一种涵道式空气涡轮与燃油泵的组合结构的制作方法

1.本发明涉及一种涵道式空气涡轮与燃油泵的组合结构，属于航空发动机技术领域。


背景技术：

2.高超声速飞行器在冲压发动机工作阶段，由于发动机没有轴功率输出，不能直接通过发电机根据电能，为冲压发动机供油的大功率供油泵不能采用传统的电动机驱动，利用高速的冲压空气为动力驱动燃油泵是一个非常合适的选择。
3.传统的涡轮驱动燃油泵在航空、航天等行业多有应用，有燃气涡轮驱动泵、液体涡轮驱动泵，也有航空应用的低速空气涡轮驱动泵等，结构上有涡轮与泵分体的，也有涡轮与泵一体设计的，但这些结构都没有适应高超飞机背景下燃油泵的高转速、高压力、耐高温、大功率的需求特征；没有考虑到涵道式空气涡轮与离心式燃油泵在各自性能特性上的匹配；涡轮与离心式燃油泵轴向力的直接平衡；在产品结构中，通过一体化结构，空气涡轮与离心式燃油泵轴向力的直接平衡，利用自身的燃油介质对高温空气及部件进行冷却等方面，还未有明确完整的解决方案。
4.高超声速飞行器飞行速度高、工作环境温度高、要求功重比高，适应该项目需求的燃油泵具备高转速、高压力、耐高温、大功率的特征。涡轮式燃油泵涉及到冲压空气涡轮和燃油泵的组合，两者都属于流体机械的范畴，但两者的工作介质不同，工作原理不同，设计方法及运行特性也有很大的差异，空气涡轮适于高转速、大功率、高温适应性好，燃油泵可以匹配高转速、大功率驱动难、燃油介质热沉性能好，两者共同的缺点是轴向力大、转子结构复杂，将两种流体机械从设计、性能、结构进行融合，充分发挥各自的效能，有利于实现产品性能的综合优化。


