CN116134226A - 改进的飞行器发动机燃油泵 - Google Patents

Abstract

一种用于飞行器发动机的燃油泵(1)，包括固定在一起并具有旋转轴线(X)的导流轮(10)和叶轮(20)、在轴向上间隔开导流轮(10)和叶轮(20)的环形空间(E)、以及位于所述环形空间(E)径向外侧的在导流轮(10)和叶轮(20)之间的两个接触部分，第一增压室(C1)和第二增压室(C2)，在第一增压室和第二增压室中，所述导流轮(10)和所述叶轮(20)彼此轴向间隔开，每个增压室设置在所述两个接触部分之间，所述增压室(C1、C2)相对于所述旋转轴线(X)彼此对称并且与所述环形空间(E)流体连通，所述叶轮(20)包括多个轴向平衡孔(26)，所述轴向平衡孔围绕所述旋转轴线(X)分布并且在一端通向所述环形空间(E)，在另一端通向叶轮(20的下游空间(70)。

Description

改进的飞行器发动机燃油泵

技术领域

本公开涉及燃油泵技术领域。特别地，本公开涉及用于飞行器发动机的燃油泵，以及包括这种泵的飞行器。

背景技术

燃油泵是调节飞行器发动机，特别是飞机发动机的主要元件之一。它允许从飞机的油箱向燃烧室供应燃油。它的流速和压力也被用来产生液压动力，以驱动发动机的可变几何形状。

主泵通常包括低压(LP)级和高压(HP)级。低压级通常由导流轮和离心叶轮以及蜗壳组成。主燃油泵的HP级通常包括由发动机动力齿轮箱的轴机械驱动的外部齿轮泵。

通常，燃油泵的尺寸适合于需要保证大于所有操作条件下所需流量的条件。目前，具有导流轮和叶片叶轮以及蜗壳的离心泵以已知的方式用于LP级。

为了保证燃油泵低压级的正常运行，有必要了解和控制不同工作点产生的液压力。这些液压力可分为两部分：轴向力和径向力。

很难知道轴向力，因为平衡问题与导流轮出口压力场的知识直接相关。如果导流轮放置在离心式叶轮的前面，导流轮产生的压力将施加到叶轮的后部。轴向力还与导流轮的直径有关。后者的减少使其对控制不佳的压力不太敏感。然而，力的控制对于泵的LP级的正常运行仍然是必不可少的。

因此，为了促进燃油泵的LP级的轴向平衡，已知使用不包括上游法兰的“开放”型离心叶轮，其具有称为“平衡孔”的孔。这些孔的作用是让流体从高压区流向低压区，以减小轴向力。

然而，在具有导流轮和“封闭”型叶轮的配置的情况下，其叶片设置在完全覆盖叶轮叶片(从前缘到后缘)的上游法兰和下游法兰之间，平衡孔可能位于导流轮的叶片之间，这使得了解压力场非常困难。此外，叶轮的旋转会剪切气流，导致显著的压降，并根据操作点而变化。这些缺点影响泵的性能。

因此，在“封闭”型叶轮的情况下，需要至少部分克服上述缺点。

发明内容

本公开涉及一种用于飞行器发动机的燃油泵，包括：

包括旋转轴线的导流轮，

与所述导流轮同轴的离心叶轮，所述导流轮在其上游固定到所述离心叶轮，以便围绕所述旋转轴线在所述导流轮和所述叶轮之间限定环形界面，所述环形界面包括沿轴向隔开所述导流轮和所述叶轮的环形空间，以及位于所述环形空间径向外侧的在所述导流轮和所述叶轮之间的两个接触部分，第一增压室和第二增压室，在所述第一增压室和所述第二增压室中，所述导流轮和所述叶轮彼此轴向间隔开，每个增压室周向地设置在所述两个接触部分之间，所述增压室相对于旋转轴线彼此对称并且与所述环形空间流体连通，

所述叶轮包括多个轴向平衡孔，所述轴向平衡孔围绕所述旋转轴线周向分布并且在一端通向所述环形空间，在另一端通向所述叶轮的下游空间。

在一些实施例中，上游法兰固定到其上游的叶轮，以便至少部分地覆盖所述叶轮的叶片。

通常，轴向对应于燃油泵的旋转轴线，而径向是垂直于该旋转轴线的方向。周向对应于描述围绕轴向的环的方向。此外，上游和下游相对于通过泵的流体的正常流动方向(从上游到下游)进行定义，流体首先到达导流轮，然后到达叶轮。最后，除非另有规定，否则形容词“内部”和“外部”用于指径向，因此元件的内部(即径向内部)部分比同一元件的外部(即径向外部)部分更靠近旋转轴线。

