一种泵用导向器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种泵用导向器，适用于离心泵，其能够降低导向器的撞击损失，从而达到降低泵压力脉动，减小泵振动的目的。本发明的导向器为一个设置在叶轮出口的环形部件，该环形部件上包含有一组圆孔通道。本发明的导向器装置的实质在于，圆截面通道消除了叶片式导向器矩形通道特有的二次流，以及圆孔形通道在入口处自然形成的椭圆形入口边的后掠效应降低入口处的撞击损失。本发明的导向器显著降低了泵的振动量级，提高了泵性能和可靠性，可在类似的大尺寸高压泵中推广应用。
【专利说明】一种栗用导向器
【技术领域】
[0001]本发明属于旋转机械领域，更具体地讲，属于离心泵。
【背景技术】
[0002]泵出口部件用以汇集从叶轮流出的液体，并将液体的动能转变为压力能。当泵的扬程较高时，泵轮出口的压力和流速非常高，导向器的撞击损失和摩擦损失很大，同时并伴随较大的振动冲击。故对于大功率涡轮泵，必须选择具有较高性能的导向器结构。最好是采用无叶导向器，但是对于大功率泵这样会导致泵壳的厚度很厚，液体火箭发动机泵产品无法接受。一般在大功率涡轮泵上，为了提高泵壳强度降低重量，在出口部件内设置环列的叶片式导向器。
[0003]目前在液体火箭发动机离心泵上应用的叶片式导向器，其通道截面为矩形，从进口到出口通道截面面积逐渐增大。使用中发现其存在明显的缺点:1)由于叶片式导向器入口角是固定的，因而当泵的工况范围发生变动时，叶片入口处的攻角变化大，这样产生较大的冲击，引起泵的振动和脉动的增加，因而使泵的工作范围受到约束；2)叶片式导向器的通道截面是矩形，容易产生二次流损失和旋涡损失，因而效率水平不高。这些缺点导致涡轮泵振动、脉动量级偏大，影响产品的可靠性。
【发明内容】
[0004]为了解决现有的叶片式导向器泵的工作范围窄、振动脉动水平高的技术问题，本发明提供一种新型结构的泵用导向器，能够提高现有泵的性能，降低泵的脉动和振动水平。
[0005]实现本发明目的技术方案是:
[0006]一种泵用导向器，其特殊之处在于:包括一个围绕在叶轮出口的环形部件，所述环形部件上周向均布有多个通道，所述通道从环形部件的内表面径向延伸至外表面，相邻通道在靠近内表面的相交处形成椭圆形入口边6，相邻通道在靠近内表面的贯通处形成无叶导向段；
[0007]所述通道包括依次连接的直线段和扩口段，所述直线段的另一端朝向环形部件的内表面，所述扩口段的另一端朝向环形部件的外表面；
[0008]所有通道的中心线均相切于一个公共圆，所述公共圆的圆心在环形部件的中心轴线上，所述公共圆的直径Dt大于内表面的直径D4且小于外表面的直径D5。
[0009]上述通道的截面为圆形。
[0010]上述无叶导向段在靠近内表面的一端设置有锥形导向段5。
[0011]上述椭圆形入口边6要倒圆。
[0012]通道数目Zg在1-5谐波阶次下满足以下条件:krZ/Zg关m和(krZ± I)/Zg关m,式中为叶轮叶片频率的谐波阶次，m为任一整数，Z为叶轮叶片数。
[0013]上述直线段直径A的选取需保证速比(Cl/c2u)在0.5-0.8范围内，式中:Cl为直线段流速，C2u为叶轮出口绝对速度的圆周分量。[0014]上述直线段长度L= (0.3?0.6) 4，其中4为直线段直径。
[0015]上述扩口段的扩散锥角a为4°〈a〈12°。
[0016]上述环形部件的外表面上安装具有环形空间的集液器。
[0017]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0018]1、本发明设计的导向器装置通道的横截面为圆形，圆截面通道消除了传统叶片式导向器矩形通道特有的二次流；
[0019]2、本发明设计的导向器圆孔形通道在入口处相交，相交部位形成的椭圆形入口边在导向器流动方向形成后掠，入口边的后掠效应降低导向器入口撞击损失；
[0020]3、本发明提出的导向器使得壳体强度更高；
[0021]4、本发明提出的新结构泵用导向器的结构方案简单有效。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明泵用导向器的主视图；
[0023]图2是图1的I区局部放大图；
[0024]图3是图2的A-A剖视图；
[0025]其中附图标记为:1-内表面，2-外表面，3-直线段，4-扩口段，5-锥形导向段，6-椭圆形入口边。
【具体实施方式】