技术实现要素：

5.本发明的目的：提出一种涵道式空气涡轮与燃油泵的组合结构。
6.本发明的技术解决方案：
7.一种涵道式空气涡轮与燃油泵的组合结构，包括诱导轮1、滑动轴承2、离心叶轮3、泵导叶4、泵蜗壳5、燃油密封装置6、轴7、滚动轴承8、引气管组合9、涡轮导向器10、涡轮叶轮11、涡轮排气管12、空气密封装置13；
8.所述的泵蜗壳5包括燃油进口和燃油出口，所述的泵蜗壳5与引气管组合9连接，形成组合壳体，所述的轴7设置在组合壳体内，所述轴7左端通过设置在泵蜗壳5端部内孔中的滑动轴承2支撑，所述的滑动轴承2靠近燃油进口，中部通过设置在引气管组合9中的滚动轴承8支撑；所述的诱导轮1、离心叶轮3设置在轴7位于滚动轴承8、滑动轴承2之间的轴段上，离心叶轮3与引气管组合9壁面间隙配合；所述的泵导叶4设置在泵蜗壳5内，且泵导叶4设置在离心叶轮3外侧，并与泵蜗壳5燃油出口连通；燃油密封装置6设置在所述的轴7上，且燃油密封装置6位于离心叶轮3右端，空气密封装置13设置在所述的轴7上，且空气密封装置13位
于涡轮叶轮11左端，所述的涡轮叶轮11设置在轴7右端，并位于引气管组合9内，并且位于安装在引气管组合9内的涡轮导向器10的右侧，涡轮叶轮11左前端面与涡轮导向器10、涡轮叶轮11右端面与涡轮排气管12间隙配合；
9.涡轮排气管12与引气管组合9连接，所述的涡轮排气管12左端内壁面与涡轮叶轮11外侧端面间隙配合，所述的引气管组合9上设置空气进口；涡轮排气管12上设置空气出口。
10.进一步，还包括紧固螺母14，紧固螺母14设置在轴7右端，用于紧固涡轮叶轮11。
11.进一步，还包括挡圈15及拧紧螺母16，挡圈15及拧紧螺母16均设置在轴上，且分别位于滚动轴承8两侧，由于限制滚动轴承8轴向运动。
12.进一步，所述的诱导轮1左端的轴段上设置螺母，用于限制诱导轮1、离心叶轮轴向运动。
13.进一步，所述的泵蜗壳5与引气管组合9通过螺栓连接，涡轮排气管12与引气管组合9通过螺栓连接。
14.进一步，燃油密封装置6通过引气管组合9限位。
15.进一步，离心叶轮3后端面与引气管组合9壁面的间隙为e＝0.2mm～0.5mm，离心叶轮3前端面与引气管组合9壁面的间隙为f＝0.2mm～0.5mm。
16.进一步，涡轮叶轮11左前端面与涡轮导向器10的间隙为c＝0.2mm～0.4mm。
17.进一步，涡轮叶轮11右端面与涡轮排气管12间隙为d＝0.2mm～0.4mm。
18.通过离心式燃油泵的转速功率特性和空气涡轮的负载特性匹配，实现高速空气涡轮与高速离心泵一体性能匹配设计；通过空气涡轮与燃油泵的结构布局，实现轴向力平衡结构设计；利用燃油介质对高温空气的冷却结构设计；滑动轴承与滚动轴承的配合应用，实现转子结构一体化设计。
19.本发明具有的优点和有益效果：本发明提出一种涵道式空气涡轮与燃油泵的组合结构，根据航空产品的应用环境和使用特点，将燃油泵和空气涡轮两种介质、两种原理的流体机械，通过组合化设计，对性能、功能、结构进行融合设计，综合利用产品介质热沉，减小了产品的尺寸和重量，该产品具有结构融合性好、功重比高、环境适应性好等优点。
附图说明
20.图1是本发明的涵道式空气涡轮与燃油泵的组合结构设计示意图；
21.图2是本发明的引气管组合结构示意图；
22.图3是本发明中离心叶轮配合安装结构示意图；
23.图4是本发明的涡轮叶轮配合安装结构示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
25.如图1-4，一种涵道式空气涡轮与燃油泵的组合结构，包括诱导轮1、滑动轴承2、离心叶轮3、泵导叶4、泵蜗壳5、燃油密封装置6、轴7、滚动轴承8、引气管组合9、涡轮导向器10、涡轮叶轮11、涡轮排气管12、空气密封装置13；
26.所述的泵蜗壳5包括燃油进口和燃油出口，所述的泵蜗壳5与引气管组合9连接，形
成组合壳体，所述的轴7设置在组合壳体内，所述轴7左端通过设置在泵蜗壳5端部内孔中的滑动轴承2支撑，所述的滑动轴承2靠近燃油进口，中部通过设置在引气管组合9中的滚动轴承8支撑；所述的诱导轮1、离心叶轮3设置在轴7位于滚动轴承8、滑动轴承2之间的轴段上，离心叶轮3与引气管组合9壁面间隙配合；所述的泵导叶4设置在泵蜗壳5内，且泵导叶4设置在离心叶轮3外侧，并与泵蜗壳5燃油出口连通；燃油密封装置6设置在所述的轴7上，且燃油密封装置6位于离心叶轮3右端，空气密封装置13设置在所述的轴7上，且空气密封装置13位于涡轮叶轮11左端，所述的涡轮叶轮11设置在轴7右端，并位于引气管组合9内，并且位于安装在引气管组合9内的涡轮导向器10的右侧，涡轮叶轮11左前端面与涡轮导向器10、涡轮叶轮11右端面与涡轮排气管12间隙配合；
27.涡轮排气管12与引气管组合9连接，所述的涡轮排气管12左端内壁面与涡轮叶轮11外侧端面间隙配合，所述的引气管组合9上设置空气进口；涡轮排气管12上设置空气出口。
28.进一步，还包括紧固螺母14，紧固螺母14设置在轴7右端，用于紧固涡轮叶轮11。
29.进一步，还包括挡圈15及拧紧螺母16，挡圈15及拧紧螺母16均设置在轴上，且分别位于滚动轴承8两侧，由于限制滚动轴承8轴向运动。
30.进一步，所述的诱导轮1左端的轴段上设置螺母，用于限制诱导轮1、离心叶轮轴向运动。
31.进一步，所述的泵蜗壳5与引气管组合9通过螺栓连接，涡轮排气管12与引气管组合9通过螺栓连接。
32.进一步，燃油密封装置6通过引气管组合9限位。
33.进一步，离心叶轮3后端面与引气管组合9壁面的间隙为e＝0.2mm～0.5mm，离心叶轮3前端面与引气管组合9壁面的间隙为f＝0.2mm～0.5mm，以保证泵的性能和叶轮的运转安全。
34.进一步，涡轮叶轮11左前端面与涡轮导向器10的间隙为c＝0.2mm～0.4mm，以保证涡轮的性能和运转安全。
35.进一步，涡轮叶轮11右端面与涡轮排气管12间隙为d＝0.2mm～0.4mm，以保证涡轮的性能和运转安全。
36.飞机高速飞行时，来自飞机的高速冲压空气从引气管组合9的空气入口进入到涡轮导向器10，冲击涡轮叶轮11高速旋转，带动同轴的离心叶轮3和诱导轮1旋转做功，经过冲击涡轮叶轮11后的空气在经过涡轮排气管12的导流叶片后，成为低速空气排出。高速旋转的诱导轮1和离心叶轮3使泵蜗壳5燃油进口的低压低速燃油形成高速流体，通过泵蜗壳5的燃油导向器4和蜗壳的稳流和扩压后，流体的速度能转化为压力能，形成高压燃油从泵蜗壳5燃油出口管输出。
37.空气涡轮与燃油泵的组合结构，根据航空产品的应用环境和使用特点，将燃油泵和空气涡轮两种介质、两种原理的流体机械，通过组合化设计，对性能、功能、结构减小融合，减小了产品的尺寸和重量，提高了能源利用率，该产品具有结构融合性好、功重比高等优点。
38.通过上述实施例，完全有效地实现了本发明的目的。该领域的技术人员可以理解本发明包括但不限于附图和以上具体实施方式中描述的内容。虽然本发明已就目前认为最
为实用且优选的实施例进行说明，但应知道，本发明并不限于所公开的实施例，任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

