專(zhuān)利名稱(chēng)：串列軸流式噴水推進(jìn)泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水力機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有高抗空化性能、高功率密度的串列軸流式噴水推進(jìn)泵。
背景技術(shù)：
以噴水推進(jìn)泵為核心部件的噴水推進(jìn)裝置，是船舶和水下航行器的重要推進(jìn)方 式，其基本原理是通過(guò)噴水推進(jìn)泵向與航行器運(yùn)動(dòng)的相反方向噴射高速水流，使船體在噴 射水流反作用力的推動(dòng)下前進(jìn)。與傳統(tǒng)的螺旋槳推進(jìn)技術(shù)相比，泵噴推進(jìn)技術(shù)具有抗空化 能力強(qiáng)、推進(jìn)效率高、振動(dòng)和噪聲水平低、操縱性能好及變工況適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的噴水推進(jìn)泵多采用混流式葉輪或低比轉(zhuǎn)速軸流式葉輪。為滿(mǎn)足航行器高速 行駛的需求，就需要噴水推進(jìn)泵提供大推力，即具備大功率、高功率密度等特點(diǎn)，但其推進(jìn) 泵結(jié)構(gòu)尺寸將大幅增加。受安裝空間的限制，在提高功率的同時(shí)，如何保證噴水推進(jìn)泵體積 不過(guò)分增加，是噴水推進(jìn)泵研究的關(guān)鍵問(wèn)題之一。增加轉(zhuǎn)速是提高推進(jìn)泵功率的有效途徑之一，但轉(zhuǎn)速提高將使葉輪內(nèi)相對(duì)速度增 大，使葉輪內(nèi)產(chǎn)生空化現(xiàn)象，并伴隨有噪聲及水力激振，嚴(yán)重影響推進(jìn)泵運(yùn)行的安全性和穩(wěn) 定性，同時(shí)還將引起推進(jìn)功率的下降。提高推進(jìn)泵推力和功率密度的另一種途徑是采用兩 級(jí)泵，通常采用兩級(jí)軸流泵，見(jiàn)圖1。通過(guò)第一級(jí)葉輪20做功后的高能流體流經(jīng)第一級(jí)導(dǎo) 葉21后，進(jìn)入第二級(jí)葉輪22，從第二級(jí)葉輪22獲得能量后再經(jīng)第二級(jí)導(dǎo)葉23和噴管?chē)姵觥?該類(lèi)推進(jìn)泵可以滿(mǎn)足大功率的需要，但因兩級(jí)葉輪后均配有導(dǎo)葉，其軸向尺寸過(guò)大，在實(shí)際 應(yīng)用中受到制約。目前，大推力和高功率密度的噴水推進(jìn)泵的設(shè)計(jì)，受到結(jié)構(gòu)尺寸要求和空化性能 要求的雙重制約，為此，需要提供一種串列軸流式噴水推進(jìn)泵以克服上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決高轉(zhuǎn)速、高功率密度情況下噴水推進(jìn)泵的空化問(wèn) 題，以擴(kuò)展噴水推進(jìn)泵的應(yīng)用范圍。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種依照本發(fā)明實(shí)施方式的串列軸流式噴水推進(jìn)泵， 其包括吸水彎管、泵軸、以及位于葉輪室內(nèi)的誘導(dǎo)輪和主葉輪，所述泵軸水平布置，所述誘 導(dǎo)輪和主葉輪通過(guò)鍵串聯(lián)固定在泵軸上，所述吸水彎管的出口連接所述誘導(dǎo)輪的入口，主 葉輪的出口依次連接整流器和噴管，吸水彎管的過(guò)流斷面面積沿流道中心線(xiàn)逐漸減小形成 收縮流道。優(yōu)選地，所述主葉輪具有主葉輪輪轂和主葉輪葉片，所述誘導(dǎo)輪具有誘導(dǎo)輪輪轂 和誘導(dǎo)輪葉片，所述主葉輪葉片的數(shù)目是所述誘導(dǎo)輪葉片的數(shù)目的兩倍。 優(yōu)選地，誘導(dǎo)輪葉片的數(shù)量為2 4枚，誘導(dǎo)輪與主葉輪的軸向間距為主葉輪直徑的0. 