CN102828984A - 一种背靠背型两级离心式压气机的轴向力控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背靠背型两级离心式压气机的轮盘所受轴向力的控制方法，在中间机壳上开距离最短的引气孔，依次通过中间机壳上的工艺槽、引气孔以及中间机壳和轴承外壳间的缝隙将高压压气机轮盘的盘罩间隙腔和低压压气机轮盘的盘罩间隙腔连通，利用高、低压盘罩间隙腔内的压差将部分高压气体从高压压气机流道引回低压压气机流道，从而在盘罩间隙腔内实现气体循环，减小两级压气机轮盘间的压差，使轮盘间的轴向力趋于平衡。
Description
技术领域
本发明涉及一种“背靠背”型两级离心式压气机的轴向力控制方法，具体使用在两级压气机间开孔引流的方式来保证压气机在所有运行工况下的轴向力控制。
背景技术
目前小型、微型航空发动机的发展目标之一是能够在高空、稀薄空气环境下保证输出功率和效率稳定，即正常的工作。因此必须通过增压的方式提高进入燃烧室的气体压力和空气量。由于微小型航空发动机尺寸和重量的限制，离心式压气机被广泛采用，且为了保证达到足够的压比往往采用两级增压的形式。
“背靠背”型两级离心式压气机是近年来发展的一种多级离心式压气机布置方案，如图1所示。高压压气机和低压压气机“背靠背”相对布置，其可以大大缩短两级压气机的轴距，有效提高了高速旋转的转子轴向定位和振动方面稳定性，从而可以保证转子更高的转速并实现两级压气机达到两级以上压气机的压比。
但是，需要注意的是轮盘背部与其它安装部件间存在着间隙，且此间隙只与主流道存在着流体交接面，即盘罩间隙腔。在压气机盘旋转产生的“离心泵”作用下，贴轮盘背部的气体被甩出盘罩间隙腔，产生对盘罩间隙腔的抽真空效果；远离轮盘背部区域，由于盘罩间隙腔内压力的降低，部分外部流道气体进入盘罩间隙腔，产生对盘罩间隙腔补充气体的效果。这种抽气、补气的过程使盘罩间隙腔内的气体压力周期性的脉动，并直接导致压气机轮盘上所受轴向力的周期性波动。此外，由于高、低压轮盘的盘罩间隙腔外部气体压力不同，盘罩间隙腔内脉动的压力水平也不同，从而导致高压压气机轮盘的轴向力大于低压压气机轮盘，即轴向力不平衡。以上两种结果都不可避免的增加了轴承的负担，尤其是周期性脉动的轴向力加速了轴承的磨损并直接导致整机使用寿命的降低。所以，必须对以上所述的轴向力加以控制。
目前对这种轴向力的控制是通过降低压气机轮盘转速的方法实现的，但是降低转速意味着压比的下降和效率的降低。所以必须通过其它方式来缓解脉动的轴向力，降低轴承负荷，以保证整机的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对“背靠背”型两级离心式压气机的轴向力控制方法，以保证压气机在高转速下仍能保持较低和可接受的轴向力，并提高整机使用寿命。
本发明提供了一种“背靠背”型两级离心式压气机的压气机轮盘所受轴向力的控制方法，其特征在于：将高压压气机轮盘的盘罩间隙腔和低压压气机轮盘的盘罩间隙腔连通，利用高、 低压压气机盘罩间隙腔内的压差将部分高压气体从高压压气机流道引回低压压气机流道，从而在盘罩间隙腔内实现气体循环。
其中，连通高压压气机轮盘的盘罩间隙腔和低压压气机轮盘的盘罩间隙腔的气体流动路径，是在中间机壳上开距离最短的引气孔，依次通过中间机壳上的工艺槽、引气孔以及中间机壳和轴承外壳间的缝隙而形成。
本发明的优点在于：（1）由于盘罩间隙腔内气体的流动，“抽真空”效果大大减小，从而缓解了周期性脉动的轴向力。（2）由于将高压气体补入低压压气机轮盘的盘罩间隙腔，实现减小两级压气机轮盘间的压差，从而使轮盘间的轴向力趋于平衡。（3）较传统轴向力控制方法相比，不需要降低轮盘转速和压比，从而在相同水平的轴向力下得到更高的效率。（4）由于利用气体循环流动及平衡压差来控制轴向力，因此可以满足各个工况下的轴向力控制，作用范围更为宽广。