技术特征：
1.一种涵道式空气涡轮与燃油泵的组合结构，其特征在于，包括诱导轮、滑动轴承、离心叶轮、泵导叶、泵蜗壳、燃油密封装置、轴、滚动轴承、引气管组合、涡轮导向器、涡轮叶轮、涡轮排气管、空气密封装置；所述的泵蜗壳包括燃油进口和燃油出口，所述的泵蜗壳与引气管组合连接，形成组合壳体，所述的轴设置在组合壳体内，所述轴左端通过设置在泵蜗壳端部内孔中的滑动轴承支撑，所述的滑动轴承靠近燃油进口，中部通过设置在引气管组合中的滚动轴承支撑；所述的诱导轮、离心叶轮设置在轴位于滚动轴承、滑动轴承之间的轴段上，离心叶轮与引气管组合壁面间隙配合；所述的泵导叶设置在泵蜗壳内，且泵导叶设置在离心叶轮外侧，并与泵蜗壳燃油出口连通；燃油密封装置设置在所述的轴上，且燃油密封装置位于离心叶轮右端，空气密封装置设置在所述的轴上，且空气密封装置位于涡轮叶轮左端，所述的涡轮叶轮设置在轴右端，并位于引气管组合内，并且位于安装在引气管组合内的涡轮导向器的右侧，涡轮叶轮左前端面与涡轮导向器、涡轮叶轮右端面与涡轮排气管间隙配合；涡轮排气管与引气管组合连接，所述的涡轮排气管左端内壁面与涡轮叶轮外侧端面间隙配合，所述的引气管组合上设置空气进口；涡轮排气管上设置空气出口。2.根据权利要求1所述的一种涵道式空气涡轮与燃油泵的组合结构，其特征在于，还包括紧固螺母，紧固螺母设置在轴右端，用于紧固涡轮叶轮。3.根据权利要求1所述的一种涵道式空气涡轮与燃油泵的组合结构，其特征在于，还包括挡圈及拧紧螺母，挡圈及拧紧螺母均设置在轴上，且分别位于滚动轴承两侧，由于限制滚动轴承轴向运动。4.根据权利要求1所述的一种涵道式空气涡轮与燃油泵的组合结构，其特征在于，所述的诱导轮左端的轴段上设置螺母，用于限制诱导轮、离心叶轮轴向运动。5.根据权利要求1所述的一种涵道式空气涡轮与燃油泵的组合结构，其特征在于，所述的泵蜗壳与引气管组合通过螺栓连接，涡轮排气管与引气管组合通过螺栓连接。6.根据权利要求1所述的一种涵道式空气涡轮与燃油泵的组合结构，其特征在于，燃油密封装置通过引气管组合限位。7.根据权利要求1所述的一种涵道式空气涡轮与燃油泵的组合结构，其特征在于，离心叶轮后端面与引气管组合壁面的间隙为e＝0.2mm～0.5mm，离心叶轮前端面与引气管组合壁面的间隙为f＝0.2mm～0.5mm。8.根据权利要求1所述的一种涵道式空气涡轮与燃油泵的组合结构，其特征在于，涡轮叶轮左前端面与涡轮导向器的间隙为c＝0.2mm～0.4mm。9.根据权利要求1所述的一种涵道式空气涡轮与燃油泵的组合结构，其特征在于，涡轮叶轮右端面与涡轮排气管间隙为d＝0.2mm～0.4mm。

技术总结
本发明涉及一种涵道式空气涡轮与燃油泵的组合结构，包括诱导轮、滑动轴承、离心叶轮、泵导向器、泵蜗壳、燃油密封装置、轴、滚动轴承、引气管组合、涡轮导向器、涡轮叶轮、涡轮排气管、空气密封装置、紧固螺母、挡圈及拧紧螺母；引气管组合融合了燃油泵和空气涡轮的主承力结构，其内融合了滑动轴承与滚动轴承的安装结构，通过泵蜗壳和引气管组合内部结构融合了燃油对环境及涡轮的冷却通道，轴融合了燃油泵和空气涡轮的转子及支撑结构。本发明根据航空产品的应用环境和使用特点，将燃油泵和空气涡轮两种介质、两种原理的流体机械，通过组合化设计，对性能、功能、结构减小融合，减小了产品的尺寸和重量，提高了能源利用率。提高了能源利用率。提高了能源利用率。


技术研发人员：陈娅 徐三树 姜文
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/10/6