一種航空噴霧用風(fēng)力透平驅(qū)動離心泵裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種航空噴霧用風(fēng)力透平驅(qū)動離心泵裝置，主要用于農(nóng)業(yè)航空固定翼飛機噴霧系統(tǒng)的藥液輸送和驅(qū)動。該裝置包括風(fēng)力透平葉片、前支架、藥液回流彎管、泵體、復(fù)合葉輪、進口彎管和出口管等部件，整個裝置安裝在飛機機體的正下方。在飛行噴灑過程中，機體周圍的高速氣流推動風(fēng)力透平葉片旋轉(zhuǎn)，并同時帶動泵內(nèi)的復(fù)合葉輪旋轉(zhuǎn)，藥液從進口彎管輸送到出口管，以此實現(xiàn)噴霧系統(tǒng)的持續(xù)噴灑。該裝置利用高速氣流作為復(fù)合葉輪旋轉(zhuǎn)的動力源，簡化了噴霧系統(tǒng)的動力裝置設(shè)計，可靠性高，尤其適用于大面積農(nóng)田作業(yè)環(huán)境下的農(nóng)用航空噴霧系統(tǒng)。
【專利說明】—種航空噴霧用風(fēng)力透平驅(qū)動離心栗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及一種航空噴霧用風(fēng)力透平驅(qū)動離心泵裝置，屬于高效航空植保噴霧【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說，是一種專門用于大面積農(nóng)田噴灑作業(yè)用噴霧系統(tǒng)的藥液動力裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)業(yè)航空噴霧技術(shù)具有作業(yè)效率高、安全性好、適用性廣和成本低的特點，作為一種先進、高效的現(xiàn)代植保機械，農(nóng)業(yè)航空噴霧技術(shù)及產(chǎn)業(yè)在美國、日本和巴西等農(nóng)業(yè)大國獲得廣泛發(fā)展和推廣。農(nóng)業(yè)航空噴霧系統(tǒng)的藥液輸送及動力裝置設(shè)計是影響作業(yè)效率和品質(zhì)的關(guān)鍵因素，目前，農(nóng)業(yè)航空噴霧系統(tǒng)主要采用由電機驅(qū)動的隔膜泵(或離心泵)輸送藥液，通過隔膜泵(或離心泵)將藥液從藥箱持續(xù)不斷地輸送至噴桿、噴頭，作為動力部件的電機需要外部電源輸入才能保持持續(xù)運轉(zhuǎn)，由此增加了航空飛行器電氣系統(tǒng)的裝置復(fù)雜度和能源消耗量，尤其是在大面積農(nóng)田的噴灑作業(yè)條件下，藥液噴霧系統(tǒng)的流量較大，運行時間也較長，采用電機動力裝置的噴霧系統(tǒng)在作業(yè)過程中需要消耗更多的電量，飛機的油耗水平也會增加，此外，電氣系統(tǒng)裝置數(shù)量和復(fù)雜度的增加還會降低噴霧系統(tǒng)的運行可靠性，從而影響到整個航空噴霧作業(yè)的效率和品質(zhì)參數(shù)。因此，在綜合考慮到固定翼農(nóng)業(yè)航空噴霧系統(tǒng)作業(yè)及其氣流分布特征基礎(chǔ)上，本發(fā)明專利設(shè)計出一種適用于農(nóng)業(yè)航空噴霧平臺的風(fēng)力透平驅(qū)動離心泵裝置，該裝置利用飛機高速飛行過程中機體附近的高速氣流推動風(fēng)力透平葉片旋轉(zhuǎn)，通過旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力透平葉片驅(qū)動與其同軸的復(fù)合葉輪旋轉(zhuǎn)運行，從而實現(xiàn)藥液在噴霧系統(tǒng)內(nèi)的持續(xù)輸送。與以往藥液輸送動力裝置相比，該裝置具有無耗能、可靠性高和結(jié)構(gòu)緊湊的特點，該裝置無需外部電源供應(yīng)，直接利用飛機運行過程中的高速氣流作為動力源，簡化了噴霧系統(tǒng)的電氣元件設(shè)計，其復(fù)合葉輪設(shè)計有背葉片和分流葉片結(jié)構(gòu)，可降低葉片流道內(nèi)滑移現(xiàn)象，提高葉輪水力揚程，同時該離心泵泵體設(shè)計有環(huán)形流道，可有效降低葉輪徑向力和泵內(nèi)流場的壓力脈動、沖擊等載荷對裝置可靠性的影響，總體而言，該裝置設(shè)計緊湊、合理，具有更高的可靠性和運行穩(wěn)定性指標。