一种气液复合驱动预压涡轮泵结构及预压涡轮泵驱动方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109973246A(43)申请公布日2019.07.05(21)申请号201910223976.8(22)申请日2019.03.22(71)申请人西安航天动力研究所地址710100陕西省西安市航天基地飞天路289号(72)发明人袁伟为王晓锋苗旭升李惠敏李春乐毛凯蒋建园王飞(74)专利代理机构中国航天科技专利中心11009代理人马全亮(51)Int.Cl.F02K9/46(2006.01)F02K9/52(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种气液复合驱动预压涡轮泵结构及预压涡轮泵驱动方法(57)摘要一种气液复合驱动预压涡轮泵结构及预压涡轮泵驱动方法，适用于自身起动泵压式液体火箭发动机中，其能够在发动机起动阶段提前起旋预压涡轮泵，提高发动机起动阶段主泵的入口压力，从而改善发动机低入口压力的起动特性。本发明的气液复合驱动预压涡轮泵是通过高压液体和高温燃气复合驱动预压涡轮带动预压泵旋转增压。气涡轮与液涡轮共用一个涡轮转子。在发动机起动阶段利用主泵后的高压液体提前起旋预压涡轮，提高主泵的入口压力，降低主泵的汽蚀程度，待预压涡轮泵达到一定转速以后，关闭驱动液路，高温燃气接力驱动预压涡轮泵，提高发动机起动阶段的工作可靠性。本发明预压涡轮泵结构已在产品上进行过验证试验，取得了很好的效果。CN109973246ACN109973246A权利要求书1/1页1.一种气液复合驱动预压涡轮泵结构，其特征在于包括：喷嘴环(1)和预压涡轮叶片(2)，喷嘴环(1)上设置有气喷嘴(3)和液喷嘴(4)，分别喷射高压燃气和高压液体；所述气喷嘴(3)为收缩扩张喷嘴，所述液喷嘴(4)为收缩喷嘴；通过高压液体和高压燃气接力复合驱动预压涡轮叶片(2)带动预压泵旋转增压，气涡轮和液涡轮共用一个涡轮转子。2.根据权利要求1所述的气液复合驱动预压涡轮泵结构，其特征在于：预压泵为轴流泵。3.根据权利要求1所述的气液复合驱动预压涡轮泵结构，其特征在于：所述气涡轮是指高压气体驱动预压涡轮叶片(2)带动预压泵旋转增压，所述液涡轮是指高压液体驱动预压涡轮叶片(2)带动预压泵旋转增压，涡轮转子包括预压涡轮叶片(2)和预压泵。4.根据权利要求1所述的气液复合驱动预压涡轮泵结构，其特征在于：液喷嘴(4)安放角保证高压液体驱动预压涡轮叶片(2)时旋向与气涡轮驱动状态相同。5.根据权利要求4所述的气液复合驱动预压涡轮泵结构，其特征在于：液喷嘴(4)的安放角保证在整个变工况工作时预压泵均输出正功率；如果在某些工况点输出的功率为负，则修正安放角，直至输出正功率，所述变工况工作是指液体驱动预压涡轮叶片(2)带动预压泵旋转增压，预压泵从开始起旋到增加至预定转速的变化过程。6.根据权利要求1所述的气液复合驱动预压涡轮泵结构，其特征在于：气喷嘴(3)采用局部进气方式。7.根据权利要求1所述的气液复合驱动预压涡轮泵结构，其特征在于：液喷嘴(4)的收缩角度θ取10°<θ<20°。8.根据权利要求1所述的气液复合驱动预压涡轮泵结构，其特征在于：液喷嘴(4)的冲角α取1°<α<2°。9.根据权利要求1所述的气液复合驱动预压涡轮泵结构，其特征在于：所述高压液体为压力范围10～20Mpa，且与预压泵增压的液体为同种介质，所述高压气体为压力范围10～20MPa、温度范围400～600K的气体。10.一种采用如权利要求1～9中任一项所述的气液复合驱动预压涡轮泵结构实现的预压涡轮泵驱动方法，其特征在于步骤如下：(1)在起动阶段利用高压液体提前起旋预压涡轮泵，提高主泵的入口压力；(2)待预压涡轮泵达到预定转速以后，关闭驱动液路；(3)高压燃气接力驱动预压涡轮泵。2CN109973246A说明书1/3页一种气液复合驱动预压涡轮泵结构及预压涡轮泵驱动方法技术领域[0001]本发明涉及一种气液复合驱动预压涡轮泵结构，属于流体机械技术领域。背景技术[0002]我国新一代液体火箭发动机普遍采用推进剂输送预压技术。通过预压泵对推进剂的预先增压，保证主泵在较低的贮箱压力下不发生汽蚀。当发动机处于起动阶段时，预压涡轮泵的转速是一个逐渐提高的过程，在一定时间段内是作为流阻元件存在，其流阻会导致主泵入口压力降低。对于高空二级发动机，由于发动机入口压力更低，因此起动段主泵入口压力会降得更低，降低了发动机工作的可靠性。发明内容[0003]本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，为了改善发动机低入口压力的起动特性，提供了一种气液复合驱动预压涡轮泵结构。在起动阶段利用主泵后的高压液体提前起旋预压涡轮，提高主泵的入口压力，降低主泵的汽蚀程度，待预压涡轮泵达到一定转速以后，关闭驱动液路，高温燃气接力驱动预压涡轮泵，提高发动机起动阶段的工作可靠性。