CN104454655B - 一种基于混合扩压的宽流量组合式两级增压器压气机壳 - Google Patents

一种基于混合扩压的宽流量组合式两级增压器压气机壳 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于混合扩压的宽流量组合式两级增压器压气机壳，包括高压端压气机壳合件、低压端压气机壳合件、流量调节阀机械合件，其一级进口与二级出口之间设有气流通道，流量调节阀机械合件安装在该气流通道靠近二级出口的轴向空间内，高压压气机壳、高压流形板、压气机壳连接板与高压压气机轮构成二级流道，低压压气机壳与低压压气机轮共同构成了压气机一级流道。本发明低压端和高压端两个压壳流道的同轴度得到保证，提高了流道圆弧面的组合精度；级间270度大回转变截面通道叶管混合扩压技术保证全流量范围抑制流动分离；一级进口和二级出口间装有流量调节阀防止喘振；高压流道内布置消旋叶片和导流叶片，有效降低压缩空气的不平衡动量矩。

Description

一种基于混合扩压的宽流量组合式两级增压器压气机壳
技术领域
本发明涉及航空活塞发动机涡轮增压器技术领域，具体涉及一种宽流量范围的用于航空两级增压的组合式压气机壳。
背景技术
整体式结构的涡轮增压器压气机壳具有结构简单、加工精度一致性高，机械性能高等优点，因此在车用增压器上得到广泛的应用。但结构相对复杂的航空两级涡轮增压器的压气机壳若采用整体式结构，则压气机壳在浇铸时，其内部复杂的流道型腔和薄壁结构导致浇铸精度较差，存在超重、加工经济性差的缺点。此外，航空两级增压器自身的技术特点决定了其在流道设计、防喘振、降低压气机气动惯性、扩压技术、高空密封等方面具有独特之处。
为解决以上问题，发明了一种组合式压气机壳，与整体式压气机壳相比，其体积小，重量低，具有较低的成形难度。采用有叶扩压和无叶扩压相结合的混合扩压技术，装有流量调节阀、导流叶片、消旋叶片等提高增压器性能的结构或装置。对航空两级涡轮增压器有较好的适用性。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种结构简单、重量轻、高可靠性、宽流量范围、满足高空密封要求的航空两级涡轮增压器组合式压气机壳。
本发明基于混合扩压的宽流量组合式两级增压器压气机壳，包括高压端压气机壳合件、低压端压气机壳合件、流量调节阀机械合件；高压端压气机壳合件包括高压压气机壳、高压流形板、压气机壳连接板；低压端压气机壳合件包括低压压气机壳和流量调节阀座；流量调节阀机械合件包括流量调节阀阀体、柱塞、步进电机支架与步进电机。
所述高压端压气机壳合件中，高压压气机壳后端安装有压气机壳连接板与高压流形板；高压压气机壳、高压流形板、压气机壳连接板与布置在高压压气机壳内流道中的涡轮增压器高压压气机轮共同构成了压气机二级流道；压气机壳连接板的前侧面周向布置有消旋叶片，消旋叶片的外弧面搭接在高压流形板的前侧外弧面上；高压压气机壳的流道内周向均布凹槽，分别用于安装导流叶片。
低压端压气机壳合件中，流量调节阀座为具有内部空腔的环形结构，套接在低压压气机壳的压气机进口的外圆柱面上；同时，在低压压气机壳靠近压气机进口的外圆柱面上均布有级间放气孔；通过级间放气孔使压气机进口与流量调节阀阀座的内腔联通；低压压气机壳与布置在低压压气机壳内流道中的涡轮增压器低压压气机轮共同构成了压气机一级流道；低压压气机壳上有沿其内壁的周向均匀布置扩压叶片，空气由压气机进口进入低压压气机壳内流道后被低压压气机叶轮进行一次压缩。