05 0. 1倍。優(yōu)選地，所述誘導(dǎo)輪輪轂和所述主葉輪輪轂沿圓周方向位置開(kāi)設(shè)有若干鍵槽，通 過(guò)改變鍵槽與所述泵軸的連接來(lái)調(diào)整誘導(dǎo)輪葉片和主葉輪葉片在圓周方向的相對(duì)位置。優(yōu)選地，所述主葉輪具有主葉輪葉柵，所述誘導(dǎo)輪具有誘導(dǎo)輪葉柵，所述主葉輪葉 柵和所述誘導(dǎo)輪葉柵均采用翼型設(shè)計(jì)。優(yōu)選地，在主葉輪葉片的二分之一葉高處，主葉輪葉柵與誘導(dǎo)輪葉柵的軸向間距 為 Dz = (0. 05 0. DD0優(yōu)選地，在主葉輪葉片的二分之一葉高處，相鄰的主葉輪葉柵的進(jìn)口與誘導(dǎo)輪葉 柵的出口的圓周方向間距為AS，Δ5 = —χ ^^ΙχΔ^
360 Iv 2 J其中，D為主葉輪外徑，dh為主葉輪輪轂的直徑，Δ θ為主葉輪葉片二分之一葉高 處誘導(dǎo)輪葉片的出口邊位置與主葉輪葉片的進(jìn)口邊位置所夾的圓周角。優(yōu)選地，所述誘導(dǎo)輪葉片的出口安放角與主葉輪葉片的進(jìn)口安放角之差的取值區(qū) 間為[-6°，+6° ]。優(yōu)選地，所述整流器設(shè)計(jì)為收縮流道。優(yōu)選地，所述整流器的內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)葉，所述導(dǎo)葉的葉片數(shù)目與主葉輪葉片的數(shù)目 互為質(zhì)數(shù)。優(yōu)選地，所述誘導(dǎo)輪與主葉輪之間設(shè)置有若干墊塊。(三)有益效果本發(fā)明的誘導(dǎo)輪與主葉輪形成串列結(jié)構(gòu)，通過(guò)吸入性能良好的誘導(dǎo)輪對(duì)流體增 壓，加壓后的流體進(jìn)入主葉輪，避免主葉輪內(nèi)空化的發(fā)生，解決了噴水推進(jìn)泵大推力、高速 運(yùn)行工況下的空化問(wèn)題，同時(shí)使推進(jìn)泵軸向尺寸緊湊。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的兩級(jí)軸流泵結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明串列軸流式噴水推進(jìn)泵的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明噴水推進(jìn)泵的誘導(dǎo)輪與主葉輪的串列結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明噴水推進(jìn)泵的誘導(dǎo)輪與主葉輪葉柵圓周方向相對(duì)位置示意圖；圖5是本發(fā)明噴水推進(jìn)泵的整流器示意圖。其中，1 吸水彎管；2 誘導(dǎo)輪；3 主葉輪；4 整流器；5 噴管；6 葉輪室；7 泵軸； 8 誘導(dǎo)輪輪轂；9 墊塊；10 主葉輪輪轂；11 主葉輪葉片；12 誘導(dǎo)輪葉片；13 主葉輪葉 柵；14 誘導(dǎo)輪葉柵；15 導(dǎo)水錐；16 導(dǎo)葉；20 第一級(jí)葉輪；21 第一級(jí)導(dǎo)葉；22 第二級(jí)葉 輪；23 第二級(jí)導(dǎo)葉。
具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施 例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。圖2、圖3所示為本發(fā)明的軸流式噴水推進(jìn)泵的一個(gè)實(shí)施例，包括吸水彎管1、由誘導(dǎo)輪2和主葉輪3組成的串列葉輪、整流器4、噴管5、葉輪室6和泵軸7。泵軸7水平布置， 誘導(dǎo)輪2和主葉輪3通過(guò)鍵固定在泵軸7上，誘導(dǎo)輪2和主葉輪3的軸向間距可通過(guò)墊塊9 來(lái)調(diào)整。