一种涡轮结构及涡轮泵的制作方法

本发明涉及火箭发动机，特别是涉及一种涡轮结构及涡轮泵。

背景技术：

1、涡轮作为泵压式液体火箭发动机涡轮泵的关键件，主要功能是将来自发生器的高温高压燃气加速，产生高速气流推动动叶旋转，输出轴功，为离心泵提供动力。

2、对于中等功率的涡轮，在开式循环系统中，可以采用单级冲击式涡轮和双级冲击式涡轮。双级冲击式涡轮充分利用了一级转子出口的余速，燃气经过二级导叶转向后，继续冲击二级转子，其效率远高于单级冲击涡轮。然而双级冲击式涡轮的结构更为复杂。

3、低温液体火箭发动机的涡轮处于高温、高压、高转速、低温和振动的复杂环境中，设计者不仅要保证涡轮的性能先进性，更要保证涡轮的结构简单性、可靠性和故障诊断的可实施性。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出一种涡轮结构及涡轮泵，在不影响高效率的前提下，优化了整体结构布局，使各零部组件的加工、装配和拆卸工艺性好，增强了产品互换性和故障诊断性。

2、本发明的一方面提供了一种涡轮结构，包括涡轮壳体、喷嘴叶栅环、双级涡轮盘、第一涡轮密封环、导向环、第二涡轮密封环和连接结构；所述喷嘴叶栅环和所述双级涡轮盘同轴设置于所述涡轮壳体内，所述喷嘴叶栅环的叶片通道用于将燃气加速产生高速气流，推动所述双级涡轮盘输出轴功；所述双级涡轮盘包括转盘，以及同轴设置于所述转盘外周的一级动叶和二级动叶；所述导向环的叶片通道设置于所述一级动叶通道和所述二级动叶通道之间，所述导向环的外环部设置于所述第一涡轮密封环和所述第二涡轮密封环之间；所述连接结构依次穿过所述第二涡轮密封环、所述导向环和所述第一涡轮密封环后与所述涡轮壳体连接，将所述双级涡轮盘和所述喷嘴叶栅环包覆在所述涡轮壳体内。

3、在一个实施例中，所述涡轮壳体包括：燃气弯管、集气环、和第一起动凸台以及第二起动凸台；所述燃气弯管与所述集气环径向的一侧外壁连通，所述集气环的另一侧外壁供所述第一起动凸台和所述第二起动凸台连通设置；所述集气环轴向两端均设有法兰；所述第一起动凸台和所述第二起动凸台的高度不大于所述法兰的高度。

4、在一个实施例中，所述第一起动凸台用于供火药起动器连通，其孔径与火药起动器匹配设置；所述第二起动凸台配有不同孔径的法兰，以便于与多种气体的起动阀门连通。

5、在一个实施例中，所述导向环包括三个等面积的扇形环；各所述扇形环的径向外围设有多个安装孔；所述连接结构通过依次穿过所述第二涡轮密封环、各所述安装孔和所述第一涡轮密封环后与所述涡轮壳体连接，将三个所述扇形环装配成所述导向环。

6、在一个实施例中，所述扇形环环向设有多个叶片，所述扇形环的叶片个数为3的整数；所述扇形环径向内侧设有朝向远离所述叶片方向的密封齿。

7、在一个实施例中，所述第一涡轮密封环与所述第二涡轮密封环结构相同。

8、在一个实施例中，所述喷嘴叶栅环的叶片通道高度＜所述一级动叶通道高度＜所述导向环的叶片通道高度＜所述二级动叶通道高度。

9、在一个实施例中，所述一级动叶的叶顶设有第一叶顶围带，所述二级动叶的叶顶设有第二叶顶围带；所述第一叶顶围带和所述第二叶顶围带的外径相同。

10、在一个实施例中，所述连接结构包括双头螺柱和高温自锁螺母；所述双头螺柱一端将所述第二涡轮密封环、所述导向环、所述第一涡轮密封环和所述集气环连接后，另一端与所述高温自锁螺母锁紧。

11、本发明的另一个方面还提供了一种涡轮泵。该涡轮泵包括上述实施例中所述的任意一种涡轮结构。

12、本发明提出的一种涡轮结构及涡轮泵，至少具有以下优点：

13、1、涡轮效率高，整体布局方案简单，结构紧凑，故障诊断可实施性强。

14、2、能够同时采用气体起动和火药起动器起动，实现发动机的多次启动，或者当火药起动器发生故障或者火药不足时，可以直接更换为气体起动方式。

15、3、音叉一体式双级涡轮盘强度和刚度好，轴系临界转速余量大，轴系稳定可靠。

16、4、所属零部组件的加工、装配和拆卸的工艺性好。

17、5、零部组件可互换性较高，成本较低。

18、在阅读具体实施方式并且在查看附图之后，本领域的技术人员将认识到另外的特征和优点。

技术特征：

1.一种涡轮结构，其特征在于，至少包括涡轮壳体、喷嘴叶栅环、双级涡轮盘、第一涡轮密封环、导向环、第二涡轮密封环和连接结构；

2.根据权利要求1所述的涡轮结构，其特征在于，所述涡轮壳体包括：燃气弯管、集气环、第一起动凸台以及第二起动凸台；

3.根据权利要求2所述的涡轮结构，其特征在于，所述第一起动凸台用于供火药起动器连通，其孔径与火药起动器匹配设置；

4.根据权利要求1所述的涡轮结构，其特征在于，所述导向环包括三个等面积的扇形环；各所述扇形环的径向外围设有多个安装孔；

5.根据权利要求4所述的涡轮结构，其特征在于，所述扇形环环向设有多个叶片，所述扇形环的叶片个数为3的整数；

6.根据权利要求1所述的涡轮结构，其特征在于，所述喷嘴叶栅环的叶片通道高度＜所述一级动叶通道高度＜所述导向环的叶片通道高度＜所述二级动叶通道高度。

7.根据权利要求6所述的涡轮结构，其特征在于，所述第一涡轮密封环与所述第二涡轮密封环结构相同。

8.根据权利要求7所述的涡轮结构，其特征在于，所述一级动叶的叶顶设有第一叶顶围带，所述二级动叶的叶顶设有第二叶顶围带；

9.根据权利要求2所述的涡轮结构，其特征在于，所述连接结构包括双头螺柱和高温自锁螺母；

10.一种涡轮泵，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的涡轮结构。

技术总结
本发明提供了一种涡轮结构及涡轮泵，至少包括涡轮壳体、喷嘴叶栅环、双级涡轮盘、第一涡轮密封环、导向环、第二涡轮密封环和连接结构。在保证涡轮高效率和高可靠性的前提下，将喷嘴也栅环和双级涡轮盘安装在涡轮壳体内，通过连接结构可以将第二涡轮密封环、导向环和第一涡轮密封环全部固定安装于涡轮壳体，进而将双级涡轮盘和喷嘴叶栅环密封安装在涡轮壳体内，从而完成涡轮结构的装配。当在发动机试车过程中出现故障，且涡轮叶片可能发生烧蚀时，无需再将发动机撤离试车台，可以通过拆卸连接机构，将导向环和两个涡轮密封环全部拆除，从而快速判断故障原因，非常有利于涡轮盘和喷嘴叶栅环的故障诊断及维修。

技术研发人员：李金鸽,王磊,刘磊,梁润孜,张树强,李永鹏,王琳
受保护的技术使用者：蓝箭航天空间科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12