所述高压压气机壳上靠近压气机出口的位置沿高压压气机壳轴向设计有放气通道A；低压压气机壳上设计有放气通道B，使放气通道A、放气通道B以及流量调节阀阀座的内腔联通；由此，通过高压压气机壳、低压压气机壳、流量调节阀阀座的内腔及低压压气机壳上的级间放气孔，使压气机进口和压气机出口联通，形成气流通道；流量调节阀机械合件布置在气流通道内，其中，流量调节阀阀体螺纹固定于流量调节阀座上，柱塞设置在流量调节阀阀体的内孔，柱塞与步进电机主轴间通过配合的梯形螺纹连接；柱塞一端设有堵盖；当柱塞运动到上止点时，堵盖将流道封闭；上述步进电机通过步进电机支架与流量调节阀阀体相连。
上述低压压气机壳的后端面与高压压气机壳的前端面对接。
本发明的优点在于：
(1)本发明基于混合扩压的宽流量组合式两级增压器压气机壳，采用分体成型代替整体成型，降低了铸造成形的难度，使采用铸造方式对具有复杂流道型腔和薄壁结构的压气机壳成型成为了可能，并提高了成品率；
(2)本发明基于混合扩压的宽流量组合式两级增压器压气机壳，体积小，重量轻，能够很好的满足航空轻量化的要求；
(3)本发明基于混合扩压的宽流量组合式两级增压器压气机壳，“部分装配→机加工→整体装配”的组合式压气机壳工艺方法保证了低压端和高压端两个压壳流道的同轴度，提高了流道圆弧面的组合精度；
(4)本发明基于混合扩压的宽流量组合式两级增压器压气机壳，级间270度大回转变截面通道叶管混合扩压技术保证全流量范围抑制流动分离；
(5)本发明基于混合扩压的宽流量组合式两级增压器压气机壳，一级进口和二级出口之间装有流量调节阀，可防止喘振；
(6)本发明基于混合扩压的宽流量组合式两级增压器压气机壳，高压流道内布置有消旋叶片和导流叶片，可有效降低压缩空气的不平衡动量矩，提高了压气机的效率。
附图说明
图1是本发明压气机壳组合式压气机壳的结构剖视图；
图2是本发明压气机壳组合式压气机壳的俯视图；
图3是图8是压气机壳连接板上的消旋叶片示意图；
图4是低压压气机壳上的级间放气孔示意图；
图5是低压压气机壳上的扩压叶片示意图；
图6是高压压气机壳上的插入式导流叶片示意图；
图7是空气在组合式压气机壳内的流动示意图；
图8是流量调节阀座上的密封圈示意图。
图中：
1-高压压气机壳 2-高压流形板 3-压气机壳连接板
4-低压压气机壳 5-流量调节阀座 6-流量调节阀阀体
7-柱塞 8-步进电机支架 9-步进电机
10-步进电机控制器 11-步进电机驱动器 12-级间放气孔
13-扩压叶片 14-导流叶片 15-消旋叶片
16-高压压气机叶轮 17-低压压气机叶轮 18-密封圈
具体实施方式
下面通过附图对本发明作进一步说明。
本发明基于混合扩压的宽流量组合式两级增压器压气机壳，包括高压端压气机壳合件、低压端压气机壳合件、流量调节阀机械合件。高压端压气机壳合件包括高压压气机壳1、高压流形板2、压气机壳连接板3；低压端压气机壳合件包括低压压气机壳4和流量调节阀座5；流量调节阀机械合件包括流量调节阀阀体6、柱塞7、步进电机支架8、步进电机9，如图1所示。