优选地，叶轮和导流轮各自包括与旋转轴线同轴的孔口。轴向固定装置分别穿过叶轮的和导流轮的孔口设置，使得可以将叶轮和导流轮轴向固定在一起。例如，螺纹螺钉可以穿过导流轮的和叶轮的孔口***，并拧入设置在叶轮中的螺纹孔中。此外，组件可以通过花键由旋转轴驱动，花键位于叶轮上。花键的轮廓可以根据需要选择。

因此，当导流轮和叶轮固定在一起时，在这两个部件之间形成环形界面，该界面基本上具有围绕旋转轴线的环形形状，换句话说，是轴向固定装置。

导流轮和叶轮在环形界面的整个表面上不接触。环形界面包括环形空间，其中叶轮和界面不接触，而是轴向彼此隔开。环形空间优选地围绕旋转轴线在界面的整个圆周上延伸，但不在环形界面的整个径向宽度上延伸，环形界面的表面还包括接触部分。

接触部分径向地设置在环形空间的外部。换句话说，接触部分至少部分地围绕环形空间。

因此，导流轮和叶轮之间的接触表面是不连续的。换句话说，导流轮和叶轮在界面的整个圆周上彼此不接触。更具体地，导流轮和叶轮仅通过接触部分在环形界面处接触，该接触是轴向的。因此，在两个接触部分之间周向地形成两个间隔部分，其中导流轮和叶轮彼此轴向间隔开。这些间隔部分形成第一增压室和第二增压室，其相对于旋转轴线彼此对称地径向布置在环形空间外部。这样，接触部分也相对于旋转轴线彼此对称地设置。

此外，轴向平衡孔设置在叶轮中，以便轴向穿过，这些孔径向设置在接触部分和增压室的内部，以便通向环形空间。

因此，来自导流轮和叶轮以及返回到叶轮下游空间的循环流体可以通过平衡孔重新注入环形空间。因此，这允许平衡叶轮上游和下游之间的压力，从而减小轴向力。

此外，存在于环形空间中的流体可以经由增压室径向地喷射出该环形空间。这些增压室允许通过特别是速度场的标准化来平静交叉流。更具体地，增压室允许在流体到达导流轮的下游区域之前限制由叶轮的旋转产生的通过平衡孔的流体的湍流和剪切。

在该交叉流与离开导流轮的主流汇合之前，对其进行平静，可以减少该交叉流对压力场的影响，从而减少对导流轮和离心叶轮之间的速度场的影响。

此外，增压室的对称布置允许标准化通过这些室逸出的流体的压力，从而进一步限制对主流的影响，即在导流轮和叶轮之间从上游流向下游的流体。

在一些实施例中，第一增压室和第二增压室各自在环形界面的圆周的至少四分之一上周向延伸。

这种配置允许最大化离开平衡孔并径向喷射到叶轮外部的流体的平静效果，同时保持导流轮和叶轮之间足够的接触表面，从而允许组件的良好结构稳定性。

在一些实施例中，导流轮包括第一环形表面，该第一环形表面包括相对于第一环形表面的其余部分轴向突出的两个第一凸起部分，当叶轮和导流轮固定在一起时，第一凸起部分相对于旋转轴线彼此对称，并与叶轮的第二环形表面接触。

导流轮的第一凸起部分和叶轮的第二环形表面之间的接触对应于接触部分，因此在导流轮和叶轮之间形成不连续的环形接触表面。

在一些实施例中，叶轮的第二环形表面包括两个第二凸起部分，它们相对于第二环形表面的其余部分轴向突出，第二凸起部分相对于旋转轴线彼此对称，并且当叶轮和导流轮固定在一起时，周向布置在第一凸起部分之间。

也就是说，第一凸起部分在它们之间形成两个间隙，每个间隙中设置有第二凸起部分，并且第二凸起部分也在它们之间形成两个间隙，在每个间隙中设置有第一凸起部分。因此，第一和第二凸起部分彼此嵌套。这种配置允许限制导流轮相对于叶轮围绕旋转轴线的相对周向位移。

优选地，由每个第一凸起部分形成的弧的长度基本上等于两个第二凸起部分之间的间隙的长度。类似地，由每个第二凸起部分形成的弧的长度基本上等于两个第一凸起部分之间的间隙的长度。这种配置允许进一步限制导流轮相对于叶轮围绕旋转轴线的相对周向位移。

