一种用于涡轮泵的轴承冷却结构和涡轮泵的制作方法

1.本发明涉及航天发动机技术领域，尤其涉及一种用于涡轮泵的轴承冷却结构和涡轮泵。


背景技术：

2.液体火箭发动机是一种采用液体推进剂的化学火箭发动机，液体火箭发动机包括用于对推进剂进行增压的涡轮泵，液体火箭发动机工作时，通过涡轮泵向推力室输送具有一定压力和流量的推进剂，推进剂在推力室燃烧后形成高压高温燃气，高压高温燃气通过喷头喷出以反向推动液体火箭发动机实现飞行。
3.通常，涡轮泵由离心泵和涡轮组成，涡轮用于输出能量，离心泵依靠涡轮输出的能量输送具有一定压力和流量的推进剂，由于离心泵工作时处于高速旋转状态，因此需要通过轴承进行支撑。
4.离心泵工作时，轴承不仅需要承受着来自离心泵的轴向力和径向力，还需要承受涡轮泵的振动作用，导致轴承工作时会产生大量的热量，因此需要对轴承进行冷却，通常，泵壳体内设置有流道，涡轮泵内的推进剂穿过流道对轴承进行冷却，以降低轴承的自身温度。但是，采用这种结构时，输送至轴承的推进剂流量无法控制，当推进剂过少时，轴承摩擦产生的热量不能被及时带走，降低了轴承的冷却效果；当推进剂过多时，增大了轴承的润滑效果，增加了轴承的性能损耗，进而影响轴承的自身性能和使用寿命。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种用于涡轮泵的轴承冷却结构和涡轮泵，以调节输送至轴承的推进剂流量，提高轴承的自身性能和使用寿命。
6.为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种用于涡轮泵的轴承冷却结构包括转轴、离心轮、轴承以及泵壳体，轴承和离心轮沿转轴的轴线方向依次安装于转轴上，泵壳体包围设置于离心轮和轴承外侧，转轴和泵壳体之间通过轴承转动连接；
7.泵壳体上设置有用于流通推进剂的流道，流道的两端分别朝向离心轮和轴承，轴承冷却结构还包括用于限制推进剂流量的限流喷嘴，限流喷嘴与泵壳体可拆卸连接且与流道相连通，推进剂经过限流喷嘴和流道流向轴承；
8.限流喷嘴内设置有限流孔，限流孔的孔径小于流道的孔径。
9.采用上述技术方案的情况下，轴承冷却结构包括转轴、离心轮、轴承、泵壳体和限流喷嘴，泵壳体上设置有用于流通推进剂的流道，流道的两端分别朝向离心轮和轴承，限流喷嘴与泵壳体可拆卸连接且与流道相连通，推进剂经过限流喷嘴和流道流向轴承，限流喷嘴内设置有限流孔，限流孔的孔径小于流道的孔径。采用这种结构，通过限流喷嘴的限流孔可以限制推进剂的流量，通过控制限流孔的孔径可以调节输送至轴承的推进剂流量，当推进剂流量过大时，可以采用具有小孔径限流孔的限流喷嘴，当推进剂的流量过小时，可以采用具有大孔径限流孔的限流喷嘴，通过采用具有不同大小限流孔的限流喷嘴，能够调节输
送至轴承的推进剂流量，从而提高轴承的自身性能和使用寿命，进而提高涡轮泵的使用寿命。
10.在一些可能的实现方式中，泵壳体上设置有用于对限流喷嘴进行轴向定位及径向定位的定位槽，定位槽的槽底设置有与流道相连通的开口；
11.限流喷嘴包括首段和尾段，尾段卡接于定位槽内，尾段内设置有通孔，限流孔位于首段内，限流孔、通孔、开口和流道依次连通；
12.限流喷嘴与流道的远离轴承的一端相连通。
13.在一些可能的实现方式中，首段上沿其径向方向向外延伸形成有环形凸起，泵壳体上设置第一限位槽，环形凸起卡接于第一限位槽内，以限制限流喷嘴朝流道方向的轴向运动。
14.在一些可能的实现方式中，还包括挡板，挡板与泵壳体可拆卸连接，且抵压首段上远离尾段的端面，以限制限流喷嘴朝远离流道方向的轴向运动；
15.泵壳体上设置第二限位槽，挡板卡接于第二限位槽内。
16.在一些可能的实现方式中，还包括密封环，密封环设置于首段和泵壳体之间。
17.在一些可能的实现方式中，还包括浮动环，浮动环套设于离心轮外侧，浮动环的端面与挡板的端面之间相抵接以实现端面密封。
18.在一些可能的实现方式中，还包括限位螺母，限位螺母套设于浮动环外侧且与泵壳体连接，浮动环和限位螺母之间存在间隙以形成用于推进剂流通的流通路径，流通路径与限流孔相连通。
19.在一些可能的实现方式中，还包括螺纹紧固件，限位螺母上设置有通孔，泵壳体上设置有螺纹孔，螺纹紧固件穿过通孔与螺纹孔螺纹连接。