主葉輪葉片11數(shù)目是誘導(dǎo)輪葉片12數(shù)目的2倍，使誘導(dǎo)輪2與主葉輪3組成的 串列葉柵在圓周方向具有對(duì)稱(chēng)性。誘導(dǎo)輪葉片12采用高空化性能的翼型設(shè)計(jì)，主葉輪葉片 11采用高能量特性的翼型設(shè)計(jì)。在相同半徑位置，誘導(dǎo)輪葉片12的出口安放角與主葉輪葉 片11的進(jìn)口安放角之差的取值區(qū)間為[-6°，+6° ]，保證了串列葉輪內(nèi)液流的平順過(guò)渡。誘導(dǎo)輪輪轂8和主葉輪輪轂10上不同圓周方向位置開(kāi)設(shè)有多個(gè)鍵槽，通過(guò)改變鍵 槽與泵軸7的連接，可以調(diào)整誘導(dǎo)輪葉片12與主葉輪葉片11在圓周方向的相對(duì)位置。如 圖4所示，在主葉輪葉片11的二分之一葉高處，主葉輪葉柵13與誘導(dǎo)輪葉柵14的軸向間 距為Dz，其值為(0. 05 0. 1)D，相鄰的主葉輪葉柵翼型進(jìn)口與誘導(dǎo)輪葉柵翼型出口的圓周 方向間距為Δ S，=
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其中，D為主葉輪外徑，dh為主葉輪輪轂10的直徑，Δ θ為主葉輪葉片11 二分之 一葉高處誘導(dǎo)輪葉片12的出口邊位置與主葉輪葉片11的進(jìn)口邊位置所夾的圓周角。如圖5所示，整流器4為收縮流道，內(nèi)設(shè)有導(dǎo)水錐15和導(dǎo)葉16。導(dǎo)葉16數(shù)目與主 葉輪葉片11數(shù)目互為質(zhì)數(shù)，避免了主葉輪葉片11與導(dǎo)葉16由于動(dòng)靜干涉出現(xiàn)共振頻率。 導(dǎo)葉16可收集流出主葉輪的流體，進(jìn)一步消除流體的圓周方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在噴管5形成高 速軸向射流。本發(fā)明由于采用了誘導(dǎo)輪與主葉輪的串列結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)兩級(jí)軸流泵結(jié)構(gòu)相比，省 去了第一級(jí)導(dǎo)葉，可有效減小系統(tǒng)軸向尺寸，使結(jié)構(gòu)緊湊，而且安裝方便。誘導(dǎo)輪葉片出口 安放角與主葉輪進(jìn)口安放角的合理匹配，保證了串列葉輪內(nèi)流動(dòng)的平順過(guò)渡，可有效減少 泵內(nèi)液流沖擊，降低壓力脈動(dòng)對(duì)水泵性能的影響。另外，本發(fā)明的誘導(dǎo)輪具有良好的抗空化性能，經(jīng)誘導(dǎo)輪初步增壓后的流體進(jìn)入 主葉輪，避免了在主葉輪內(nèi)出現(xiàn)空化現(xiàn)象。因此，本發(fā)明采用的串列葉輪形式，可解決高轉(zhuǎn) 速、高功率密度工況噴水推進(jìn)泵的空化問(wèn)題，具有廣闊應(yīng)用前景。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種串列軸流式噴水推進(jìn)泵，其特征在于，所述噴水推進(jìn)泵包括吸水彎管(1)、泵軸(7)、葉輪室(6)以及位于葉輪室(6)內(nèi)的誘導(dǎo)輪(2)和主葉輪(3)，所述泵軸(7)水平布置，所述誘導(dǎo)輪(2)和主葉輪(3)通過(guò)鍵串聯(lián)固定在泵軸(7)上，所述吸水彎管(1)的出口連接所述誘導(dǎo)輪(2)的入口，主葉輪(3)的出口依次連接有整流器(4)和噴管(5)，吸水彎管(1)的過(guò)流斷面面積沿流道中心線(xiàn)逐漸減小，形成收縮流道。
2.如權(quán)利要求1所述的串列軸流式噴水推進(jìn)泵，其特征在于，所述主葉輪(3)具有主葉 輪輪轂(10)和主葉輪葉片(11)，所述誘導(dǎo)輪⑵具有誘導(dǎo)輪輪轂⑶和誘導(dǎo)輪葉片(12)， 所述主葉輪葉片(11)的數(shù)目是所述誘導(dǎo)輪葉片(12)的數(shù)目的兩倍。