在一些实施例中，第一凸起部分的高度大于第二凸起部分的高度，使得第一凸起部分与叶轮的第二环形表面接触，并且使得第二凸起部不与导流轮的第一环形表面接触。

根据该配置，当导流轮和叶轮彼此固定在一起时，导流轮的第一凸起部分抵靠叶轮的第二环形表面，但是在叶轮的第二凸起部分和导流轮的第一环形表面之间仍留有空间。这些空间形成第一增压室和第二增压室。因此，这些增压室的实施简单且成本低廉。

可选地，在一些实施例中，第二凸起部分的高度大于第一凸起部分的高度，使得第二凸起部与导流轮的第一环形表面接触，并且使得第一凸起部不与叶轮的第二环形表面接触。

在一些实施例中，平衡孔围绕旋转轴线以规则间隔周向分布。

这种配置允许标准化从叶轮下游空间返回到叶轮上游的循环流体的分布，从而使得可以提高叶轮上游和下游之间的压力平衡效率。

在一些实施例中，离心叶轮包括十六个轴向平衡孔。

十六个平衡孔的存在允许将大量循环流体从叶轮的下游转移到上游，从而改善叶轮上游和下游之间的压力平衡。

在一些实施例中，平衡孔和主轴之间的距离小于叶轮半径的20％，优选小于15％，更优选小于10％。

将平衡孔布置得尽可能靠近旋转轴线，并因此尽可能远离离开导流轮的流体主流这一事实允许减少离开平衡孔的流体对该主流的剪切效应。这可以减少压降，从而提高泵的性能。

在一些实施例中，平衡孔的长度L和直径D之间的比率L/D大于或等于2。

特别地，该比率大于或等于2的值允许获得基本上恒定且等于0.8的排放系数，使得可以最大化从叶轮下游空间转移到叶轮上游的流体的体积，同时最小化压降。

本公开还涉及一种包括根据前述实施例中任一实施例的泵的飞行器。

飞行器可以特别是飞机或直升机。

附图说明

通过阅读以下通过非限制性实施例给出的本发明的各种实施例的详细描述，将更好地理解本发明及其优点。该描述参考了附图，其中：

图1是根据本公开的一个实施例的燃油泵的透视图；

图2是图1中燃油泵的分解图；

图3是沿图1的离心泵的截面A的剖视图；

图4是图3中离心泵的离心叶轮在平面B-B上的俯视图；

图5是图1中燃油泵的导流轮的透视底视图；

图6表示根据本公开的一个实施例的燃油泵的透视图，其中上游法兰是隐藏的，而增压室是可见的。

具体实施方式

根据本发明的一个实施例的燃油泵将在以下描述中参考图1至图6进行描述。

图1是燃油泵1的一个示例的透视图。更具体地，它表示这种泵的低压级，围绕旋转轴线X延伸并且能够围绕该轴线旋转。未显示该组件的环境(蜗壳、高压级等)。

该低压级包括导流轮10和固定在导流轮10下游的离心叶轮20。

导流轮10包括管状轮毂11，多个叶片12从管状轮毂11径向延伸。轮毂10的上游端包括孔口110，固定装置(例如螺纹螺钉60)通过孔口110***。

离心式叶轮20包括主体21，多个叶片22从主体21轴向上游并径向向外延伸。叶轮20在其中心部分包括管状部分23，该管状部分23用于***在导流轮10的管状轮毂11内形成的空腔13内，从而在导流轮和叶轮20之间形成圆柱形接触表面。此外，叶轮20的管状部分23在其中心处包括与导流轮10的轮毂11的孔口110同轴设置的孔口230，孔口110和230本身与旋转轴线X同轴。孔口230还被配置为接收螺纹螺钉60。叶轮20的下游端的径向外表面可以包括迷宫式密封，从而可以确保叶轮20的下游端和泵的壳体(未示出)之间的密封。

更具体地，螺纹螺钉60包括抵靠轮毂11的上游端的螺钉头61，轴承垫圈50***在螺钉头61和所述上游端之间。螺钉60的杆的下游端设置在叶轮20的管状部分23中，并包括螺纹部分62，该螺纹部分62配置为与设置在所述管状部分23内的螺纹部分螺纹连接。因此，导流轮10和离心叶轮20彼此轴向固定。组件可通过花键(图中不可见)由旋转轴驱动。