到目前為止，在國內(nèi)外還未見有類似的發(fā)明專利報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題:以往農(nóng)業(yè)航空噴霧系統(tǒng)的藥液輸送及動力裝置主要采用由電動驅(qū)動的隔膜泵(或離心泵)裝置，該裝置需要外部電源供應(yīng)，由此增加了航空噴霧平臺的電氣裝置復(fù)雜度和能源消耗，降低了航空噴霧系統(tǒng)的可靠性和效率指標。為了得到一種低能耗、高可靠性的藥液輸送動力裝置，考慮到固定翼飛機在大面積農(nóng)田噴霧作業(yè)環(huán)境下的工作特性及高速氣流條件，本發(fā)明提供了這樣一種航空噴霧用風(fēng)力透平驅(qū)動離心泵裝置，其利用固定翼飛機在飛行過程中機體附近的高速氣流作為動力源，采用風(fēng)力透平葉片作為動力設(shè)備，通過高速氣流推動風(fēng)力透平葉片產(chǎn)生持續(xù)的動力供應(yīng)以驅(qū)動復(fù)合葉輪部件的轉(zhuǎn)動。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、高效和可靠，具有良好的經(jīng)濟性和適用性，無需外部電力能源的供應(yīng)，尤其適用于飛機在大面積農(nóng)田作業(yè)飛行狀態(tài)下的噴霧系統(tǒng)。[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:風(fēng)力透平驅(qū)動離心泵裝置包括風(fēng)力透平葉片1、主軸2、成對角軸承組3、前支架4、泵蓋5、深溝球軸承6、藥液回流彎管7、泵體
8、復(fù)合葉輪9、進口彎管10和出口管11。整個裝置安裝在飛機機體的正下方，通過前支架
4、進口彎管10和出口管11與飛機機體固定聯(lián)接。該裝置采用風(fēng)力透平葉片I作為動力部件，由高速氣流推動的風(fēng)力透平葉片(I)驅(qū)動復(fù)合葉輪(9)持續(xù)運行。風(fēng)力透平葉片I和復(fù)合葉輪9分別安裝在主軸2的兩端，主軸2由成對角軸承組3和深溝球軸承6約束和支承，成對角軸承組3安裝在前支架4軸承腔內(nèi)。泵體8通過泵體后端蓋法蘭22和前支架4、泵蓋5之間固定聯(lián)接，泵體8后端設(shè)計有泵體軸承箱23，深溝球軸承6安裝在泵體軸承腔23內(nèi)，泵體軸承腔23和葉輪進口區(qū)通過藥液回流彎管7連通，泵體8的流道部分采用軸向?qū)ΨQ的環(huán)形流道21結(jié)構(gòu)型式。進口彎管10位于機體下方，其彎曲角度為α?。復(fù)合葉輪9采用開式葉輪結(jié)構(gòu)，葉片均采用直葉片型式，復(fù)合葉輪9設(shè)計有背葉片19和分流葉片20結(jié)構(gòu)，復(fù)合葉輪9的外緣直徑為D1，背葉片19的內(nèi)緣直徑為D2，分流葉片20的內(nèi)緣直徑為D3。該裝置中的α I為30°至45°之間，D2: Dl為0.15至0.3之間，D3: Dl為0.5至
0.6之間。
[0005]在航空噴霧系統(tǒng)進行大面積農(nóng)田噴灑作業(yè)時，飛機在噴灑時的狀態(tài)較為穩(wěn)定，在飛行作業(yè)過程中，機體下方的穩(wěn)定高速氣流將推動風(fēng)力透平葉片持續(xù)旋轉(zhuǎn)，由此帶動同軸的離心泵復(fù)合葉輪也持續(xù)旋轉(zhuǎn)運行，通過該離心泵將藥液從進口管輸送至出口管，由此形成可持續(xù)、穩(wěn)定運行的藥液輸送裝置。此外，該裝置設(shè)計有藥液回流彎管，該彎管將泵體軸承腔內(nèi)泄露的高壓藥液導(dǎo)引回流至葉輪進口，從而減少裝置的藥液泄露量，由此降低該裝置的藥液泄露損失。此外，該裝置設(shè)計的泵體環(huán)形流道和復(fù)合葉輪結(jié)構(gòu)具有揚程高、載荷小及振動低的特點， 可有效保證大流量航空噴霧平臺的適用性和可靠性，其中復(fù)合葉輪采用開式葉輪，有利于減小藥液雜質(zhì)顆粒對復(fù)合葉輪的磨損，通過在復(fù)合葉輪上加設(shè)背葉片結(jié)構(gòu)，可形成有效的壓降，降低藥液在泵腔后端的泄露損失，而分流葉片的設(shè)計，可以有效增加復(fù)合葉輪的揚程，提高復(fù)合葉輪的性能指標。