20.在一些可能的实现方式中，限流喷嘴设置有多个，且多个限流喷嘴中限流孔的孔径依次递增。
21.第二方面，本发明还提供一种涡轮泵，包括如上述方案任一项提供的用于涡轮泵的轴承冷却结构。
22.采用上述技术方案的情况下，由于涡轮泵采用了本技术中的用于涡轮泵的轴承冷却结构，因此能够调节输送至轴承的推进剂流量，提高轴承的自身性能和使用寿命。
附图说明
23.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
24.图1为本发明中轴承冷却结构的示意图。
25.附图标记：
26.1-轴承，2-泵壳体，3-流道，4-限流喷嘴，5-密封环，6-挡板，7-浮动环，8-限位螺母，9-离心轮。
具体实施方式
27.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅
用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
29.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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发明和简化描述，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发明的限制。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。
32.请参阅图1，本发明实施例提供一种用于涡轮泵的轴承冷却结构包括转轴、离心轮9、轴承1以及泵壳体2，轴承1和离心轮9沿转轴的轴线方向依次安装于转轴上，泵壳体2包围设置于离心轮9和轴承1外侧，转轴和泵壳体2之间通过轴承1转动连接；泵壳体2上设置有用于流通推进剂的流道3，流道3的两端分别朝向离心轮9和轴承1，轴承冷却结构还包括用于限制推进剂流量的限流喷嘴4，限流喷嘴4与泵壳体2可拆卸连接且与流道3相连通，推进剂经过限流喷嘴4和流道3流向轴承1；限流喷嘴4内设置有限流孔，限流孔的孔径小于流道3的孔径。
33.采用上述技术方案的情况下，轴承冷却结构包括转轴、离心轮9、轴承1、泵壳体2和限流喷嘴4，泵壳体2上设置有用于流通推进剂的流道3，流道3的两端分别朝向离心轮9和轴承1，限流喷嘴4与泵壳体2可拆卸连接且与流道3相连通，推进剂经过限流喷嘴4和流道3流向轴承1，限流喷嘴4内设置有限流孔，限流孔的孔径小于流道3的孔径。采用这种结构，通过限流喷嘴4的限流孔可以限制推进剂的流量，通过控制限流孔的孔径可以调节输送至轴承1的推进剂流量，当推进剂流量过大时，可以采用具有小孔径限流孔的限流喷嘴4，当推进剂的流量过小时，可以采用具有大孔径限流孔的限流喷嘴4，通过采用具有不同大小限流孔的限流喷嘴4，能够调节输送至轴承1的推进剂流量，从而提高轴承1的自身性能和使用寿命，进而提高涡轮泵的使用寿命。此外，当需要改变推进剂的流量时，可以通过更换不同孔径的限流喷嘴4即可，不需要改变其他零件，因此能够使调节推进剂流量更加方便。
34.在一些实施例中，泵壳体2上设置有用于对限流喷嘴4进行轴向定位及径向定位的定位槽，定位槽的槽底设置有与流道3相连通的开口；限流喷嘴4包括首段和尾段，尾段卡接于定位槽内，尾段内设置有通孔，限流孔位于首段内，限流孔、通孔、开口和流道3依次连通；限流喷嘴4与流道3的远离轴承1的一端相连通。示例性的，流道3包括直流部和斜流部，直流部和斜流部相连通，尾段与直流部相连通，斜流部的一端朝向轴承1，推进剂依次经过直流
部和斜流部流向轴承1进行冷却。示例性的，通孔的孔径与直流部的孔径相等，通过定位槽的槽底可以限制限流喷嘴4的轴向运动，通过定位槽的槽壁和限制限流喷嘴4的径向运动，使得限流喷嘴4可以定位在定位槽内。采用这种结构，通过定位槽对限流喷嘴4进行定位，能够使限流喷嘴4定位更加稳定。
35.如图1所示，进一步地，首段上沿其径向方向向外延伸形成有环形凸起，泵壳体2上设置第一限位槽，环形凸起卡接于第一限位槽内，以限制限流喷嘴4朝流道3方向的轴向运动。采用这种结构，通过环形凸起与第一限位槽相互限位，能够进一步提高限流喷嘴4的稳定性，避免限流喷嘴4发生偏移导致推进剂发生泄露，同时能够提高限流喷嘴4与泵壳体2之间的密封性能。