上游法兰30也通过多个螺钉40固定在离心叶轮20的上游。该上游法兰30允许至少部分地覆盖叶轮20的叶片22，从而在所述法兰30和叶轮20的主体21之间形成封闭的外壳。封闭”应理解为叶轮20的叶片22至少部分地轴向封闭在法兰30和主体21之间，因此分别通过法兰30和本体21至少部分地与叶轮20的上游和下游隔离。法兰30的径向外端还可以包括迷宫式密封，从而可以确保法兰30和泵的壳体(未示出)之间的密封。

除了上述圆柱形界面之外，当导流轮10和离心叶轮20固定在一起时，导流轮10和离心叶轮20这两个部件之间还存在环形界面。

更具体地，导流轮10包括第一环形表面14，该第一环形表面形成在导流轮10的轮毂11的下游端，并围绕空腔13的端部。类似地，离心叶轮20包括形成在叶轮20的主体21的上游端并围绕管状部分23的第二环形表面24。当导流轮10和叶轮20彼此固定在一起时，第一环形表面14和第二环形表面24沿着轴向彼此相对。这些表面14、24的一些部分彼此接触，并且这些表面的其他部分彼此间隔开，如下所述。

导流轮10的第一环形表面14包括两个第一凸起部分141、142，它们相对于第一环形表面的其余部分轴向延伸。这些凸起部分具有从第一环形表面14的其余部分突出的弧形锯齿的形式，并且相对于中心轴线X周向地和轴对称地延伸，但仅在第一环形表面14的圆周的一部分上延伸。第一凸起部分141、142各自形成圆弧，其尺寸基本等于第一环形表面14总周长的四分之一。此外，第一凸起部分141、142相对于中心轴线X彼此对称地设置。在图5所示的示例中，第一环形表面14除了凸起部分141和142之外的部分在两个不同的水平上表示。然而，该示例不是限制性的，该表面可以是均匀的。还应注意，凸起部分141、142不在第一环形表面14的整个宽度上径向延伸，而是设置在其径向外端，以便在这些凸起部分141和142与空腔13之间留出空间。当导流轮固定到叶轮20上时，该空间允许形成稍后描述的环形空间E。

离心叶轮20的第二环形表面24包括两个第二凸起部分241、242，它们相对于第二环形面24的其余部分轴向延伸。第二凸起部分241、242具有与第一凸起部分141、142基本相同的特征，因此将不再描述。然而，第二凸起部分241、242与第一凸起部分141、142的不同之处在于它们沿轴向的尺寸较小。也就是说，第二凸起部分241、242在轴向上游突出的距离小于第一凸起部分141、142在轴向下游突出的距离。

因此，当导流轮10和叶轮20彼此固定在一起时，分别***两个第二凸起部分241、242之间的第一凸起部分141、142抵靠叶轮20的第二环形表面24，从而围绕旋转轴线X形成不连续的环形接触表面，在分别***两个第一凸起部分141、142之间的第二凸起部分241、242与第一环形表面14之间保留空间。由此形成的两个空间形成第一增压室C1和第二增压室C2，其形状和尺寸相同，并且相对于旋转轴线X彼此对称地布置。

然而，该示例不是限制性的，可以替代性地，第二凸起部分241、242在轴向长于第一凸起部分141、142，也可以获得两个增压室C1和C2。

此外，当导流轮10和叶轮20固定在一起时，第一环形表面14的径向位于第一凸起部分141、142内的部分与第二环形表面24的径向位于第二凸起部分241、242内的部分形成环形空间E。该环形空间E设置在第一凸起部分141、142、第二凸起部分241、242和增压室C1、C2的径向内侧，并且在叶轮20的整个圆周上围绕叶轮20的管状部分23。该环形空间E的轴向厚度大于增压室C1和C2的轴向厚度。

离心式叶轮20还包括多个平衡孔16，这些平衡孔围绕旋转轴线X周向且以规则间隔分布。这些孔径向地设置在第二凸起部分241、242和管状部分13之间。它们在长度L上轴向延伸穿过叶轮20的主体21的整个厚度，使得这些孔26中的每一个的第一端通向叶轮20下游的下游空间70，并且第二端通向环形空间E。平衡孔16具有直径D，该直径D被确定为使得比率L/D大于或等于2。根据该实施例，叶轮20包括16个平衡孔26。然而，该示例不是限制性的，并且可以根据叶轮20的尺寸进行调整。

