[发明专利]燃料系统增压泵蜗壳

说明书

技术领域

本公开涉及飞行器喷射发动机安装的燃料离心增压泵，例如，特别涉及离心增压泵蜗壳。

背景技术

离心增压泵通常与主燃料泵封装在一起，主燃料泵通常是正排量齿轮泵类型，这两者由公共轴驱动。离开增压阶段的燃料经过过滤器和燃料油换热器，再进入主泵。压力损失由这些部件和相关的管道系统引入，同时热也被添加到燃料。馈给离心增压泵的燃料通过主框架管道系统来自主框架燃料箱。燃料箱通常与周围的大气压通风，或者在某些情况下，被加压到比周围大气压高几个psi。这些燃料箱设有浸没的泵送设备，这些泵送设备在一些情况下是由电机或涡轮机驱动的轴流泵，或者在其它情况下是喷射泵，统称为主框架增压泵。

在飞行过程中，燃料箱内的压力由于周围大气压的自然降低而随海拔高度逐渐减小。 在正常操作状态下，业界标准要求主框架增压泵以高于燃料的真实蒸气压力最少5psi的压力向发动机安装的增压泵提供不间断的流动，并且没有V/L（蒸气液体比）或没有蒸气作为第二相存在。在异常操作下，这相当于不正常工作的主框架增压泵，在增压阶段泵的进口处的压力可能仅高于燃料真实蒸气压力2或3psi，而蒸气可能存在从而有高达0.45或更高的V/L比。术语的定义、推荐的测试实践、和燃料物理特征都在例如像协调研究委员会报告635、AIR1326、SAE ARP492、SAE ARP4024、ASTM D2779和ASTM D3827的业界规定和标准中概述。

在正常或异常操作期间，要求离心增压泵在整个飞行任务中所遇到的全部操作状态下都在主泵入口处维持足够的压力，使得主泵能够维持所要求的向燃料控制和计量单元的输出流动和压力从而实现连续的且不间断的发动机运行。对允许发动机安装的离心增压泵所传递的最大压力升高还有限制以不超过燃料油换热器的机械压力额定值，或者还有关于最小叶轮叶片间距的限制，使得像从维修介入遗落的螺栓之类的大杂质将通过并安全地被捕获在下游的过滤器中。所有这些要求以及满足从起飞期间的大流动到飞行怠速降落期间的细流的全部流动操作范围，并且燃料温度从-40F变化到300F,使得发动机安装的燃料泵的空气动力学设计受到严重的挑战。

蜗壳收集沿几乎切线方向并且以接近叶轮尖端切线速度的高速度离开叶轮的流动，并且将其引导到泵排出端口。从泵入口到叶轮出口端口，向流体添加能量的唯一元件就是叶轮。该能量由泵驱动器在所述轴处提供。成功的泵被期望在泵排出端口处以相对低速、以高于泵入口压力的所要求的压力升高并以最佳可能效率传送流动。

通常来说，叶轮自身展现出在75％和95％之间的高效率，这视在流动和运行速度方面的泵尺寸而定。离开叶轮出口端口的流动流，除了包含静压形式的势能以外，还因流体流的高速度而包含相当大数量的动能。因此，为了实现整个泵的高的整体效率，蜗壳必须提供高度的压力恢复，或者将尽可能多的动能转换为势能，或者静压。为了实现此目的，蜗壳截面沿着流动方向逐渐增大，这强迫流体流变慢，并且在此过程中，能量被恢复成压力形式。

蜗壳由三个不同的部分构成。第一部分，其包围叶轮出口端口，被称为狭义蜗壳。第二部分，其通常是笔直的逐渐变细段，并具有圆形的截面，被称为扩散器。最后的部分，其将流动从相对于叶轮轴线的法向平面转向到轴向，被称为出口弯曲部。对出口弯曲部的需要由给定应用的具体要求来规定。

发明内容

公开的增压泵蜗壳包括在通道的长度上分布的与流动正交的截面表面。蜗壳包括狭义蜗壳、出口弯曲部和将狭义蜗壳流体地互连到出口弯曲部的扩散器。截面表面被定义为在一组数据中阐明的尺寸，这组数据包括用于狭义蜗壳的表N-1和N-2和用于蜗壳出口弯曲部的表N-3，其中N是同一值。

附图说明

参照附图考虑下面的详细描述时，可进一步理解本公开，附图中：

图1是示例燃料传送系统的示意图。

图2是发动机安装的增压泵的截面图。

图3是增压阶段壳体盖的透视图，示出了在铣削操作中的蜗壳和工具刀具。

图4是增压阶段中心板的视图。这里也示出了工具刀具。

图5是增压蜗壳流体体积的透视图。

图6是蜗壳流体体积的另一透视图，其中画出轮廓的区域描述了狭义蜗壳、蜗壳出口弯曲部和扩散器。

图7A是蜗壳几何形状-尺寸标注方案。

图7B是图7A中示出的蜗壳几何形状-尺寸标注方案的另一方面，包括蜗壳出口弯曲部几何形状-尺寸标注方案。

图8A是沿图7A中线A-A截取的截面图。