[發明專利]泵送元件設計

有效

• 申請號: 201080069026.1
• 申請日: 2010-09-10
• 公開（公告）號: CN103080561A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: K.J.倫德;S.Y.孟
• 申請（專利權）人: 普拉特及惠特尼火箭達因公司
• 主分類號: F04D29/24
• 分類號: F04D29/24;F04D29/66
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李晨;楊炯

技術領域

本公開涉及泵送元件，并且更具體地涉及泵送元件的設計方法。

背景技術

流體泵包括軸流泵和離心流泵。過去的設計做法通常實現了所要求的抽吸性能，但具有一些氣蝕引起的不穩定性。典型的已有設計做法（例如增加的尖端間隙、殼體處理和尖端渦流抑制）在最小化氣蝕引起的不穩定性方面成果有限，但是卻常常導致抽吸性能容量降低。

附圖說明

本領域技術人員從所公開的非限制性實施例的以下詳細描述將會明白各種特征。詳細描述的附圖可簡要介紹如下：

圖1是葉片前緣的發展視圖；

圖2是泵送元件設計喉部厚度和氣蝕區高度的相關技術的圖形表示；并且

圖3是根據本申請一個非限制性實施例的泵送元件前緣設計方法的圖形表示。

具體實施方式

參照圖1，示出了泵送元件、導流輪、葉輪的葉片20的示意圖。當靜態壓力減小到低于流體蒸氣壓力的值時，在泵元件上出現氣蝕。在流體力學中已知會出現多種類型的氣蝕。

等式1所示的流量系數Φ限定了子午速度C_m、葉片速度U、葉片角β以及入射角α之間的關系

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與常規方法相反，本文公開的設計原理將葉片角β的值約束為入射角α的函數以使入射角基本為獨立的變量，常規方法將入射角考慮為從屬變量。在Stripling（1962）、Japikse（2001）以及Hashimoto（1997）中給出的信息代表了用于選擇葉片角β和入射角α的常規設計做法。通過引用并入本文中。

常規泵元件設計方法通常使用正的尖端入射角。對于未加護罩的泵送元件而言，該正的尖端入射角與尖端間隙一起產生了尖端渦流，尖端渦流可在泵送元件的上游行進。該上游流通常稱為回流。回流強度和流速由尖端入射角和尖端間隙決定。當回流強度和流速達到某個水平時，回流將會與相鄰的泵送元件葉片相互作用并且將會產生氣蝕不穩定性。氣蝕不穩定性模式形狀由回流和相鄰葉片相互作用共同決定。

從轂到尖端的泵送元件最大喉部葉片厚度通常是半徑的線性函數（圖2）。最小和最大葉片厚度由結構性要求決定。常規的泵送元件設計過程通過將半徑（r）乘以葉片角（β）的正切保持等于常數來定義葉片前緣。該設計方法導致氣蝕區體積顯著大于葉片體積（圖2）。這導致了氣蝕引起的不穩定性。為了解決該缺點，需要替代的葉片前緣角分布。

用于定義葉片前緣角分布的新方法需要調整泵送元件前緣葉片角和所得到的入射角（圖3）。泵送元件包括葉片，該葉片具有與轂鄰近的第一區段以及與尖端鄰近的第二區段。氣蝕區高度分布基于選定的入射角分布。選定的葉片厚度分布基于結構性要求。所得到的氣蝕區高度分布與第一區段和第二區段處的葉片厚度匹配，并且大于沿著葉片的葉片厚度。也就是說，轂處的入射角（α_h）和尖端處的入射角（α_t）被選擇為使氣蝕區高度與第一區段轂和第二區段尖端葉片厚度匹配。

在該方法的情況下，氣蝕區體積顯著小于常規泵送元件氣蝕區體積并且更加接近于葉片體積。氣蝕區體積的減小導致氣蝕泵送元件不穩定性的減小。另外，該方法實現了優異的抽吸性能。