转子结构、涡轮泵及泵压式供应系统

技术领域

本申请属于航天工程技术领域，具体涉及一种转子结构、涡轮泵及泵压式供应系统。

背景技术

对于大推力、长寿命的液体火箭发动机，泵压式推进剂供应系统由于其重量轻、所需泵入口压力低的优点而被广泛使用，涡轮泵作为泵压式供应系统中的核心部分，其功能是为推进剂增压，以满足系统要求。涡轮泵主要包括涡轮和泵两部分，连接涡轮与泵两部分的部件即为涡轮泵的转子组件(以下简称转子)，转子通常包括涡轮和轴两部分，高温高压燃气对涡轮做功，带动泵旋转。轴则通过花键等方式与叶轮、诱导轮等泵转子部件连接，接受涡轮提供的轴动力并传递给推进剂使其加速，再通过泵的静子部件使推进剂减速，压头增高。为提高涡轮效率，对于燃气发生器循环来说，一般采用速度分级冲击式涡轮，该涡轮由两列动叶构成，动叶之间设置静叶来转换气流方向，提高能量利用率。

但是，现有技术中的两级涡轮转子易于发生节径振动及节圆振动，导致盘轴连接处或轴根部发生疲劳断裂，严重影响涡轮泵的安全性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种转子结构、涡轮泵及泵压式供应系统，旨在至少能够在一定程度上解决两级涡轮转子易于发生节径振动及节圆振动，导致盘轴连接处或轴根部发生疲劳断裂的技术问题。

本发明的技术方案为：

一种转子结构，其特殊之处在于，包括：涡轮盘，包括第一连接部和与所述第一连接部连接的第二连接部；转轴，与所述第一连接部连接；叶片，与所述第二连接部连接；至少一个阻尼组件，与所述第一连接部连接，并与所述第二连接部贴合。

在一些实施方案中，所述阻尼组件包括：限位件，一端与所述第一连接部连接，另一端与所述第二连接部相对；金属橡胶阻尼器，设于所述限位件与所述第二连接部之间，并与所述第二连接部贴合。

在一些实施方案中，所述金属橡胶阻尼器与所述第二连接部之间的间距大于所述金属橡胶阻尼器与所述叶片之间的间距。

在一些实施方案中，所述限位件包括：第三连接部，与所述第一连接部连接，并与所述第一连接部贴合；限位部，与所述第三连接部连接，并与所述第二连接部相对，所述限位部开设有容纳槽，所述金属橡胶阻尼器设于所述容纳槽内。

在一些实施方案中，沿所述涡轮盘的轴向，所述限位部背离所述第三连接部的端部与所述第二连接部之间有间距。

在一些实施方案中，所述转子结构还包括用于连接所述第一连接部和所述阻尼组件的第一连接组件。

在一些实施方案中，所述转子结构还包括用于连接所述第一连接部和所述转轴的第二连接组件。

在一些实施方案中，所述涡轮盘与所述转轴同轴。

基于相同的发明构思，本发明还提供一种涡轮泵，包括所述的转子结构。

基于相同的发明构思，本发明还提供一种泵压式供应系统，包括所述的涡轮泵。

本发明的有益效果至少包括：

在现有技术中，两级涡轮转子易于受燃气来流影响，由于燃气来流存在一定扰动，当作用于涡轮盘面时，涡轮盘易于发生节径及节圆振动，导致盘轴连接处或轴根部发生疲劳断裂，严重影响涡轮泵的安全性。

由于涡轮盘包括第一连接部和与第一连接部连接的第二连接部，转轴与第一连接部连接，叶片与第二连接部连接，所以，在高温高压燃气对叶片做功时，叶片依次通过第二连接部和第一连接部带动转轴转动，以实现动力输出，由于至少一个阻尼组件与第一连接部连接，并与第二连接部贴合，所以，当高温高压燃气作用于涡轮盘面时，通过阻尼组件对涡轮盘进行缓冲减振，以增加第二连接部转动时的阻尼，可以减小涡轮盘振动，以减小涡轮盘的节径及节圆振动，降低转轴与第一连接部的连接处或转轴背离第一连接部的端部发生疲劳断裂的可能性，保证转轴的安全，以保证涡轮泵的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一些实施例的转子结构的结构示意图。

附图中：

涡轮盘10，第一连接部101，嵌入件1011，第二连接部102；

转轴20，本体201，第四连接部202；

叶片30；

阻尼组件40，限位件401，第三连接部4011，限位部4012，金属橡胶阻尼器402；

第一连接组件50；

第二连接组件60。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

下面结合附图并参考具体实施例描述本申请：

本实施例所提供的一种转子结构、涡轮泵及泵压式供应系统，旨在至少能够在一定程度上解决两级涡轮转子易于发生节径振动及节圆振动，导致盘轴连接处或轴根部发生疲劳断裂的技术问题。

