CN104343734A - 离心压气机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离心压气机，包括：芯轴、离心叶轮、离心机匣、连续扩压器和扩压器机匣。离心叶轮套设在芯轴上；离心机匣环绕离心叶轮设置，且离心机匣与离心叶轮间隔形成第一气流通道；连续扩压器与离心叶轮相连且位于第一气流通道的出口处，连续扩压器为有叶扩压器；扩压器机匣与离心机匣相连且环绕连续扩压器，扩压器机匣与连续扩压器之间形成与第一气流通道连通的第二气流通道。根据本发明实施例的离心压气机，由于采用了离心式的结构，克服了轴流式压气机的在小型涡轮喷气发动机应用上的不足。同时，该结构相对于传统离心压气机，减小了零件的数量。

Description

离心压气机
技术领域
本发明涉及压气设备制造技术领域，特别涉及一种离心压气机。
背景技术
离心式压气机由于其单级增压比高、结构简单、零件数少、轴向尺寸小、稳定工作范围广等特点，在小型涡轮喷气发动机上得到了广泛的应用。随着现代军事理论的发展，小型涡轮喷气发动机作为导弹和无人机的动力装置，正面临很大需求。目前，国内已经研制成功的小型涡轮喷气发动机多数采用的还是轴流式压气机。相比于离心式压气机，轴流式压气机的单级压比低，达到相同的压比需要的级数多。级数的增加致使零件数增多、轴向尺寸变大、结构变复杂、稳定工作范围缩小。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种离心压气机，该离心压气机克服了轴流式压气机在小型涡轮喷气发动机应用上的不足，结构简单、性能优异、成本低，而且满足小型涡轮喷气发动机在导弹和无人机上的应用要求。
根据本发明实施例的离心压气机，包括：芯轴、离心叶轮、离心机匣、连续扩压器和扩压器机匣。所述离心叶轮套设在所述芯轴上；所述离心机匣环绕所述离心叶轮设置，且所述离心机匣与所述离心叶轮间隔形成第一气流通道；所述连续扩压器与所述离心叶轮相连且位于所述第一气流通道的出口处，所述连续扩压器为有叶扩压器；所述扩压器机匣与所述离心机匣相连且环绕所述连续扩压器，所述扩压器机匣与所述连续扩压器之间形成与所述第一气流通道连通的第二气流通道。
根据本发明实施例的离心压气机，采用了离心式的结构，且将传统的周向扩压器和径向扩压器集成为连续式扩压器。由此，由于采用了离心式的结构，克服了轴流式压气机的在小型涡轮喷气发动机应用上的不足。同时，该结构相对于传统离心压气机，减小了零件的数量。由于该种连续从径向到轴向它零件数目少，轴向尺寸小，结构简单，稳定工作范围广，适应了小型涡轮喷气发动机的应用要求。
另外，根据本发明上述实施例的离心压气机，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述连续扩压器上设有沿所述连续扩压器的周向间隔布置的多个主流叶片和多个分流叶片，所述主流叶片从所述第一气流通道的出口连续延伸到所述第二气流通道的出口，所述分流叶片从所述主流叶片的弦长中部开始延伸到所述所述第二气流通道的出口。
根据本发明的一个实施例，所述扩压器机匣与所述主流叶片和所述分流叶片接触。
根据本发明的一个实施例，多个所述主流叶片和多个所述分流叶片相互交错间隔布置。
根据本发明的一个实施例，所述主叶片和所述分流叶片分别为相对所述连续扩压器的轴线方向倾斜的直叶片。
根据本发明的一个实施例，所述主叶片和所述分流叶片均为17个或18个。
根据本发明的一个实施例，所述连续扩压器的周面为从垂直于所述离心叶轮的方向向平行于所述离心叶轮的方向平滑过渡的弧形曲面。
根据本发明的一个实施例，所述离心叶轮采用铝合金材料一体形成，且所述连续扩压器采用铝合金材料一体形成。
根据本发明的一个实施例，所述离心叶轮的进气端形成有沿所述离心叶轮的轴线延伸容纳槽，且所述芯轴穿过所述离心叶轮伸入所述容纳槽内，所述芯轴伸入所述容纳槽的端部设有用于固定所述离心叶轮和所述芯轴的芯轴螺母，且所述芯轴和所述离心叶轮之间设有用于限制所述所述芯轴和所述离心叶轮相对转动的销钉。
根据本发明的一个实施例，所述容纳槽内设有起发电机转子。
附图说明
图1是本发明一个实施例的离心式压气机的剖视图。
图2是本发明一个实施例的离心式压气机的连续扩压器连接处局部示意图。
图3是本发明一个实施例的离心式压气机的连续扩压器的局部示意图。
图4是本发明一个实施例的离心式压气机的连续扩压器的侧视图。
附图标记：离心压气机100，芯轴1，离心叶轮2，离心机匣3，连续扩压器4，扩压器机匣5，第一气流通道101，第二气流通道102，主流叶片41，分流叶片42，连续扩压器4的周面43，容纳槽103，销钉12，芯轴螺母11，起发电机转子13。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，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。