所述高压端压气机壳合件中，高压压气机壳1后端设计有环形凹槽及定位平台，压气机壳连接板3嵌入该凹槽中并搭接在定位平台上，并通过均布的内六角圆柱头螺栓将压气机壳连接板3与高压压气机壳1后端间连接，如图2所示。压气机壳连接板3的前侧面周向布置有6个消旋叶片15，消旋叶片15的外弧面搭接在高压流形板2的前侧外弧面上，如图3所示；高压流形板2与高压压气机壳1间通过6个均布的内六角圆柱头螺栓连接。高压压气机壳1、高压流形板2、压气机壳连接板3与布置在高压压气机壳1内流道中的涡轮增压器高压压气机轮共同构成了压气机二级流道。压气机壳连接板3上周向均布有6个均布的螺栓孔，可通过螺栓与涡轮增压器中的后支撑总成连接。
低压端压气机壳合件中，流量调节阀座5为具有内部空腔的环形结构，套在低压压气机壳4的压气机进口的外圆柱面上，并周向定位于低压压气机壳4上设计的定位台上，且通过6个均布的内六角圆柱头螺栓与低压压气机壳4连接。低压压气机壳4与布置在低压压气机壳4内流道中的涡轮增压器低压压气机轮共同构成了压气机一级流道。同时，在低压压气机壳4靠近压气机进口的外圆柱面上均布有34个级间放气孔12；通过级间放气孔12使压气机进口与流量调节阀阀座5的内腔联通。低压压气机壳4的后端面与高压压气机壳的前端面间通过2个对置的铰制孔螺栓及6个周向均布的内六角圆柱头螺栓连接。
上述高压压气机壳1上靠近压气机出口的位置沿高压压气机壳1轴向设计有放气通道A；低压压气机壳上设计有与放气通道A同轴的放气通道B，使放气通道A、放气通道B以及流量调节阀阀座5的内腔联通；由此，通过高压压气机壳1、低压压气机壳4、流量调节阀阀座5的内腔及低压压气机壳上的级间放气孔，使压气机进口和压气机出口联通，形成了“L”形气流通道。
所述流量调节阀机械合件布置在“L”形气流通道内，如图1所示，其中，流量调节阀阀体6通过外螺纹与流量调节阀座5的内螺纹连接，柱塞7在流量调节阀阀体6的内孔中可自由滑动，柱塞7内孔有梯形螺纹，与步进电机9主轴的外梯形螺纹连接，并可被步进电机9驱动而作往复直线运动，柱塞7一端设有堵盖，当柱塞7运动到上止点时，堵盖将“L”形流道封闭，压气机进口和出口之间隔离。上述步进电机9通过步进电机支架8与流量调节阀阀体6相连，步进电机9接有步进电机控制器10，由压气机特性曲线所得到的步进电机9控制逻辑被输入到步进电机控制器10中，步进电机控制器10可根据压气机的工作状态将调节指令输入给步进电机驱动器11，步进电机驱动器11驱动步进电机12的主轴并带动柱塞7运动，从而实现“L”形气流通道的开闭，实现流量调节、防止喘振的作用。
所述低压压气机壳4上有沿其内壁的周向均匀布置28个扩压叶片13，如图5所示，空气由压气机进口进入低压压气机壳4内流道后被低压压气机叶轮17进行一次压缩，低压压气机叶片出口处有一段管式扩压段，即无叶扩压器，后面紧接着是叶片扩压段(扩压叶片13部分)，即有叶扩压器；由此，通过调整叶片扩压段和管式扩压段的流道长度比例，可以实现压气机流量和压比的同步调节。
所述高压压气机壳1的流道内周向均布有16个凹槽，分别用于安装16个周向均布的插入式导流叶片14，如图6所示。由此，经低压端扩压后的压缩空气进入到高压压气机壳1的内流道，并被高压压气机壳1内的16个导流叶片14整流后沿U形流道进入消旋区(消旋叶片15部分)，经导流后的压缩空气被6个消旋叶片24消除不平衡动量矩之后被高压压气机叶轮16进行二次压缩，并从压气机出口排出，如图7所示。
本发明宽流量组合式两级增压器压气机壳整体机加工采用“部分装配→机加工→整体装配”的工艺方法，即低压压气机壳2和高压压气机壳1通过铰制孔螺栓连接后对内部流道进行整体机加工，加工完成后再完成压宽流量组合式两级增压器压气机壳的装配。本发明宽流量组合式两级增压器压气机壳还采用级间270度大回转变截面通道叶管混合扩压技术保证全流量范围抑制流动分离。