图3显示了流体(例如液体)在离心泵1中流动的路径(见图3中的黑色箭头)。流体首先在导流轮10中流动，然后在离心叶轮20中流动。沿着导流轮10和叶轮20的流动是主流。然后，流体在蜗壳(未示出)中排出。这种流体的一部分，称为“再循环流体”，也可以返回到下游空间70。然后，该流体可以通过平衡孔26从该下游空间70转移到环形空间E，然后在导流轮10的出口的高度处从该环形空间E径向地朝向主流喷射，穿过增压室C1和C2。流体通过这些增压室C1和C2使得这种交叉流平静下来，从而限制了在主流上产生的剪切效应。应当注意，离开叶轮20的流体(未示出)的一部分也可以沿着法兰30的外壁从叶轮20返回到导流轮10。该部分随后在主流中被导流轮10和叶轮20吸入。

尽管已经参照具体的示例性实施例对本发明进行了描述，但显而易见的是，在不偏离权利要求书所定义的本发明的一般范围的情况下，可以对这些示例进行修正和改变。特别地，可以在附加实施例中组合不同图示/提及实施例的个别特征。因此，应在说明性而非限制性的意义上考虑说明书和附图。

Claims (10)

1.一种用于飞行器发动机的燃油泵(1)，包括：

包括旋转轴线(X)的导流轮(10)，

与所述导流轮(10)同轴的离心叶轮(20)，所述导流轮(10)在其上游固定到所述离心叶轮(20)，以便围绕所述旋转轴线(X)在所述导流轮(10)和所述叶轮(20)之间限定环形界面，

所述环形界面包括沿轴向间隔开所述导流轮(10)和所述叶轮(20)的环形空间(E)，以及位于所述环形空间(E)径向外侧的在所述导流轮(10)和所述叶轮(20)之间的两个接触部分(141、142)，

第一增压室(C1)和第二增压室(C2)，在所述第一增压室和第二增压室中，所述导流轮(10)和所述叶轮(20)彼此轴向间隔开，每个增压室周向地设置在所述两个接触部分(141、142)之间，所述增压室(C1、C2)相对于所述旋转轴线(X)彼此对称并且与所述环形空间(E)流体连通，

所述离心叶轮(20)包括多个轴向平衡孔(26)，所述轴向平衡孔围绕所述旋转轴线(X)周向分布并且在一端通向所述环形空间(E)，在另一端通向所述叶轮(20)的下游空间(70)。

2.根据权利要求1所述的燃油泵(1)，其中，所述第一增压室(C1)和第二增压室(C2)各自在所述环形界面的圆周的至少四分之一上周向延伸。

3.根据权利要求1或2所述的燃油泵(1)，其中，所述导流轮(10)包括第一环形表面(14)，所述第一环形表面包括相对于所述第一环形表面(14)的其余部分轴向突出的两个第一凸起部分(141、142)，当所述叶轮(20)和所述导流轮(10)固定在一起时，所述第一凸起部分(141、142)相对于所述旋转轴线(X)彼此对称，并与所述叶轮(20)的第二环形表面(24)接触。

4.根据权利要求3所述的燃油泵(1)，其中，所述叶轮(20)的第二环形表面(24)包括两个第二凸起部分(241、242)，它们相对于所述第二环形表面(24)的其余部分轴向突出，所述第二凸起部分(241、242)相对于所述旋转轴线(X)彼此对称，并且当所述叶轮(20)和所述导流轮(10)固定在一起时，所述第二凸起部分周向布置在所述第一凸起部分(141、142)之间。

5.根据权利要求4所述的燃油泵(1)，其中，所述第一凸起部分(141、142)的高度大于所述第二凸起部分(241、242)的高度，使得所述第一凸起部分(141、142)与所述叶轮(20)的第二环形表面(24)接触，并且使得所述第二凸起部(241、242)不与所述导流轮(10)的第一环形表面(14)接触。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃油泵(1)，其中，所述平衡孔(26)围绕所述旋转轴线(X)以规则间隔周向分布。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃油泵(1)，其中，所述离心叶轮(20)包括十六个轴向平衡孔(26)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的燃油泵(1)，其中，所述平衡孔(26)与所述旋转轴线(X)之间的距离小于所述叶轮(20)的半径的20％，优选小于15％，更优选小于10％。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的燃油泵(1)，其中，所述平衡孔(26)的长度L和直径D之间的比率L/D大于或等于2。

10.一种飞行器，包括根据权利要求1-9中任一项所述的泵。

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