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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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。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。
在本发明中，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。
一般离心压气机采用的主要由由离心叶轮、芯轴、离心机匣、径向扩压器、轴向扩压器、扩压器机匣等零部件构成。其中径向扩压器主要对叶轮出口气流进行减速扩压，轴向扩压器对径向扩压器出口气流进行转弯和整流以及进一步扩压的作用。径向扩压器和轴向扩压器为分开的两个零件，径向扩压器主要用于导流离心叶轮出口的气流，轴向扩压器主要用于导流径向扩压器出口的气流。气流从轴向扩压器到径向扩压器之间的空间没有任何导流和约束，导致扩压器的整级效率较低。为此，本发明提出了一种扩压器的整级效率高的离心压气机。
下面参照附图详细描述本发明实施例的离心压气机100。
如图1至图4所示，根据本发明实施例的离心压气机100，包括：芯轴1、离心叶轮2、离心机匣3、连续扩压器4和扩压器机匣5。
具体而言，离心叶轮2套设在芯轴1上。离心机匣3环绕离心叶轮2设置，且离心机匣3与离心叶轮2间隔形成第一气流通道101。连续扩压器4与离心叶轮2相连且位于第一气流通道101的出口处，连续扩压器4为有叶扩压器。扩压器机匣5与离心机匣3相连且环绕连续扩压器4，扩压器机匣5与连续扩压器4之间形成与第一气流通道101连通的第二气流通道102。
根据本发明实施例的离心压气机100，采用了离心式的结构，且将传统的周向扩压器和径向扩压器集成为连续式扩压器。由此，由于采用了离心式的结构，克服了轴流式压气机的在小型涡轮喷气发动机应用上的不足。同时，该结构相对于传统离心压气机，减小了零件的数量。由于该种连续从径向到轴向它零件数目少，轴向尺寸小，结构简单，稳定工作范围广，适应了小型涡轮喷气发动机的应用要求。
如图3和图4所示，根据本发明的一个实施例，连续扩压器4上设有沿连续扩压器4的周向间隔布置的多个主流叶片41和多个分流叶片42，主流叶片41从第一气流通道101的出口连续延伸到第二气流通道102的出口，分流叶片42主要从主流叶片41弦长中部开始延伸到第二气流通道102的出口。换言之，主流叶片41从离心叶轮2出口半径附近连续延伸到径向的压气机出口。主流叶片主要对离心叶轮出口的气流进行约束和整流，实现气流从径向流动到轴向流动的转弯。分流叶片42主要从主流叶片41弦长中部开始延伸到压气机的出口，分流叶片42的主要作用是对两个主流叶片41直接的轴向流动进行进一步的约束，减小二次流损失。
有利地，扩压器机匣5与主流叶片41和分流叶片42接触。由此，进一步地减少气流损失。
进一步地，如图3和图4所示，多个主流叶片41和多个分流叶片42相互交错间隔布置。由此，使连续扩压器4的结构简单。
优选地，如图3和图4所示，主叶片和分流叶片42分别为相对所述连续扩压器的轴线方向倾斜的直叶片。由此，提高了离心压气机100的性能，便于离心压气机100的生产。
进一步地，主叶片和分流叶片42均为17个或18个。由此，进一步地减少了气流损失，且便于连续扩压器4的制作和生产。
有利地，如图3所示，连续扩压器4的周面43(即如图3所示连续扩压器4的轮盘的外周面)为从垂直于离心叶轮2的方向向平行于离心叶轮2的方向平滑过渡的弧形曲面。由此，强有力的抑制了气流在转弯处的分离损失。
具体而言，扩压段(即连续扩压器4所在的一段)的子午流面采用多项式拟合，曲率较大，强有力的抑制了气流在转弯处的分离损失。
有利地，离心叶轮2采用铝合金材料一体形成，且连续扩压器4采用铝合金材料一体形成。由此，简化了离心叶轮2和连续扩压器4的结构，使它们成型方便，而且使离心叶轮2和连续扩压器4的强度高且成本低。
有利地，如图1所示，离心叶轮2的进气端形成有沿离心叶轮2的轴线延伸容纳槽103，且芯轴1穿过离心叶轮2伸入容纳槽103内，芯轴1伸入容纳槽103的端部设有用于固定离心叶轮2和芯轴1的芯轴螺母11，且芯轴1和离心叶轮2之间设有用于限制芯轴1和离心叶轮2相对转动的销钉12。由此，便于芯轴1和离心叶轮2的连接，使其连接强度高，且使芯轴1和离心叶轮2不会发生相对旋转，使离心压气机100的运行稳定可靠。
优选地，容纳槽103内设有起发电机转子13用于启动发动机，提供发动机的初始转速。由此，减轻了离心叶轮2的重量又节省了专门用来放置起发电机转子13的空间
本发明为了克服轴流式压气机在小型涡轮喷气发动机应用上的不足，提供了一种离心式压气机，该离心式压气机结构简单、性能优异、成本低，满足小型涡轮喷气发动机在导弹和无人机上的应用要求。