图1为一些实施例的转子结构的结构示意图。结合图1，本实施例的转子结构包括：涡轮盘10、转轴20、叶片30和至少一个阻尼组件40。涡轮盘10包括第一连接部101和与第一连接部101连接的第二连接部102。转轴20与第一连接部101连接。叶片30与第二连接部102连接。至少一个阻尼组件40与第一连接部101连接，并与第二连接部102贴合。

在现有技术中，两级涡轮转子易于受燃气来流影响，由于燃气来流存在一定扰动，当作用于涡轮盘面时，涡轮盘易于发生节径及节圆振动，导致盘轴连接处或轴根部发生疲劳断裂，严重影响涡轮泵的安全性。

由于涡轮盘10包括第一连接部101和与第一连接部101连接的第二连接部102，转轴20与第一连接部101连接，叶片30与第二连接部102连接，所以，在高温高压燃气对叶片30做功时，叶片30依次通过第二连接部102和第一连接部101带动转轴20转动，以实现动力输出，由于至少一个阻尼组件40与第一连接部101连接，并与第二连接部102贴合，所以，当高温高压燃气作用于涡轮盘10面时，通过阻尼组件40对涡轮盘10进行缓冲减振，以增加第二连接部102转动时的阻尼，可以减小涡轮盘10振动，以减小涡轮盘10的节径及节圆振动，降低转轴20与第一连接部101的连接处或转轴20背离第一连接部101的端部发生疲劳断裂的可能性，保证转轴20的安全，以保证涡轮泵的安全性。

在一些实施例中，阻尼组件40的数目可以为一个或一个以上。在阻尼组件40的数目为两个时，两个阻尼组件40分别位于涡轮盘10相背的两侧，以保证增加阻尼的效果。

结合图1，在一些实施例中，为了实现对涡轮盘10进行缓冲减振，阻尼组件40包括：限位件401和金属橡胶阻尼器402。限位件401一端与第一连接部101连接，另一端与第二连接部102相对。金属橡胶阻尼器402设于限位件401与第二连接部102之间，并与第二连接部102贴合。

在一些实施例中，通过第一连接部101支撑限位件401，以保证限位件401安装的稳定性。通过限位件401容纳金属橡胶阻尼器402，以使金属橡胶阻尼器402与第二连接部102贴合，通过金属橡胶阻尼器402对涡轮盘10进行缓冲减振，以增加第二连接部102转动时的阻尼，可以减小涡轮盘10振动，以减小涡轮盘10的节径及节圆振动，降低转轴20与第一连接部101的连接处或转轴20背离第一连接部101的端部发生疲劳断裂的可能性，保证转轴20的安全，以保证涡轮泵的安全性。

在一些实施例中，由于第二连接部102与叶片30连接处的振动较大，为了进一步地实现对涡轮盘10进行缓冲减振，金属橡胶阻尼器402与第二连接部102之间的间距大于金属橡胶阻尼器402与叶片30之间的间距，也就是说，金属橡胶阻尼器402相比于第一连接部101更靠近于叶片30，使得金属橡胶阻尼器402与涡轮盘10振动较大的区域贴合，通过金属橡胶阻尼器402对涡轮盘10振动较大的区域进行缓冲减振，以增加第二连接部102转动时的阻尼，可以减小涡轮盘10振动，以减小涡轮盘10的节径及节圆振动，降低转轴20与第一连接部101的连接处或转轴20背离第一连接部101的端部发生疲劳断裂的可能性，保证转轴20的安全，以保证涡轮泵的安全性。

结合图1，在一些实施例中，为了实现金属橡胶阻尼器402可以对涡轮盘10进行缓冲减振，限位件401包括：第三连接部4011和限位部4012。第三连接部4011与第一连接部101连接，并与第一连接部101贴合，以便于第三连接部4011与第一连接部101连接，同时，保证第三连接部4011与第一连接部101连接的稳定性。限位部4012与第三连接部4011连接，并与第二连接部102相对，限位部4012开设有容纳槽，金属橡胶阻尼器402设于容纳槽内，通过容纳槽容纳金属橡胶阻尼器402，以使金属橡胶阻尼器402与第二连接部102贴合，以增加第二连接部102转动时的阻尼，可以减小涡轮盘10振动，以减小涡轮盘10的节径及节圆振动，降低转轴20与第一连接部101的连接处或转轴20背离第一连接部101的端部发生疲劳断裂的可能性，保证转轴20的安全，以保证涡轮泵的安全性。

在一些实施例中，为了保证第三连接部4011可以与第一连接部101贴合，沿涡轮盘10的轴向，限位部4012背离第三连接部4011的端部与第二连接部102之间有间距，同时，避免在第二连接部102转动时，限位部4012与第二连接部102发生碰撞，保证限位部4012和第二连接部102的安全。

在一些实施例中，沿涡轮盘10的轴向，限位部4012背离第三连接部4011的端部与第二连接部102之间的间距可以为0.1mm～0.5mm，可以避免在第二连接部102转动时，限位部4012与第二连接部102发生碰撞，同时，也避免金属橡胶阻尼器402由容纳槽内甩出，保证金属橡胶阻尼器402安装的稳定性。