[0006]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明所提供的航空噴霧用風(fēng)力透平驅(qū)動離心泵裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、簡單、無耗能、運行可靠和適用性強的特點，解決了以往藥液輸送裝置的電力供應(yīng)和可靠性等問題，可適用于具有大面積農(nóng)田噴霧作業(yè)要求的航空噴霧系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明:
圖1是航空噴霧用風(fēng)力透平驅(qū)動離心泵裝置結(jié)構(gòu)圖；
圖2是航空噴霧用風(fēng)力透平驅(qū)動離心泵裝置的安裝示意圖；
圖3是復(fù)合葉輪結(jié)構(gòu)圖；
圖4是泵體結(jié)構(gòu)圖。
[0008]圖中:1 一風(fēng)力透平葉片，2—主軸，3—成對角軸承組，4一前支架，5—泵蓋，6—深溝球軸承，7—藥液回流彎管，8—泵體，9一復(fù)合葉輪，10—進口彎管，11—出口管，12—螺旋槳,13一機體,14一飛機前起落架，15一風(fēng)力透平驅(qū)動尚心泵裝置，16一機翼，17—葉輪主葉片，18一葉輪輪穀，19一背葉片，20一分流葉片，21—環(huán)形流道,22一泵體后端蓋法蘭，23一泵體軸承腔?！揪唧w實施方式】
[0009]航空噴霧用風(fēng)力透平驅(qū)動離心泵裝置包括風(fēng)力透平葉片1、主軸2、成對角軸承組
3、前支架4、泵蓋5、深溝球軸承6、藥液回流彎管7、泵體8、復(fù)合葉輪9、進口彎管10、出口管11。整個裝置通過前支架4、泵體8和進口彎管10固定安裝在機體正下方位置。風(fēng)力透平葉片I和復(fù)合葉輪9固定在主軸2的兩端并組成轉(zhuǎn)子部件，并由成對角軸承組3和深溝球軸承6實現(xiàn)轉(zhuǎn)子部件的支承和約束，在機體下方的高速氣流推動之下，風(fēng)力透平葉片I持續(xù)旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動同軸安裝的復(fù)合葉輪9旋轉(zhuǎn)，并由此將藥液從進口彎管10輸送到出口管11。成對角軸承組3固定安裝在前支架4軸承腔內(nèi)，泵體8通過泵體后端蓋法蘭22和前支架4、泵蓋5之間固定聯(lián)接，泵體8后端設(shè)計有泵體軸承腔23結(jié)構(gòu)，深溝球軸承6安裝在泵體軸承腔23內(nèi)，泵體軸承腔23和葉輪進口區(qū)通過藥液回流彎管7連通，從而將從泵體后端泄露的藥液輸送到葉輪進口，可減少軸端的藥液泄露損失。
[0010]航空噴霧用風(fēng)力透平驅(qū)動離心泵裝置的安裝包括螺旋槳12，機體13，飛機前起落架14，風(fēng)力透平驅(qū)動離心泵裝置15，機翼16。風(fēng)力透平驅(qū)動離心泵裝置15安裝在機體13的正下方，位于飛機前起落架14的后部，為了盡可能的利用高速氣流推動裝置運轉(zhuǎn)，裝置內(nèi)的轉(zhuǎn)子部件軸向與高速氣流方向一致。
[0011]復(fù)合葉輪包括葉輪主葉片17、葉輪輪轂18、背葉片19、分流葉片20。復(fù)合葉輪采用開式葉輪結(jié)構(gòu)，葉片均采用直葉片型式，復(fù)合葉輪位于泵體內(nèi)部，固定安裝在主軸端的位置，其設(shè)計有背葉片19和分流葉片20結(jié)構(gòu)，背葉片19有助于降低葉輪后端藥液泄露側(cè)的液體靜壓，減少軸封部件的靜壓值和藥液泄漏量，通過設(shè)計分流葉片20可以提高復(fù)合葉輪的揚程指標，減少葉片流道內(nèi)的滑移現(xiàn)象，增加離心泵的藥液輸送能力。