如图1至图4所示，本发明提供的离心式压气机由离心叶轮2、芯轴1、离心机匣3、连续扩张段扩压器(后统称连续扩压器4)、扩压器机匣5等零部件构成。离心叶轮2、连续扩压器4均采用铝合金材料、整体式结构做成一体，也就是说连续扩压器4的叶片和轮盘一体形成。在离心叶轮2进气端开有一个圆柱形的腔体，用来安置起发电机转子13，这样既减轻了离心叶轮2的重量又节省了专门用来放置起发电机转子13的空间。
连续扩压器4通过螺钉与扩压器机匣5连接。连续扩压器4为有叶扩压器，分为主流叶片41和分流叶片42两种，且叶片均为直叶片。连续扩压器4的主流叶片41和分流叶片42为沿周向交错布置。主流叶片41从离心叶轮2出口半径附近连续延伸到径向的压气机出口。主流叶片41主要对离心叶轮2出口的气流进行约束和整流，实现气流从径向流动到轴向流动的转弯。分流叶片42主要从主流叶片41弦长中部开始延伸到压气机的出口，分流叶片42的主要作用是对两个主流叶片41直接的轴向流动进行进一步的约束，减小二次流损失。
由于采用了离心式的结构，所以它克服了轴流式压气机的在小型涡轮喷气发动机应用上的不足。同时，该结构相对于传统离心压气机，减小了零件的数量。由于该种连续从径向到轴向它零件数目少，轴向尺寸小，结构简单，稳定工作范围广，适应了小型涡轮喷气发动机的应用要求。
离心叶轮2通过销钉12和芯轴螺母11与芯轴1连接在一起；在离心压气机100的进气端，起发电机转子13放置在离心叶轮2的圆柱形腔体内。起发电机转子13的作用主要用于启动发动机，提供发动机的初始转速；在发动机正常工作后，该起发电机转子主要充当了发电机的功能，用来输出电功率。连续扩压器4的主流叶片41数为17个，分流叶片42数与主流叶片41数相同。连续扩压器4的主流叶片41和分流叶片42流道与轮盘面以及扩压器机匣5构成有叶扩压段。
连续扩压器4上的主流叶片41还可以为18个，分流叶片42与主流叶片41数相同。连续扩压器4的主流叶片41和分流叶片42的流道与轮盘面以及与扩压器机匣5构成有叶扩压段。扩压段的子午流面采用多项式拟合，曲率较大，强有力的抑制了气流在转弯处的分离损失。主流叶片和分流叶片均为直叶片。
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发明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。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种离心压气机，其特征在于，包括：
芯轴；
离心叶轮，所述离心叶轮套设在所述芯轴上；
离心机匣，所述离心机匣环绕所述离心叶轮设置，且所述离心机匣与所述离心叶轮间隔形成第一气流通道；
连续扩压器，所述连续扩压器与所述离心叶轮相连且位于所述第一气流通道的出口处，所述连续扩压器为有叶扩压器；
扩压器机匣，所述扩压器机匣与所述离心机匣相连且环绕所述连续扩压器，所述扩压器机匣与所述连续扩压器之间形成与所述第一气流通道连通的第二气流通道。
2.根据权利要求1所述的离心压气机，其特征在于，所述连续扩压器上设有沿所述连续扩压器的周向间隔布置的多个主流叶片和多个分流叶片，所述主流叶片从所述第一气流通道的出口连续延伸到所述第二气流通道的出口，所述分流叶片从所述主流叶片的弦长中部开始延伸到所述所述第二气流通道的出口。
3.根据权利要求2所述的离心压气机，其特征在于，所述扩压器机匣与所述主流叶片和所述分流叶片接触。
4.根据权利要求2所述的离心压气机，其特征在于，多个所述主流叶片和多个所述分流叶片相互交错间隔布置。
5.根据权利要求2所述的离心压气机，其特征在于，所述主叶片和所述分流叶片分别为相对所述连续扩压器的轴线方向倾斜的直叶片。
6.根据权利要求2所述的离心压气机，其特征在于，所述主叶片和所述分流叶片均为17个或18个。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的离心压气机，其特征在于，所述连续扩压器的周面为从垂直于所述离心叶轮的方向向平行于所述离心叶轮的方向平滑过渡的弧形曲面。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的离心压气机，其特征在于，所述离心叶轮采用铝合金材料一体形成，且所述连续扩压器采用铝合金材料一体形成。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的离心压气机，其特征在于，所述离心叶轮的进气端形成有沿所述离心叶轮的轴线延伸容纳槽，且所述芯轴穿过所述离心叶轮伸入所述容纳槽内，所述芯轴伸入所述容纳槽的端部设有用于固定所述离心叶轮和所述芯轴的芯轴螺母，且所述芯轴和所述离心叶轮之间设有用于限制所述所述芯轴和所述离心叶轮相对转动的销钉。
10.根据权利要求9所述的离心压气机，其特征在于，所述容纳槽内设有起发电机转子。
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