燃料箱14接收燃料。飞行器燃料系统12还包括主燃料管线18，其与离心泵10流体连通以从离心泵接收加压燃料。在实施例中，如图1所示，齿轮泵16存在并与离心泵10流体连通以从离心泵10接收加压燃料并用于进一步加压加压燃料，燃料过滤器20可选地被设置在离心泵10和齿轮泵16之间。在这个实施例中，离心泵10用作增压泵以加压到齿轮泵16的燃料从而最小化在齿轮泵16操作期间的空化，并且离心泵10也可被采用以维持主燃料管线18中的恒定压力。因此，虽然离心泵10在这个实施例与主燃料管线18流体连通，但齿轮泵16被设置在离心泵10和主燃料管线18之间以在引入主燃料管线18之前进一步加压燃料。在另一实施例中，虽然未示出，离心泵10是仅有的加压燃料的泵，即，齿轮泵16可被从飞行器燃料系统12省略。计量流动阀22可被设置在离心泵10之后，并且当存在时，在主燃料管线18中的齿轮泵16之前以控制从飞行器燃料系统12出来的燃料流，并且计量流动阀22可由飞行器的计算机控制模块24控制。旁通阀23可被设置在主燃料管线18内并在计量流动阀22之前且，当存在时，在齿轮泵16之后。
[0014]现在参照图2，这更具体地示出了离心泵10的示例性实施例，离心泵10包括泵壳体26，其包括流体进口 28和流体出口 30。在本文被使用时，流体进口 28指的是在泵壳体26内的在流体接触导流器叶片(下面会更详细描述)之前限定流体流动路径的区域。叶轮32被设置在泵壳体26内并且绕旋转轴线34可旋转。离心泵10还包括驱动轴35，其被固定到叶轮32以使叶轮32绕旋转轴线34旋转。驱动轴35可以是与另一泵的公共驱动轴35，例如如图1所示的齿轮泵16。
[0015]参照图2和3，叶轮32包括中心毂36，其沿着叶轮32的旋转轴线34设置。中心毂36包括前端38，其紧邻离心泵10的流体进口 28，以及后端40，其沿通过离心泵10的预期流体流42的方向在前端38的下游。如在图2中所示，中心毂36限定了轴向圆孔46，其沿着旋转轴线34延伸通过中心毂36的至少一部分。中心毂36还限定了在中心毂36的前端38处通向轴向圆孔46的开口 48。在实施例中，通向轴向圆孔46的开口 48被沿着旋转轴线34限定使得开口 48和轴向圆孔46与通过离心泵10的预期流体流42对准。
[0016]叶轮32还包括导流部分50和叶轮部分52。导流部分50设置在中心毂36的前端38和叶轮部分52之间，并且叶轮部分52与中心毂36的前端38分隔开。导流部分50包括至少一个导流器叶片54，用于将流体吸入叶轮32并实现流体中的稍微压力升高以为在叶轮部分52内加压流体做准备。为本文中的目的，导流部分50在中心毂36的前端38处开始并且终止于平面56，该平面56穿过中心毂36和相对于中心毂36的前端38的最后面的导流器叶片54的末端边缘。还是为了本文中的目的，叶轮部分52在导流部分50后立即开始。
[0017]导流部分50的至少一个导流器叶片54沿着中心毂36的外表面58以在叶轮32绕旋转轴线34旋转时适合将流体吸入离心泵10的构造延伸。在实施例中，如最佳在图3所示，至少一个导流器叶片54是螺旋形叶片，其围绕着中心毂36的圆周从邻近前端38朝向叶轮部分52缠绕。至少一个导流器叶片54可包括至少两个导流器叶片54，这些导流器叶片54以彼此平行地关系延伸从而限定在至少两个导流器叶片54之间的流体通道60。替换地，尽管未示出，流体通道60可由单个导流器叶片54限定，当单个导流器叶片54围绕中心毂36缠绕时，单个导流器叶片54的邻近部分限定流体通道60。导流器叶片54每一个都具有前导流器叶片壁62，其基本上面对中心毂36的前端38并代表在操作中的导流器叶片54的相对低压侧66，以及后导流器叶片壁64，这基本上面对叶轮部分52并代表在操作期间的导流器叶片54的高压侧68。流体通道60由前导流器叶片壁62和后导流器叶片壁64限定，并且在操作期间，后导流器叶片壁64基本上接触流体并将流体流42沿着螺旋路径引导，更轻的成分，例如汽化流体，在螺旋路径内靠内迁徙而更重的成分，例如液体，在螺旋路径内靠外迁徙。