[0012]泵體結(jié)構(gòu)環(huán)形流道21、泵體后端蓋法蘭22、泵體軸承腔23。泵體采用軸向?qū)ΨQ的環(huán)形流道21結(jié)構(gòu)型式，該結(jié)構(gòu)特征可最大程度的降低泵內(nèi)壓力脈動值，減少轉(zhuǎn)子部件的徑向載荷數(shù)值，保證裝置的穩(wěn)定可靠運行。該泵體結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，泵體后端蓋法蘭22與前支架可實現(xiàn)可靠的固定聯(lián)接，并通過泵體軸承腔23的設(shè)計降低了整個裝置的軸向設(shè)計尺寸，并有效增加了轉(zhuǎn)子部件的支承寬度和剛度，有利于轉(zhuǎn)子部件的穩(wěn)定運行。
[0013]在使用該裝置的農(nóng)業(yè)航空噴霧系統(tǒng)作業(yè)時，處于飛行作業(yè)狀態(tài)下的機體13附近存在高速氣流，其中機體13下方的高速氣流可推動風(fēng)力透平葉片I持續(xù)旋轉(zhuǎn)，通過風(fēng)力透平葉片I的持續(xù)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動同軸安裝的復(fù)合葉輪9旋轉(zhuǎn)，從而將藥液從進口彎管10持續(xù)、穩(wěn)定的輸送到出口管11，并最終可輸送至噴桿噴頭等部件，滿足航空噴霧作業(yè)的要求。與以往藥液輸送動力裝置相比，該裝置通過風(fēng)能驅(qū)動離心泵的運轉(zhuǎn)，無需外部電源能源的輸入，具有無耗能、可靠性高和結(jié)構(gòu)緊湊的特點，可有效提高噴霧系統(tǒng)的效率和可靠性。
【權(quán)利要求】
1.一種航空噴霧用風(fēng)力透平驅(qū)動離心泵裝置，包括風(fēng)力透平葉片(I)、主軸(2)、成對角軸承組(3)、前支架(4)、泵蓋(5)、深溝球軸承(6)、藥液回流彎管(7)、泵體(8)、復(fù)合葉輪(9)、進口彎管(10)、出口管(11)、泵體后端蓋法蘭(22)、泵體軸承腔(23)，其特征在于:風(fēng)力透平葉片(I)為動力部件，由高速氣流推動的風(fēng)力透平葉片(I)驅(qū)動復(fù)合葉輪(9)持續(xù)運行；風(fēng)力透平葉片(I)和復(fù)合葉輪(9)分別安裝在主軸(2)的兩端，主軸(2)由成對角軸承組(3)和深溝球軸承(6)約束和支承，成對角軸承組(3)安裝在前支架(4)軸承腔內(nèi)，泵體(8)通過泵體后端蓋法蘭(22)和前支架(4)、泵蓋(5)之間固定聯(lián)接，泵體(8)后端設(shè)計有泵體軸承箱(23)，深溝球軸承(6)安裝在泵體軸承腔(23)內(nèi)，泵體軸承腔(23)和葉輪進口區(qū)通過藥液回流彎管(7)連通，泵體(8)的流道部分采用軸向?qū)ΨQ的環(huán)形流道(21)結(jié)構(gòu)型式，進口彎管(10)位于機體下方，其彎曲角度為α?。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空噴霧用風(fēng)力透平驅(qū)動離心泵裝置，其特征在于，進口彎管(10)的彎曲角度α I為30°至45°之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空噴霧用風(fēng)力透平驅(qū)動離心泵裝置，其特征在于:復(fù)合葉輪(9)采用開式葉輪結(jié)構(gòu)，葉片均采用直葉片型式，并設(shè)計有背葉片(19)和分流葉片(20)結(jié)構(gòu)，復(fù)合葉輪(9)的外緣直徑為D1，背葉片(19)的內(nèi)緣直徑為D2，分流葉片(20)的內(nèi)緣直徑為D3，其中D2: Dl為0.15至0.3之間，D3: Dl為0.5至0.6之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空噴霧用風(fēng)力透平驅(qū)動離心泵裝置，其特征在于，整個裝置安裝在飛機機體的正下方，通過前支架(4)、進口彎管(10)和出口管(11)與飛機機體固定聯(lián)接。
【文檔編號】B64D1/18GK103807180SQ201410030512
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】歐鳴雄, 邱白晶, 管賢平 申請人:江蘇大學(xué)