3.如權(quán)利要求2所述的串列軸流式噴水推進(jìn)泵，其特征在于，誘導(dǎo)輪葉片(12)的數(shù)目 為2 4枚，誘導(dǎo)輪⑵與主葉輪(3)的軸向間距為主葉輪(3)直徑的0. 05 0. 1倍。
4.如權(quán)利要求3所述的串列軸流式噴水推進(jìn)泵，其特征在于，所述誘導(dǎo)輪輪轂(8)和所 述主葉輪輪轂(10)沿圓周方向位置開(kāi)設(shè)有若干鍵槽，通過(guò)改變鍵槽與所述泵軸(7)的連接 來(lái)調(diào)整誘導(dǎo)輪葉片(12)和主葉輪葉片(11)在圓周方向的相對(duì)位置。
5.如權(quán)利要求2所述的串列軸流式噴水推進(jìn)泵，其特征在于，所述主葉輪(3)具有主葉 輪葉柵(13)，所述誘導(dǎo)輪⑵具有誘導(dǎo)輪葉柵(14)，所述主葉輪葉柵(13)由高能量性能的 翼型組成，所述誘導(dǎo)輪葉柵(14)由高空化性能的翼型組成。
6.如權(quán)利要求5所述的串列軸流式噴水推進(jìn)泵，其特征在于，在主葉輪葉片(11)的二 分之一葉高處，主葉輪葉柵(13)與誘導(dǎo)輪葉柵(14)的軸向間距為Dz= (0.05 0. 1)D，其 中，D為主葉輪外徑。
7.如權(quán)利要求6所述的串列軸流式噴水推進(jìn)泵，其特征在于，在主葉輪葉片(11)的二 分之一葉高處，相鄰的主葉輪葉柵(13)的進(jìn)口與誘導(dǎo)輪葉柵(14)的出口的圓周方向間距 為AS，<formula>formula see original document page 2</formula>其中，D為主葉輪外徑，dh為主葉輪輪轂(10)的直徑，A 0為主葉輪葉片(11) 二分之 一葉高處誘導(dǎo)輪葉片(12)的出口邊位置與主葉輪葉片(11)的進(jìn)口邊位置所夾的圓周角。
8.如權(quán)利要求7所述的串列軸流式噴水推進(jìn)泵，其特征在于，所述誘導(dǎo)輪葉片(12)的 出口安放角與主葉輪葉片(11)的進(jìn)口安放角之差的取值區(qū)間為[-6°，+6° ]。
9.如權(quán)利要求1所述的串列軸流式噴水推進(jìn)泵，其特征在于，所述整流器(4)設(shè)計(jì)為收 縮流道。
10.如權(quán)利要求8所述的串列軸流式噴水推進(jìn)泵，其特征在于，所述整流器(4)的內(nèi)部 設(shè)有導(dǎo)葉(16)，所述導(dǎo)葉(16)的葉片數(shù)目與主葉輪葉片(11)的數(shù)目互為質(zhì)數(shù)。
11.如權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述的串列軸流式噴水推進(jìn)泵，其特征在于，所述誘導(dǎo)輪 (2)與主葉輪(3)之間設(shè)置有若干墊塊(9)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種串列軸流式噴水推進(jìn)泵，其包括吸水彎管(1)、泵軸(7)、葉輪室(6)以及位于葉輪室(6)內(nèi)的誘導(dǎo)輪(2)和主葉輪(3)，所述泵軸(7)水平布置，所述誘導(dǎo)輪(2)和主葉輪(3)通過(guò)鍵串聯(lián)固定在泵軸(7)上，所述吸水彎管(1)的出口連接所述誘導(dǎo)輪(2)的入口，主葉輪(3)的出口依次連接整流器(4)和噴管(5)，吸水彎管(1)的過(guò)流斷面面積沿流道中心線(xiàn)逐漸減小形成收縮流道。本發(fā)明避免了主葉輪內(nèi)空化的發(fā)生，解決了噴水推進(jìn)泵大推力、高速運(yùn)行工況下的空化問(wèn)題，同時(shí)使推進(jìn)泵軸向尺寸緊湊。
文檔編號(hào)F04D3/00GK101830278SQ20101017624
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者嚴(yán)海軍, 王福軍, 黎耀軍 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)