[0026]图1为本发明的泵用导向器装置的主视图，也是本发明的一个优选实施例。主要结构为一个紧紧围绕在叶轮出口的环形部件。在环形部件上设置通道作为导向器，在导向器的出口处是一个具有环形空间的集液器。环形部件包括:环内圆柱表面(内表面)1 ;环外圆柱表面(外表面)2 ；一组周向均布的从内表面基本上径向延伸至外表面的通道,通道的横截面为圆，通道的中心线为直线。导向器每个通道的尺寸沿叶轮出流方向是增大的，每个通道由入口圆柱段(直线段)3，出口圆锥段(扩口段)4的组合。通道的中心线都相切于一个公共圆Dt，相邻通道在靠近内圆柱面处相交从而相互贯通，形成一段无叶导向段，能够使得从叶轮外圆任何一个位置流出的流体，都能沿径向无阻碍的流动。通道的横截面形状为圆形，圆形截面的通道消除了传统叶片式导向器矩形通道特有的二次流。
[0027]如图3所示，导向器在无叶导向段上有一段锥形导向段5，以保证无叶导向段入口处的轴向尺寸与叶轮叶片出口轴向尺寸相匹配(略大一些，至少要相同)。
[0028]再如图1所示泵用导向器相邻通道在环形部件靠近内圆柱面处相交形成一个尖锐的椭圆形入口边6 (轮廓M，L，M’)，该入口边在导向器流动方向形成后掠。从叶轮流出的流体不在同一时刻接触导向器，在导向器中的这种延迟使得流体沿入口边逐步扩散，A 口边上任何一点都不会出现大的冲击，从而达到减振的目的。在大多数情况下，图1中通道入口边6 (轮廓M，L，M’)要倒圆，这样可提高产品强度，降低通道入口的水力损失。
[0029]从减小泵振动角度考虑，导向器通道数目Zg的选取应与叶轮叶片数z不发生耦合。导向器通道数目Zg在1-5谐波阶次需要满足条件式krZ/Zg古m和(krZ± I)/Zg古m,式中为叶片频率的谐波阶次，m为任一整数。
[0030]如图所示导向器直线段直径4决定了导向器的流动状态。从减小导向器内损失角度考虑，直线段直径4的选取需保证速比(C^C2u)在0.5~0.8范围内，式中:?为直线段流速，c2u为叶轮出口流速周向分量。
[0031]如图所示导向器直线段长度L的选取，从稳定流动角度考虑，一般取为L=(0.3~
0.6) dL。
[0032]如图所示，导向器扩散锥角a —般取为4° <a〈12°。
[0033]尽管对本实施例的上述描述和附图代表了本发明的优选方案，但是本领域技术人员可以根据不同的设计要求和设计参数在不偏离权利要求所界定的范围的情况下进行改进，因此，本发明是广泛的 。
【权利要求】
1.一种泵用导向器，其特征在于:包括一个围绕在叶轮出口的环形部件，所述环形部件上周向均布有多个通道，所述通道从环形部件的内表面径向延伸至外表面，相邻通道在靠近内表面的相交处形成椭圆形入口边，相邻通道在靠近内表面的贯通处形成无叶导向段； 所述通道包括依次连接的直线段和扩口段，所述直线段的另一端朝向环形部件的内表面，所述扩口段的另一端朝向环形部件的外表面； 所有通道的中心线均相切于一个公共圆，所述公共圆的圆心在环形部件的中心轴线上，所述公共圆的直径Dt大于内表面的直径D4且小于外表面的直径D5。
2.根据权利要求1所述的泵用导向器，其特征在于:所述通道的截面为圆形。
3.根据权利要求2所述的泵用导向器，其特征在于:所述无叶导向段在靠近内表面的一端设置有锥形导向段。
4.根据权利要求1-3之任一所述的泵用导向器，其特征在于:所述椭圆形入口边要倒圆。
5.根据权利要求4所述的泵用导向器，其特征在于:通道数目28在1-5谐波阶次下满足以下条件:krZ/Zg幸m和(krZ±l) /Zg幸m,式中:1^为叶轮叶片频率的谐波阶次，m为任一整数，Z为叶轮叶片数。
6.根据权利要求4所述的泵用导向器，其特征在于:所述直线段直径4的选取需保证速比(c^/C2u)在0.5-0.8范围内，式中:?为直线段流速，C2u为叶轮出口绝对速度的圆周分量。
7.根据权利要求4所述的 泵用导向器，其特征在于:所述直线段长度L=(0.3~0.6) dL,其中4为直线段直径。
8.根据权利要求4所述的泵用导向器，其特征在于:所述扩口段的扩散锥角a为4° <a <12°。
9.根据权利要求1所述的新型结构的泵用导向器，其特征在于:所述环形部件的外表面上安装具有环形空间的集液器。
【文档编号】F04D29/44GK103629157SQ201310636930
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】陈晖 , 李向阳, 李惠敏, 王文廷, 王晓锋, 韩飞, 苗旭升, 宣统, 李昌奂, 于晴, 李春乐, 毛凯, 张聃 申请人:中国航天科技集团公司第六研究院第十一研究所