附图说明
图1一种采用轴向力控制方法的"背靠背"型两级离心式压气机结构示意图；
图中：1.高压压气机蜗壳 2.低压压气机轮盘 3.引气孔 4.螺栓5.中间机壳 6.低压压气机蜗壳 7.高压压气机轮盘 8.轴承座 9.衬套10.轴承 11.高压轮盘盘罩间隙 12.高压压气机流道 13.轴承外壳 14.轴15.垫片 16.低压轮盘盘罩间隙 17.低压压气机流道 18.工艺槽
图2中间机壳开孔俯视图；
图3一种采用轴向力控制方法的"背靠背"型两级离心式压气机气流走向示意图；
图中空心单箭头为低压压气机进口气体走向，实心单箭头为低压压气机出口气体及高压压气机进口走向，实心双箭头为高压压气机出口走向。高、低压压气机的盘罩间隙腔间的气体走向用空心双箭头表示。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。参见图1，图2所示。“背靠背”型两级离心式压气机的结构为：低压压气机轮盘2和高压压气机轮盘7相对串联在轴14上。两级高、低压轮盘均有各自的蜗壳（高压蜗壳6和低压蜗壳1）。高、低压轮盘间布置中间机壳5，轴承座8，衬套9和轴承外壳13，其中中间机壳通过螺栓4固定在高压压气机蜗壳上，并且其端面上含有4个工艺槽18；轴承座，衬套，轴承外壳固定轴承10，并通过垫片15压紧。利用中间机壳上的工艺槽以及利用中间机壳和轴承外壳间的缝隙，在中间机壳上开连通高压压气机盘罩间隙腔11和低压压气机盘罩间隙腔16距离最短的引气孔3。
由此，两级压气机内部的气体流动结构发生改变，如图3所示。原进口气体（空心单箭 头）经过低压压气机流道17后气体压力上升（实心单箭头）；气体通过低压压气机蜗壳后进入高压压气机流道12并再次提升气体压力（实心双箭头）；由于高压压气机盘罩间隙腔和低压压气机盘罩间隙腔间的压差作用，部分高压气体（空心双箭头）进入高压压气机盘罩间隙腔，通过中间机壳上的工艺槽，经引气孔进入低压压气机盘罩间隙腔，并进一步流入低压压气机流道内并汇入低压压气机出口气体中。
由此，在高、低压压气机的盘罩间隙腔内形成气体的流动和循环。由于盘罩间隙腔内气体的流动，“抽真空”效果大大减小，从而缓解了周期性脉动的轴向力；由于将高压气体补入低压轮盘的盘罩间隙腔，实现减小两级压气机轮盘间的压差，从而使轮盘间的轴向力趋于平衡；较传统轴向力控制方法相比，不需要降低轮盘转速和压比，从而在相同水平的轴向力下得到更高的效率；由于利用气体循环流动及平衡压差来控制轴向力，因此可以满足各个工况下的轴向力控制，作用范围更为宽广。
Claims (2)
1.一种背靠背型两级离心式压气机的轮盘所受轴向力的控制方法，其特征在于：将高压压气机轮盘的盘罩间隙腔（16）和低压压气机轮盘的盘罩间隙腔（11）连通，利用高、低压盘罩间隙腔内的压差将部分高压气体从高压压气机流道（12）引回低压压气机流道（17），从而减小两级压气机轮盘间的压差，使轮盘间的轴向力趋于平衡。
2.如权利要求1-2所述的一种背靠背型两级离心式压气机的轮盘所受轴向力的控制方法，其特征在于：在中间机壳（5）上开距离最短的引气孔（3），依次通过中间机壳（5）上的工艺槽（18）、引气孔（3）以及中间机壳（5）和轴承外壳（13）间的缝隙，形成连通高压压气机轮盘的盘罩间隙腔（11）和低压压气机轮盘的盘罩间隙腔（16）的气体流动路径。
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| C05 | Deemed withdrawal (patent law before 1993) | ||
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