36.在一些可选方式中，轴承冷却结构还包括挡板6，挡板6与泵壳体2可拆卸连接，且抵压首段上远离尾段的端面，以限制限流喷嘴4朝远离流道3方向的轴向运动；泵壳体2上设置第二限位槽，挡板6卡接于第二限位槽内。采用这种结构，限流喷嘴4沿轴线方向的一端通过定位槽进行定位，另一端通过挡板6进行定位，使得限流喷嘴4能够安装固定于泵壳体2上，同时能够进一步提高限流喷嘴4与泵壳体2之间的密封性能。
37.如图1所示，进一步地，轴承冷却结构还包括密封环5，密封环5设置于首段和泵壳体2之间，且密封环5同时与首段和泵壳体2间隙配合。示例性的，限流喷嘴4的首段外侧设置有密封槽，密封环5设置于密封槽内。采用这种结构，泵壳体2和限流喷嘴4的首段之间通过密封环5进行密封，能够进一步提高限流喷嘴4与泵壳体2之间的密封性能，防止推进剂泄露，同时提高限流喷嘴4的稳定性。
38.如图1所示，进一步地，轴承冷却结构还包括浮动环7，浮动环7套设于离心轮9外侧，浮动环7的端面与挡板6的端面之间相抵接以实现端面密封。示例性的，浮动环7与离心轮9同轴转动，通过浮动环7对离心轮9进行密封，能够提高涡轮泵的密封性能。示例性的，挡板6的端面与限流喷嘴4的端面位于同一平面，浮动环7包括朝挡板6延伸形成的环形凸起，环形凸起的端面与挡板6的端面之间相抵接以实现端面密封。采用这种结构，浮动环7与挡板6之间端面密封，能够提高涡轮泵的密封性能。
39.如图1所示，进一步地，轴承冷却结构还包括限位螺母8，限位螺母8套设于浮动环7外侧且与泵壳体2连接，浮动环7和限位螺母8之间存在间隙以形成用于推进剂流通的流通路径，流通路径与限流孔相连通。示例性的，限位螺母8为环形结构，泵壳体2包括沿转轴轴线方向延伸的环形定位板，限位螺母8抵压至挡板6的端面上。示例性的，限位螺母8包括与转轴同轴设置的环形板和沿环形板径向方向延伸的定位板，定位板与环形板相连。采用这种结构，离心轮9带动浮动环7转动时可以带动推进剂从浮动环7和限位螺母8之间的流通路径流入至限流喷嘴4的限流孔中，优化推进剂的流通路径，便于推进剂流进限流喷嘴4内并经过流道3流向轴承1进行冷却。
40.其中，轴承1冷却时，离心轮9转动并从其出口处引出一股高压推进剂，推进剂克服离心泵的内回流路中的阻力，从浮动环7和限位螺母8之间的流通路径流向限流喷嘴4的限流孔中，然后经过限流孔流向泵壳体2的流道3中，之后经过流道3流向轴承1以对轴承1进行冷却。
41.在一些实施例中，轴承冷却结构还包括螺纹紧固件，限位螺母8上设置有通孔，泵壳体2上设置有螺纹孔，螺纹紧固件穿过通孔与螺纹孔螺纹连接。示例性的，螺纹紧固件为
螺钉，限位螺母8的定位板上设置通孔，螺钉穿过通孔与泵壳体2的螺纹孔螺纹连接。采用这种结构，通过螺纹紧固件进一步固定限位螺母8，能够提高限位螺母8的连接可靠性，防止限位螺母8松脱。
42.在一些可选方式中，限流喷嘴4设置有多个，且多个限流喷嘴4中限流孔的孔径依次递增。采用这种结构，当需要调节推进剂的流量时，可以通过更换具有不同孔径限流孔的限流喷嘴4即可，使得限流喷嘴4的流量调节更加方便。
43.本发明实施例还提供一种涡轮泵，包括如上述实施例提供的用于涡轮泵的轴承冷却结构。
44.采用上述技术方案的情况下，轴承冷却结构包括转轴、离心轮9、轴承1、泵壳体2和限流喷嘴4，泵壳体2上设置有用于流通推进剂的流道3，流道3的两端分别朝向离心轮9和轴承1，限流喷嘴4与泵壳体2可拆卸连接且与流道3相连通，推进剂经过限流喷嘴4和流道3流向轴承1，限流喷嘴4内设置有限流孔，限流孔的孔径小于流道3的孔径。采用这种结构，通过限流喷嘴4的限流孔可以限制推进剂的流量，通过控制限流孔的孔径可以调节输送至轴承1的推进剂流量，当推进剂流量过大时，可以采用具有小孔径限流孔的限流喷嘴4，当推进剂的流量过小时，可以采用具有大孔径限流孔的限流喷嘴4，通过采用具有不同大小限流孔的限流喷嘴4，能够调节输送至轴承1的推进剂流量，从而提高轴承1的自身性能和使用寿命，进而提高涡轮泵的使用寿命。此外，当需要改变推进剂的流量时，可以通过更换不同孔径的限流喷嘴4即可，不需要改变其他零件，因此能够使调节推进剂流量更加方便。
