[發明專利]一種抗汽蝕離心泵葉輪設計方法

在審

• 申請號: 202111373019.7
• 申請日: 2021-11-18
• 公開（公告）號: CN114117667A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 王潔;唐艷;康敬波;李晶晶;王淑紅;殷德文
• 申請（專利權）人: 中國航發西安動力控制科技有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F17/11;F04D29/22;F04D29/24;F04D29/66;G06F119/14
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 張明

本發明公開了一種抗汽蝕離心泵葉輪設計方法，通過將長葉片、短葉片的工作面和長葉片、短葉片背面設計為正曲率扭曲凹面，增加中間流面的過流面積，減小流動速度來降低必需汽蝕余量，提高葉輪的抗汽蝕能力。采用本方法設計的葉輪在進口極限低壓時，氣泡基本無聚集現象，抗汽蝕性能改進效果顯著，小流量工況時效率提升明顯；整個進口壓力設計要求范圍內，葉輪抗汽蝕性能較好。在不犧牲葉輪效率的前提下提高了葉輪的抗汽蝕性能，不改變其固化的外形尺寸和接口，只需在現有葉輪基礎上局部修改葉片型線即可，且易于推廣，有較高的使用價值。

技術領域

本發明屬于發動機燃油離心泵領域，具體涉及一種抗汽蝕低比轉速離心泵葉輪。

背景技術

由于航空發動機負荷復雜多變，發動機燃油離心泵在非設計工況下運行時，內部往往會產生分離、脫流、漩渦空化等復雜流動，產生汽蝕破壞。同時，汽蝕破壞累積的損傷又會導致葉輪內低壓區域由葉輪入口向葉輪出口端迅速擴張，會進一步促進葉輪內部空泡產生和空泡體積擴大，對燃油泵的能量轉換產生更嚴重的抑制，直接影響燃油供給系統的可靠運行和使用壽命。面對高性能戰斗機的特殊需求，如何保燃油泵的水力性能及運行可靠性，已成為離心泵設計領域的重要課題。掌握發動機燃油離心泵效率提升和抗汽蝕性能的改善設計方法刻不容緩。

現在用于提高離心泵抗汽蝕性能的設計方法很多，比如：設計誘導輪，設計長短葉片、采用扭曲葉片、增大殼體進口面積等措施。

現有提高葉輪抗汽蝕性能的設計方法雖然能達到提高抗汽蝕性能的目的，但會降低離心泵的效率或需改變離心泵已經固化的結構，而發動機燃油離心泵產品研發過程中往往受到安裝空間、接口尺寸以及生產周期的制約，導致對其結構進行改動而增強抗汽蝕性能的可行性降低。

發明內容

為使離心泵葉輪不犧牲效率而提高抗汽蝕性能，且既不改變其固化的外形尺寸和接口，又滿足加工可操作性，本發明提出了一種抗汽蝕離心泵葉輪設計方法。

為了實現上述任務，本發明采用以下技術方案：

一種抗汽蝕離心泵葉輪設計方法，通過將長葉片、短葉片的工作面和長葉片、短葉片背面設計為正曲率扭曲凹面，增加中間流面的過流面積，減小流動速度來降低必需汽蝕余量，提高葉輪的抗汽蝕能力。

進一步地，通過將長葉片、短葉片的工作面和長葉片、短葉片背面設計為正曲率扭曲凹面，增加中間流面的過流面積，具體設計方法為：

根據性能指標參數和結構形式，參考設計手冊計算得到葉輪參數；

根據葉輪參數和葉輪的軸向安裝位置確定葉輪子午面投影圖；

按照方格網保角變換法進行葉片葉型設計，包括確定長葉片、短葉片的設計參數，以及確定長葉片的葉型特征參數，根據設計參數和葉型特征參數得到長葉片；根據設計好的長葉片，通過截取的方法得到短葉片；

根據安裝位置進行葉輪幾何結構設計。

進一步地，所述根據性能指標參數和結構形式，參考設計手冊計算得到葉輪參數，其中，葉輪參數包括：

葉輪當量直徑d₀、葉輪進口直徑D_j、葉輪外徑D₂、葉輪出口寬度b。

進一步地，所述根據葉輪參數和葉輪的軸向安裝位置確定葉輪子午面投影圖，包括：

前蓋板流線，中間流線和后蓋板流線；前后蓋板流線由軸向的直線段、徑向的直線段以及位于兩個直線段之間的曲線段構成，直線段和曲線段光滑過渡。

進一步地，所述確定長葉片、短葉片的設計參數，包括：