[發明專利]兩相流誘導輪及其設計方法

在審

• 申請號: 201910189077.0
• 申請日: 2019-03-13
• 公開（公告）號: CN109944827A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 北京星際榮耀空間科技有限公司
• 主分類號: F04D29/18
• 分類號: F04D29/18;F04D29/66;F04D31/00;G06F17/50
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張樂樂

本發明提供了一種兩相流誘導輪及其設計方法，該兩相流誘導輪的主要結構參數適合以下等式的關系：本發明提供的兩相流誘導輪及其設計方法，對整個兩相流誘導輪的設計關鍵參數進行選擇，通過等式關系可以得出最大蒸汽含量α、入口的液體介質流量系數入口的流量系數的設計值入口的沖角值i、入口的葉片安放角β以及葉片的附面層的阻塞率B之間的變化規律和關系，從而能夠使得最大蒸汽含量α的值能夠達到目的，保證兩相流誘導輪可在汽蝕條件下運行，不僅可以在火箭設計中降低貯箱壓力而減輕貯箱重量，而且由于允許的渦輪泵入口處推進劑蒸汽百分率的增加，可以省去增壓系統，增加運載器的有效載荷。

技術領域

本發明涉及氣液兩相流的旋轉機械的設計的技術領域，具體涉及一種兩相流誘導輪及其設計方法。

背景技術

誘導輪是火箭發動機渦輪泵中常用的一種結構，誘導輪安裝在離心泵前的軸流泵內，其作用是為離心泵增壓，避免離心泵發生汽蝕。在火箭發動機系統中，為了減輕貯箱的重量，誘導輪入口壓力通常較低，受工況變化或一些其它因素的影響，可能會產生嚴重的汽蝕，導致誘導輪流道被堵塞，從而使渦輪泵的揚程迅速下降。有時還會發生汽蝕不穩定現象，影響渦輪泵的使用。因此，對誘導輪抗汽蝕能力的設計就尤為重要。

為了實現了火箭發動機在較低入口壓力下快速啟動或在貯箱不增壓條件下工作，即火箭發動機在接近于飽和推進劑的條件下工作，且確保發動機的安全可靠，就要求推進劑泵具有抽吸兩相流的能力，這就需要在低溫渦輪泵中設計一種可抽吸兩相推進劑的誘導輪，即為兩相流誘導輪。但是現有技術中的兩相流誘導輪對于抗汽蝕能力較弱，不能夠滿足在汽蝕條件下運行，且不允許在低壓區域(尤其是在葉片吸力面)存在部分蒸汽，且現有技術中的渦輪泵不允許泵在接近零凈正抽吸壓頭或零凈正抽吸壓頭下正常工作。

發明內容

本發明的目的在于提供一種兩相流誘導輪及其設計方法，以解決現有技術中兩相流誘導輪對于抗汽蝕能力較弱，且渦輪泵不允許泵在接近零凈正抽吸壓頭或零凈正抽吸壓頭下正常工作的技術問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：提供一種兩相流誘導輪的設計方法，包括輪轂、環繞所述輪轂設置的葉片，位于所述輪轂一端的入口，所述輪轂、所述葉片和所述入口之間具有如下等式關系：

式中：

α-最大蒸汽含量；

-入口的液體介質流量系數；

-入口的流量系數的設計值；

i-入口的沖角值；

β-入口的葉片安放角；

B-葉片的附面層的阻塞率。

進一步地，所述入口的沖角值i與所述入口的葉片安放角β之比值為0.45至0.7。

進一步地，所述入口的輪轂比D_h1/D₁的值為0.2至0.3。

進一步地，所述兩相流誘導輪的流量系數的設計值為0.06至0.08。

進一步地，所述兩相流誘導輪的前緣半徑實際值與葉片最大厚度的比值小于等于1/100。

進一步地，所述葉柵稠度σ的值大于或等于2至2.5。

進一步地，所述葉片的形狀為后掠形葉片。

本發明還公開了一種兩相流誘導輪的設計方法，增大最大蒸汽含量α的數值，包括如下方法：

使得所述入口的沖角值i與所述入口3的葉片安放角β之比大于0.3；以及使所述兩相流誘導輪的葉片附面層的阻塞率B低于0.7。

進一步地，所述入口的沖角值i與所述入口的葉片安放角β之比值為0.45至0.7。