45.在上述实施方式的描述中，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。
46.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种用于涡轮泵的轴承冷却结构，其特征在于，包括转轴、离心轮、轴承以及泵壳体，所述轴承和所述离心轮沿所述转轴的轴线方向依次安装于所述转轴上，所述泵壳体包围设置于所述离心轮和所述轴承外侧，所述转轴和所述泵壳体之间通过所述轴承转动连接；所述泵壳体上设置有用于流通推进剂的流道，所述流道的两端分别朝向所述离心轮和所述轴承，所述轴承冷却结构还包括用于限制所述推进剂流量的限流喷嘴，所述限流喷嘴与所述泵壳体可拆卸连接且与所述流道相连通，所述推进剂经过所述限流喷嘴和所述流道流向所述轴承；所述限流喷嘴内设置有限流孔，所述限流孔的孔径小于所述流道的孔径。2.根据权利要求1所述的用于涡轮泵的轴承冷却结构，其特征在于，所述泵壳体上设置有用于对所述限流喷嘴进行轴向定位及径向定位的定位槽，所述定位槽的槽底设置有与所述流道相连通的开口；所述限流喷嘴包括首段和尾段，所述尾段卡接于所述定位槽内，所述尾段内设置有通孔，所述限流孔位于所述首段内，所述限流孔、通孔、开口和流道依次连通；所述限流喷嘴与所述流道的远离所述轴承的一端相连通。3.根据权利要求2所述的用于涡轮泵的轴承冷却结构，其特征在于，所述首段上沿其径向方向向外延伸形成有环形凸起，所述泵壳体上设置第一限位槽，所述环形凸起卡接于所述第一限位槽内，以限制所述限流喷嘴朝所述流道一侧的轴向运动。4.根据权利要求3所述的用于涡轮泵的轴承冷却结构，其特征在于，还包括挡板，所述挡板与所述泵壳体可拆卸连接，且抵压所述首段上远离所述尾段的端面，以限制所述限流喷嘴朝远离所述流道方向的轴向运动；所述泵壳体上设置第二限位槽，所述挡板卡接于所述第二限位槽内。5.根据权利要求4所述的用于涡轮泵的轴承冷却结构，其特征在于，还包括密封环，所述密封环设置于所述首段和所述泵壳体之间。6.根据权利要求4所述的用于涡轮泵的轴承冷却结构，其特征在于，还包括浮动环，所述浮动环套设于所述离心轮外侧，所述浮动环的端面与所述挡板的端面之间相抵接以实现端面密封。7.根据权利要求6所述的用于涡轮泵的轴承冷却结构，其特征在于，还包括限位螺母，所述限位螺母套设于所述浮动环外侧且与所述泵壳体连接，所述浮动环和所述限位螺母之间存在间隙以形成用于所述推进剂流通的流通路径，所述流通路径与所述限流孔相连通。8.根据权利要求7所述的用于涡轮泵的轴承冷却结构，其特征在于，还包括螺纹紧固件，所述限位螺母上设置有通孔，所述泵壳体上设置有螺纹孔，所述螺纹紧固件穿过所述通孔与所述螺纹孔螺纹连接。9.根据权利要求1所述的用于涡轮泵的轴承冷却结构，其特征在于，所述限流喷嘴设置有多个，且多个所述限流喷嘴中限流孔的孔径依次递增。10.一种涡轮泵，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的用于涡轮泵的轴承冷却结构。

技术总结
本发明公开一种用于涡轮泵的轴承冷却结构和涡轮泵，涉及航天发动机技术领域，以解决推进剂过少或过多时影响轴承自身性能和使用寿命的问题。所述用于涡轮泵的轴承冷却结构包括转轴、离心轮、轴承、泵壳体以及限流喷嘴，轴承和离心轮沿转轴的轴线方向依次安装于转轴上，泵壳体包围设置于离心轮和轴承外侧，泵壳体上设置有用于流通推进剂的流道，流道的两端分别朝向离心轮和轴承，限流喷嘴与泵壳体可拆卸连接且与流道相连通，推进剂经过限流喷嘴和流道流向轴承；限流喷嘴内设置有限流孔，限流孔的孔径小于流道的孔径。所述涡轮泵包括上述方案所提的用于涡轮泵的轴承冷却结构。方案所提的用于涡轮泵的轴承冷却结构。方案所提的用于涡轮泵的轴承冷却结构。


技术研发人员：李瑜 付瑜 叶树波 董飞扬 万金川 安近怀远 刘军年
受保护的技术使用者：西安航天动力研究所
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/13