为保证高压压气机壳1紧挨着高压压气机叶轮16的内流道圆弧面和低压压气机壳4紧挨着低压压气机叶轮17的内流道圆弧面的同轴度，高压压气机壳1和低压压气机壳4由2个铰制孔螺栓连接后由数控机床进行整体加工，确保两个圆弧面在同一台加工设备、同一次装夹中完成机加工，以提高其组合精度。
为提高密封性能，高压压气机壳1和低压压气机壳4之间设有异形密封槽，并装有异形密封圈。低压压气机壳4和流量调节阀座5之间设有两道密封槽，并装有两个密封圈18，如图8所示。

Claims (5)

1.基于混合扩压的宽流量组合式两级增压器压气机壳，其特征在于：包括高压端压气机壳合件、低压端压气机壳合件、流量调节阀机械合件；高压端压气机壳合件包括高压压气机壳、高压流形板、压气机壳连接板；低压端压气机壳合件包括低压压气机壳和流量调节阀座；流量调节阀机械合件包括流量调节阀阀体、柱塞、步进电机支架、步进电机；
所述高压端压气机壳合件中，高压压气机壳后端安装有压气机壳连接板与高压流形板；高压压气机壳、高压流形板、压气机壳连接板与布置在高压压气机壳内流道中的涡轮增压器高压压气机轮共同构成了压气机二级流道；
低压端压气机壳合件中，流量调节阀座为具有内部空腔的环形结构，套接在低压压气机壳的压气机进口的外圆柱面上；同时，在低压压气机壳靠近压气机进口的外圆柱面上均布有级间放气孔；通过级间放气孔使压气机进口与流量调节阀阀座的内腔联通；低压压气机壳与布置在低压压气机壳内流道中的涡轮增压器低压压气机轮共同构成了压气机一级流道；
低压压气机壳的后端面与高压压气机壳的前端面对接；
所述高压压气机壳上靠近压气机出口的位置沿高压压气机壳轴向设计有放气通道A；低压压气机壳上设计有放气通道B，使放气通道A、放气通道B以及流量调节阀阀座的内腔联通；由此，通过高压压气机壳、低压压气机壳、流量调节阀阀座的内腔及低压压气机壳上的级间放气孔，使压气机进口和压气机出口联通，形成气流通道；流量调节阀机械合件布置在气流通道内，其中，流量调节阀阀体螺纹固定于流量调节阀座上，柱塞设置在流量调节阀阀体的内孔，柱塞与步进电机主轴间通过配合的梯形螺纹连接；柱塞一端设有堵盖；当柱塞运动到上止点时，堵盖将流道封闭；上述步进电机通过步进电机支架与流量调节阀阀体相连。
2.如权利要求1所述基于混合扩压的宽流量组合式两级增压器压气机壳，其特征在于：压气机壳连接板的前侧面周向布置有消旋叶片，消旋叶片的外弧面搭接在高压流形板的前侧外弧面上。
3.如权利要求1所述基于混合扩压的宽流量组合式两级增压器压气机壳，其特征在于：高压压气机壳的流道内周向均布凹槽，分别用于安装导流叶片。
4.如权利要求1所述基于混合扩压的宽流量组合式两级增压器压气机壳，其特征在于：所述低压压气机壳上有沿其内壁的周向均匀布置扩压叶片，空气由压气机进口进入低压压气机壳内流道后被低压压气机叶轮进行一次压缩。
5.如权利要求1所述基于混合扩压的宽流量组合式两级增压器压气机壳，其特征在于：所述高压压气机壳和低压压气机壳之间设有异形密封槽，并装有异形密封圈；低压压气机壳和流量调节阀座之间设有两道密封槽，并装有两个密封圈。
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