[发明专利]小型高速空气涡轮泵

说明书

技术领域

本发明涉及一种空气涡轮泵。

背景技术

整体式冲压发动机使用高温、低压、大调节比空气涡轮泵供油系统，但是安装发动机附件的空间为狭小的环形结构，这样涡轮泵的外径受到严格的尺寸限制。高转速可以减小泵的尺寸，但对于涡轮来说，由于进口压力很低，要流过一定的流量，就要保证涡轮静子一定的流通面积。由于尺寸的限制，涡轮不能按照常规的方法设计。

发明的内容

为了解决现有技术中空气涡轮泵无法满足小尺寸空间下使用要求的的缺点，本发明提供一种结构简单、重量轻、体积小、可大范围连续变工况工作的空气涡轮泵。

本发明采取的技术解决方案是：

一种小型高速空气涡轮泵，包括壳体以及设置在壳体内的燃油泵、涡轮，所述燃油泵包括离心轮，所述涡轮包括涡轮转子和涡轮静子，所述壳体前端设置有进液口，其后端设置有进气口，其侧面设置有出液口和出气口，其特殊之处在于：所述涡轮静子是利用斜切气流偏转膨胀的全进气叶栅式收缩喷嘴。

上述涡轮转子与诱导轮、离心轮通过中心轴固连，所述中心轴通过轴承与壳体连接，所述涡轮转子设置在轴承的一端，所述诱导轮和离心轮设置在轴承的另一端。

上述离心轮的前盖板和后盖板与壳体间设置有密封用浮动环；所述中心轴和涡轮之间的密封为弹簧式端面密封，所述弹簧式端面密封包括设置在中心轴上的动环以及设置在壳体内壁的静环座，所述静环座上设置有通过多个弹簧施压的静环，所述动环端面设置有与动环摩擦接触的石墨环。

上述离心轮由间隔布置的6个长叶片和12个短叶片构成。

上述离心轮的叶片为圆弧叶片。

上述燃油泵包括设置在离心轮前方的诱导轮。

上述诱导轮为变螺距诱导轮。

上述空气涡轮泵包括可供泵后浮动环泄漏煤油回流的内回路，所述内回路的一端开口于中心轴和涡轮之间的弹簧式端面密封处，另一端开口于壳体进液口内壁。

上述燃油泵包括设置在离心轮前方的诱导轮。

上述诱导轮为变螺距诱导轮。

本发明的优点是：

1、转速高、质量轻、体积小。当涡轮静子出口面积一定(即涡轮静子外径一定)时，本发明涡轮泵的收缩喷嘴比一般的收扩喷嘴能够流过更多的流量，因此能产生更大的功率。涡轮泵设计转速35000r/min，最高工作转速40000r/min，外廓尺寸为115mm(外径)×250mm(长度)，重量为6kg。在国内现有空气涡轮泵中转速最高，质量最轻、体积最小。

2、总体结构紧凑、布局合理。涡轮与泵采用同轴、两端悬臂、背靠背的布局方式，泵入口可以与贮箱直接相连，涡轮入口可以与燃烧室扩张段的集气环直接相连，涡轮入口采用导流锥结构。利用泵后浮动环泄漏的煤油对两个轴承和端面密封进行冷却和润滑，然后通过壳体设置的内回路回到泵前，结构紧凑。

3、宽范围变工况。由于发动机工作空域和马赫数范围很大，推力变化很大，因而泵的流量变化范围大。为了提高小流量下泵的稳定性，本发明离心轮采用了较多叶片数、长短叶片间隔布置的结构。在大空域、宽马赫工作的冲压发动机中，涡轮泵具有很大的适应能力。涡轮入口温度变化500～950K，最高滞止温度950K，压力变化范围1～0.07MPa，涡轮入口最低压力0.07MPa，泵流量在9.0～0.2L/s之间变化；泵最大、最小流量调节比为45倍。涡轮泵转速可以稳定地从40000r/min连续变化到20000r/min。现有型号空气涡轮泵没有这么大范围连续变工况工作的，因而该空气涡轮泵具有高温、低压、大调节比的特点。

4、涡轮工质使用冲压空气，可用于超声速巡航弹用冲压发动机、大空域高马赫工作冲压发动机、超声速巡航弹或临近空间可重复使用飞行器，也可以用于临近空间可重复使用飞行器用冲压发动机。

5、泵前后盖板采用浮动环密封，无磨损，保证了产品的可靠性，还可以起到自动调整定心。泵与涡轮之间采用弹簧式端面密封，无泄漏，兼顾重复使用。

附图说明

图1是本发明涡轮泵的结构示意图；

图2是本发明涡轮泵的离心轮结构示意图；

图3是本发明涡轮泵的浮动环密封结构示意图；

图4是本发明涡轮泵的端面密封结构示意图；

图5是本发明涡轮泵的涡轮叶栅结构示意图；

其中：1-诱导轮，2-离心轮，21-前盖板，22-后盖板，23-长叶片，24-短叶片，3-壳体，4、5-轴承，6-端面密封，7-涡轮转子，71-涡轮转子叶栅，8-涡轮静子，81-涡轮静子叶栅，9-中心轴，10-浮动环；11-石墨环，12-弹簧，13-动环，14-静环，15-静环座，18-内回路；