两相流诱导轮及其设计方法技术

本发明专利技术提供了一种两相流诱导轮及其设计方法，该两相流诱导轮的主要结构参数适合以下等式的关系：

【技术实现步骤摘要】
两相流诱导轮及其设计方法
本专利技术涉及气液两相流的旋转机械的设计的
，具体涉及一种两相流诱导轮及其设计方法。
技术介绍
诱导轮是火箭发动机涡轮泵中常用的一种结构，诱导轮安装在离心泵前的轴流泵内，其作用是为离心泵增压，避免离心泵发生汽蚀。在火箭发动机系统中，为了减轻贮箱的重量，诱导轮入口压力通常较低，受工况变化或一些其它因素的影响，可能会产生严重的汽蚀，导致诱导轮流道被堵塞，从而使涡轮泵的扬程迅速下降。有时还会发生汽蚀不稳定现象，影响涡轮泵的使用。因此，对诱导轮抗汽蚀能力的设计就尤为重要。为了实现了火箭发动机在较低入口压力下快速启动或在贮箱不增压条件下工作，即火箭发动机在接近于饱和推进剂的条件下工作，且确保发动机的安全可靠，就要求推进剂泵具有抽吸两相流的能力，这就需要在低温涡轮泵中设计一种可抽吸两相推进剂的诱导轮，即为两相流诱导轮。但是现有技术中的两相流诱导轮对于抗汽蚀能力较弱，不能够满足在汽蚀条件下运行，且不允许在低压区域(尤其是在叶片吸力面)存在部分蒸汽，且现有技术中的涡轮泵不允许泵在接近零净正抽吸压头或零净正抽吸压头下正常工作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种两相流诱导轮及其设计方法，以解决现有技术中两相流诱导轮对于抗汽蚀能力较弱，且涡轮泵不允许泵在接近零净正抽吸压头或零净正抽吸压头下正常工作的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种两相流诱导轮的设计方法，包括轮毂、环绕所述轮毂设置的叶片，位于所述轮毂一端的入口，所述轮毂、所述叶片和所述入口之间具有如下等式关系：式中：α-最大蒸汽含量；-入口的液体介质流量系数；-入口的流量系数的设计值；i-入口的冲角值；β-入口的叶片安放角；B-叶片的附面层的阻塞率。进一步地，所述入口的冲角值i与所述入口的叶片安放角β之比值为0.45至0.7。进一步地，所述入口的轮毂比Dh1/D1的值为0.2至0.3。进一步地，所述两相流诱导轮的流量系数的设计值为0.06至0.08。进一步地，所述两相流诱导轮的前缘半径实际值与叶片最大厚度的比值小于等于1/100。进一步地，所述叶栅稠度σ的值大于或等于2至2.5。进一步地，所述叶片的形状为后掠形叶片。本专利技术还公开了一种两相流诱导轮的设计方法，增大最大蒸汽含量α的数值，包括如下方法：使得所述入口的冲角值i与所述入口3的叶片安放角β之比大于0.3；以及使所述两相流诱导轮的叶片附面层的阻塞率B低于0.7。进一步地，所述入口的冲角值i与所述入口的叶片安放角β之比值为0.45至0.7。进一步地，增大所述最大蒸汽含量α的数值还包括方法：使所述入口的液体介质流量系数和所述入口的流量系数的设计值之比约等于1。进一步地，调整所述入口的液体介质流量系数和所述入口的流量系数的设计值之比值的方法包括：减小所述入口的轮毂比Dh1/D1，所述入口的轮毂比Dh1/D1的值为0.2至0.3，且出口轮毂直径与下一级轮毂相匹配。进一步地，若最大蒸汽含量α的数值为0.2至0.35时，叶片附面层的阻塞率B的取值范围为0.15至0.63。进一步地，调整所述两相流诱导轮的叶片附面层的阻塞率B的方法包括：减小所述叶片前缘锐度，所述两相流诱导轮的前缘半径实际值与叶片最大厚度的比值小于等于1/100。进一步地，调整所述两相流诱导轮的叶片附面层的阻塞率B的方法包括：所述叶栅稠度σ的值大于或等于2至2.5。进一步地，调整所述两相流诱导轮的叶片附面层的阻塞率B的方法包括：使得所述叶片的粗糙度小于或等于Ra0.8。本专利技术提供的两相流诱导轮及其设计方法的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术两相流诱导轮的设计方法，对整个两相流诱导轮的设计关键参数进行选择，通过等式关系可以得出最大蒸汽含量α、入口的液体介质流量系数入口的流量系数的设计值入口的冲角值i、入口的叶片安放角β以及叶片的附面层的阻塞率B之间的变化规律和关系，从而能够使得最大蒸汽含量α的值能够达到目的，从而保证两相流诱导轮可在汽蚀条件下运行，且两相流诱导轮允许在低压区域存在部分蒸汽时运行，带有两相流诱导轮的涡轮泵可允许涡轮泵在接近零净正抽吸压头或零净正抽吸压头下正常工作，不仅可以在火箭设计中降低贮箱压力而减轻贮箱重量，而且由于允许的涡轮泵入口处推进剂蒸汽百分率的增加，可以省去增压系统，增加运载器的有效载荷。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的两相流诱导轮的半剖结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的两相流诱导轮的设计方法的左视图；图3为本专利技术实施例提供的两相流诱导轮的叶片展开图。附图标记说明：1-轮毂；2-叶片；3-入口；4-叶片前缘锐度。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。请一并参阅图1及图2，现对本专利技术提供的两相流诱导轮进行说明。两相流诱导轮包括轮毂1、环绕所述轮毂1设置的叶片2，位于所述轮毂1一端的入口3，所述轮毂1、所述叶片2和所述入口3之间具有如下等式关系：式中：α-最大蒸汽含量；-入口3的液体介质流量系数；-入口3的流量系数的设计值；i-入口3的冲角值；β-入口3的叶片安放角；B-叶片2的附面层的阻塞率。本专利技术提供的两相流诱导轮，与现有技术相比，对整个两相流诱导轮的设计关键参数进行选择，通过等式关系可以得出最大蒸汽含量α、入口3的液体介质流量系数入口3的流量系数的设计值入口3的冲角值i、入口3的叶片安放角β以及叶片2的附面层的阻塞率B之间的变化规律和关系，从而能够使得最大蒸汽含量α的值能够达到目的，从而保证两相流诱导轮可在汽蚀条件下运行，且两相流诱导轮允许在低压区域存在部分蒸汽时运行，带有两相流诱导轮的涡轮泵可允许涡轮泵在接近零净正抽吸压头或零净正抽吸压头下正常工作，不仅可以在火箭设计中降低贮箱压力而减轻贮箱重量，而且由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.两相流诱导轮，其特征在于，包括轮毂(1)、环绕所述轮毂(1)设置的叶片(2)，位于所述轮毂(1)一端的入口(3)，所述轮毂(1)、所述叶片(2)和所述入口(3)之间具有如下等式关系：