[0018]如图2和3所示，叶轮部分52包括至少一个叶轮叶片33，其被固定到中心毂36并且适合于进一步加压进入叶轮部分52的流体。在这个实施例中，叶轮部分52适合于相对于旋转轴线34径向地引导流体流。泵壳体26中的流体出口 30被设置成邻近至少一个叶轮叶片33并在该叶轮叶片33径向外侧，以收集来自叶轮部分52的径向流体流并将该流体流传递出离心泵10。
[0019]如图2和3所示，叶轮32的中心毂36限定了导流部分50中的至少一个径向孔70，该至少一个径向孔70相对于旋转轴线34径向延伸。该至少一个径向孔70与轴向圆孔46流体连通以便于流体从邻近至少一个导流器叶片54流入轴向圆孔46。不受任何特定理论的约束，相信在叶轮32的操作期间，在进入叶轮32的流体输入具有汽化流体含量的条件下，更轻的汽化流体朝着中心毂36靠内地迁徙，而流体输入中的更重的液体相对于中心毂36靠外地迁徙。由于导流部分50中的至少一个径向孔70的存在，并由于从中心毂36的前端38朝向叶轮部分52增加压力，汽化流体被通过至少一个径向孔70虹吸入轴向圆孔46，由此增加要被传向叶轮部分52的液体与汽化流体比，其中汽化流体的存在与在叶轮部分52中相比对泵效率的影响更大。通过轴向圆孔46的流体流被限制到在中心毂36的前端38的至少一个径向孔70和开口 48。在这方面，至少一个径向孔70和轴向圆孔46便于被分离的汽化流体从离心泵10内的下游位置返回到上游位置。一旦汽化流体被引入到轴向圆孔46中，相信由中心毂36的前端38处的流体输入对轴向圆孔46中的汽化流体的压力影响能实现一部分的汽化流体被凝结以由此增加进入叶轮32的流体输入的液体含量。
[0020]在实施例中，至少一个径向孔70包括多个径向孔70，这些径向孔70沿着中心毂36并沿着旋转轴线34的方向间隔开。不过，意识到，径向孔70的数量和径向孔70的总表面积取决于基于目的流体类型、叶轮32的操作速度、叶轮32的尺寸、和影响通过叶轮32的流体的流动动力学的其它因素的设计考虑因素。关于至少一个径向孔70的位置的考虑因素可影响通过该至少一个径向孔70的汽化流体的虹吸。因为汽化流体对泵效率的影响在叶轮部分52比在导流部分50中更大，在实施例中，至少一个径向孔70仅被限定在导流部分50中而中心毂36在导流部分50的外侧没有径向孔70以最大化汽化流体在导流部分50中的虹吸。在又一实施例中，至少一个径向孔70被限定为邻近至少一个导流器叶片54的低压侧66。例如，如上所述，低压侧66可被定位成邻近前导流器叶片壁62。为本文的目的，低压侧66指的是流体通道60的相比后导流器叶片壁64更紧靠前导流器叶片壁62的区域。在这个实施例中，至少一个径向孔70被限定在至少两个导流器叶片54之间，位于流体通道60中，并且至少一个径向孔70被限定为相比另一导流器叶片54的限定流体通道60的后导流器叶片壁64更紧靠流体通道60中的前导流器叶片壁62。以这种方式，至少一个径向孔70被定位在汽化流体在叶轮部分52内很可能集中的位置，同时最小化流过叶轮32的流体中的液体的虹吸。在又一实施例中，至少一个径向孔70被限定为相比中心毂36的前端38更紧靠叶轮部分52，这可最大化通过至少一个径向孔70的进入轴向圆孔46的虹吸，这是由于当流体行进通过导流部分50时该流体内的逐渐增加的压力。逐渐增加的压力建立了在中心毂36的前端38处的流体输入和邻近至少一个径向孔70地经过的流体之间的更大的压力差，由此促进通过至少一个径向孔70的汽化流体的更大虹吸。
[0021]由于在中心毂36中存在至少一个径向孔70和轴向圆孔46，从导流部分50继续到叶轮部分52的流体具有比原本在不存在这些特征时存在的液体-汽化流体比更高的液体-汽化流体比，由此能实现在叶轮部分52中对流体的更高效地加压，即使是在流体在流体进口 28处具有高汽化流体含量的条件下。
[0022]参照图2，在实施例中，叶轮32还限定从中心毂36的后端40延伸向前端38以接收驱动轴35的驱动轴圆孔72。驱动轴圆孔72通过紧固壁74与轴向圆孔46隔离开，并且离心泵10的驱动轴35被紧固到紧固壁。