结合图1，在一些实施例中，为了实现第一连接部101与阻尼组件40连接，转子结构还包括：第一连接组件50。第一连接组件50用于连接第一连接部101和阻尼组件40，增大了第一连接部101和阻尼组件40之间的结构阻尼，可以进一步地减小涡轮盘10振动，以减小涡轮盘10的节径及节圆振动，降低转轴20与第一连接部101的连接处或转轴20背离第一连接部101的端部发生疲劳断裂的可能性，保证转轴20的安全，以保证涡轮泵的安全性。

在一些实施例中，第一连接组件50可以包括：螺栓和螺母。在阻尼组件40的数目为一个时，螺栓依次穿过阻尼组件40和第一连接部101与螺母连接，通过螺母进行锁紧，以实现第一连接部101与阻尼组件40的连接。在阻尼组件40的数目为两个时，螺栓依次穿过两个阻尼组件40中一个阻尼组件40、第一连接部101和两个阻尼组件40中另一个阻尼组件40与螺母连接，通过螺母进行锁紧，以实现第一连接部101与两个阻尼组件40的连接，同时，也降低了成本。其中，螺栓可以为高温螺栓，螺母可以为高温螺母，以减小温度影响。

在一些实施例中，第一连接组件50的螺母可以为高温自锁螺母，以避免螺栓在螺栓上松动，保证第一连接部101与阻尼组件40连接的稳定性。当然，在其它一些实施例中，第一连接组件50的螺母可以为普通螺母，在第一连接组件50的螺栓与螺母连接后，可以通过三点焊的方式焊接螺栓和螺母，以避免螺母由螺栓上松动，保证第一连接部101与阻尼组件40连接的稳定性。

结合图1，在一些实施例中，为了实现第一连接部101和转轴20连接，转子结构还包括：第二连接组件60。第二连接组件60用于连接第一连接部101和转轴20，增大了第一连接部101与转轴20之间的结构阻尼，可以进一步地减小涡轮盘10振动，以减小涡轮盘10的节径及节圆振动，降低转轴20与第一连接部101的连接处或转轴20背离第一连接部101的端部发生疲劳断裂的可能性，保证转轴20的安全，以保证涡轮泵的安全性。

在一些实施例中，第二连接组件60用于连接第一连接部101和转轴20，实现了第一连接部101与转轴20分体式设计，减小了加工难度，同时，也可增加生产成品率。

在一些实施例中，第一连接部101与转轴20之间分体式设计，进一步增加了转子结构阻尼，以减小涡轮盘10的节径及节圆振动，降低转轴20与第一连接部101的连接处或转轴20背离第一连接部101的端部发生疲劳断裂的可能性，保证转轴20的安全，以保证涡轮泵的安全性。

在一些实施例中，第二连接组件60可以包括：螺栓和螺母。螺栓依次穿过转轴20和第一连接部101与螺母连接，通过螺母进行锁紧，以实现第一连接部101与转轴20的连接。其中，螺栓可以为高温螺栓，螺母可以为高温螺母，以减小温度影响。

在一些实施例中，第二连接组件60的螺母可以为高温自锁螺母，以避免螺栓在螺栓上松动，保证第一连接部101与转轴20连接的稳定性。当然，在其它一些实施例中，第二连接组件60的螺母可以为普通螺母，在第二连接组件60的螺栓与螺母连接后，可以通过三点焊的方式焊接螺栓和螺母，以避免螺母由螺栓上松动，保证第一连接部101与转轴20连接的稳定性。

结合图1，在一些实施例中，为了便于转轴20与第一连接部101连接，转轴20包括：本体201和第四连接部202。第四连接部202设于本体201的外周面上，并沿本体20的径向，向远离本体20的轴线的方向延伸，第二连接组件60的螺栓依次穿设于第四连接部202和第一连接部101与第二连接组件60的螺母连接。

结合图1，在一些实施例中，转轴20开设有安装槽，第一连接部101上设有嵌入件1011，嵌入件1011嵌设于安装槽内，嵌入件1011嵌设于安装槽之间为过盈配合，进一步地保证第一连接部101与转轴20之间的连接强度。其中，嵌入件1011与安装槽采用热装方式进行装配，以进一步地保证第一连接部101与转轴20连接的稳定性。

结合图1，在一些实施例中，为了提高转子结构的临界转速，涡轮盘10为音叉型二级涡轮盘，也就是说，第二连接部102的截面形状可以为U形或V形，在质量增加较小的基础上，减小了涡轮盘10的轴向距离，同时，也提高了转子结构运行的稳定性。

在一些实施例中，涡轮盘10与转轴20同轴，以减小转子结构的不平衡量。

基于同样的发明构思，本申请还提出一种涡轮泵，该涡轮泵采用了所述转子结构，该转子结构的具体结构参照上述实施例，由于顶板结构采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

基于同样的发明构思，本申请还提出一种泵压式供应系统，该泵压式供应系统采用了所述涡轮泵，该涡轮泵的具体结构参照上述实施例，由于顶板结构采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。