【技术特征摘要】
1.两相流诱导轮，其特征在于，包括轮毂(1)、环绕所述轮毂(1)设置的叶片(2)，位于所述轮毂(1)一端的入口(3)，所述轮毂(1)、所述叶片(2)和所述入口(3)之间具有如下等式关系：式中：α-最大蒸汽含量；-入口(3)的液体介质流量系数；-入口(3)的流量系数的设计值；i-入口(3)的冲角值；β-入口(3)的叶片安放角；B-叶片(2)的附面层的阻塞率。2.如权利要求1所述的两相流诱导轮，其特征在于，所述入口(3)的冲角值i与所述入口(3)的叶片安放角β之比值为0.45至0.7。3.如权利要求1所述的两相流诱导轮，其特征在于，所述入口(3)的轮毂比Dh1/D1的值为0.2至0.3。4.如权利要求1所述的两相流诱导轮，其特征在于，所述两相流诱导轮的流量系数的设计值为0.06至0.08。5.如权利要求1所述的两相流诱导轮，其特征在于，所述两相流诱导轮的前缘半径实际值与叶片(2)最大厚度的比值小于等于1/100。6.如权利要求1所述的两相流诱导轮，其特征在于，所述叶栅稠度σ的值大于或等于2至2.5。7.如权利要求1所述的两相流诱导轮，其特征在于，所述叶片(2)的形状为后掠形叶片。8.两相流诱导轮的设计方法，其特征在于，增大最大蒸汽含量α的数值，包括如下方法：使得所述入口(3)的冲角值i与所述入口(3)的叶片安放角β之比大于0.3；以及使所述两相流诱导轮的叶片附面层的阻塞率B低于0.7。9.如权利要求8所述的两相流诱导轮的设计方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：北京星际荣耀空间科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11