[0023]虽然已经在本发明的前面的具体描述中给出了至少一个示例性实施例，但应当意识到存在大量的变型。还应意识到，一个或多个示例性实施例仅为示例，并且决不是用来限制本发明的范围、应用性、或构造。更确切地说，前面的具体描述将给本领域技术人员提供用于实施本发明的示例性实施例的方便的路线图。应当理解的是，可在示例性实施例中描述的元件的功能和布置方面进行各种改变，而不超出由所附权利要求限定的本发明的范围。
【权利要求】
1.一种用于离心泵的叶轮，所述叶轮包括: 中心毂，其沿着旋转轴线被设置并限定轴向圆孔，该轴向圆孔沿着该旋转轴线延伸通过该中心毂的至少一部分，中心毂还限定在中心毂的前端处的通向轴向圆孔的开口 ； 叶轮部分，包括至少一个叶轮叶片，该叶轮叶片固定到中心毂，其中叶轮部分与中心毂的前端分隔开；以及 导流部分，其设置在中心毂的前端和叶轮部分之间，导流部分包括至少一个沿着中心毂的外表面延伸的导流器叶片； 其中中心毂限定至少一个径向孔，该径向孔在导流部分内并与轴向圆孔流体连通以便于流体从邻近至少一个导流器叶片流入轴向圆孔。
2.如权利要求1所述的叶轮，其中至少一个径向孔被限定成邻近至少一个导流器叶片的低压侧。
3.如权利要求1所述的叶轮，其中至少一个导流器叶片还被限定为螺旋叶片，其围绕着中心毂的圆周从邻近前端向叶轮部分缠绕。
4.如权利要求1所述的叶轮，其中至少一个导流器叶片包括至少两个导流器叶片，该至少两个导流器叶片以彼此平行的关系延伸从而限定它们之间的流体通道。
5.如权利要求4所述的叶轮，其中至少一个径向孔被限定在至少两个导流器叶片之间。
6.如权利要求4所述的叶轮，其中流体通道由相对于中心毂的前端的前导流器叶片壁和后导流器叶片壁限定。
7.如权利要求6所述的叶轮，其中至少一个径向孔被限定在至少两个导流器叶片之间，相比前导流器叶片壁更紧靠流体通道中的后导流器叶片壁。
8.如权利要求1所述的叶轮，其中至少一个径向孔被限定为相比前端更紧靠叶轮部分。
9.如权利要求1所述的叶轮，其中中心毂在导流部分之外没有径向孔。
10.如权利要求1所述的叶轮，其中至少一个径向孔包括沿着中心毂间隔开的多个径向孔。
11.如权利要求1所述的叶轮，其中通过轴向圆孔的流体流被限制到至少一个径向孔和在中心毂的前端处的开口。
12.如权利要求1所述的叶轮，其中通向轴向圆孔的开口被沿着旋转轴线限定。
13.如权利要求1所述的叶轮，其中叶轮部分适合于相对于旋转轴线径向地引导流体流。
14.一种离心泵，包括: 泵壳体，包括流体进口和流体出口 ；以及 叶轮，其设置在泵壳体内并可绕旋转轴线旋转，叶轮包括: 中心毂，其沿着旋转轴线被设置并限定轴向圆孔，该轴向圆孔沿着该旋转轴线延伸通过该中心毂的至少一部分，中心毂还限定在中心毂的前端处的通向轴向圆孔的开口 ； 叶轮部分，包括至少一个叶轮叶片，该叶轮叶片固定到中心毂，其中叶轮部分与中心毂的前端分隔开；以及 导流部分，其设置在中心毂的前端和叶轮部分之间，导流部分包括至少一个沿着中心毂的外表面延伸的导流器叶片； 其中中心毂限定至少一个径向孔，该径向孔在导流部分内并与轴向圆孔流体连通以便于流体从邻近至少一个导流器叶片流入轴向圆孔。
15.—种飞行器燃料系统,包括: 燃料箱； 离心泵，其与燃料箱流体连通以从燃料箱接收燃料，离心泵包括: 泵壳体，包括流体进口和流体出口 ；以及 叶轮，其设置在泵壳体内并可绕旋转轴线旋转，叶轮包括: 中心毂，其沿着旋转轴线被设置并限定轴向圆孔，该轴向圆孔沿着该旋转轴线延伸通过该中心毂的至少一部分，中心毂还限定在中心毂的前端处的通向轴向圆孔的开口 ； 叶轮部分，包括至少一个叶轮叶片，该叶轮叶片固定到中心毂，其中叶轮部分与中心毂的前端分隔开； 导流部分，其设置在中心毂的前端和叶轮部分之间，导流部分包括至少一个沿着中心毂的外表面延伸的导流器叶片； 其中中心毂限定至少一个径向孔，该径向孔在导流部分内并与轴向圆孔流体连通以便于流体从邻近至少一个导流器叶片流入轴向圆孔；以及 主燃料管线，其与离心泵流体 连通以从离心泵接收加压燃料。
【文档编号】F04D29/22GK103470531SQ201310218224
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年6月4日 优先权日:2012年6月5日
【发明者】S.A.路易斯 申请人:霍尼韦尔国际公司