CN104989672A - 一种提高单级离心压气机喘振裕度的机匣处理结构及压气机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提高单级离心压气机喘振裕度的机匣处理结构，涉及压气机技术领域，巧妙地在机匣上设置扩喘通孔，当压气机需要的进气量增大时，一部分气体从扩喘孔进入从而减少从进气道进入的气体，以此增大喘振裕度。进一步地，设置扩喘孔的孔的走向与所述引气机匣内径切线成一定角度，保证从扩喘孔进入的气流与该处气流周向速度基本同向。本发明工艺简单、生产成本低，安全、可靠、易维修，结构简单，且能显著提高压气机喘振裕度。
Description
技术领域
本发明涉及压气机技术领域，更具体地，涉及一种提高单级离心压气机喘振裕度的机匣处理结构及设有该结构的压气机。
背景技术
在大型飞机主发动机起动和环控系统引气中，通常采用独立小型燃气涡轮发动机作为辅助动力装置(APU)。APU包括压气机、燃烧室和涡轮，单级离心压气机包括进气道、叶轮、扩压器、出气管和机匣。叶轮包括叶片，靠近进气道，扩压器靠近出气道，进气道、叶轮、扩压器、出气道位于机匣内，机匣包括引气机匣，引气机匣位于机匣靠近进气道的位置。外界环境中的空气由进气道进入高速旋转的叶轮，在离心力作用下由叶轮中心被甩向叶轮外缘，压力逐渐提高，进入扩压器后速度降低，压力再次提高，高压气体由出气管流出，在燃烧室里与燃油混合燃烧，形成高温高压燃气，驱动涡轮。
在实际工作中，由于APU引气压力较高或出口负载变化导致压气机工作点逼近喘振边界，可能导致压气机的叶片断裂，甚至APU发动机熄火等严重故障。为了提高压气机的喘振裕度，目前航空发动机主要采用压气机级间放气、进口可调导叶导叶等方法。采用级间放气会使压气机出口压力剧烈波动，并不适用于APU，而采用进口可调导叶结构复杂，会明显增加发动机的重量，且喘振裕度增加有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有压气机的机匣处理结构不能适应压气机进气量增大需求的技术不足，提供一种结构简单、能在保证压气机增压比、效率的前提下提高单级离心压气机喘振裕度的机匣处理结构。
本发明要解决的另一技术问题是提供设有所述机匣处理结构的压气机。
本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现：
针对单级离心压气机,本发明提供一种提高其喘振裕度的机匣处理结构。所述单级离心压气机包括进气道、叶轮、扩压器、出气道、机匣，所述叶轮上设置有多对大叶片和小叶片，所述大叶片和小叶片均包括叶尖，所述叶尖包括叶尖前缘和叶尖喉部，叶片最外围靠近机匣进口的部位称为叶尖前缘，两叶片之间的截面积最小的部位称为叶尖喉部；所述进气道、叶轮、扩压器、出气道均位于所述机匣内；所述机匣包括引气机匣，引气机匣位于机匣靠近所述进气道的位置；本发明在所述引气机匣上开有沿引气机匣圆周分布的扩喘孔，所述扩喘孔为通孔。
设置扩喘孔，一部分气体从进气道进入，一部分气体从扩喘孔进入，从而相对减少了从进气道进入的气体，增大了喘振裕度。
优选地，所述扩喘孔的孔的走向与所述引气机匣内径切线成一定夹角，，所述夹角的范围为20°~40°。该夹角大小以保证从扩喘孔进入的气流与叶片相切也与从进气道进入的气流基本同向即可。气体进入进气道，叶轮的旋转使气流也发生旋转，叶片的角度也与气流的旋转方向相适配，设置扩喘孔的孔的走向与引气机匣内径切线成一定夹角，保证从扩喘孔进入的气流与叶片相切也与从进气道进入的气流基本同向。
扩喘孔的具体数量满足压气机叶片振动要求即可。通常地，所述扩喘孔数量为3～20个。
优选地，所述扩喘孔设置于大叶片的叶尖前缘与叶尖喉部之间。经过本发明仔细地针对性研究结合长期大量的试验受力分析和总结，将扩喘孔设置于大叶片的叶尖前缘与叶尖喉部之间能更好的提高喘振裕度。
进一步优选地，所述扩喘孔设置于靠近所述叶尖喉部位置。
优选地，所述扩喘孔截面形状为腰形、圆形或椭圆形。
优选地，所述扩喘孔截面积之和占叶轮喉部面积的13%～17%。
优选地，所述扩喘孔沿所述引气机匣圆周均匀分布。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明提供了一种提高单级离心压气机喘振裕度的机匣处理结构，巧妙地在机匣上设置扩喘通孔，当压气机需要的进气量增大时，一部分气体会从扩喘孔进入从而减少从进气道进入的气体，以此增大喘振裕度；进一步地，设置扩喘孔的孔的走向与所述引气机匣内径切线成一定夹角，保证从扩喘孔进入的气流与叶片相切也与从进气道进入的气流基本同向。
本发明工艺简单、生产成本低，安全、可靠、易维修，结构简单，且能显著提高压气机喘振裕度。
附图说明
图1为引气机匣装配结构示意图。
图2为引气机匣结构示意图。
图3不设置扩喘孔和设置扩喘孔，从进气道进入的气流对叶轮叶片的压力与叶轮的旋转力之间形成的攻角情况。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明，但是以下实施例仅为便于说明本发明思想所例举的示例之一，并不因此限定本发明。基于本发明基本思想所做的简单替换和变化以及不同的实施方式，应视为本发明保护范围。
实施例1
如图1所示，针对单级离心压气机,本实施例提供一种提高其喘振裕度的机匣处理结构。所述单级离心压气机包括进气道、叶轮5、扩压器4、出气道、机匣，引气机匣1通过螺栓3与扩压器4连接；图1中，将机匣沿所述叶轮的中心线方向切除一部分，得到图1所示结构示意图。
所述叶轮5上设置有多对大叶片和小叶片，所述大叶片和小叶片均包括叶尖，所述叶尖包括叶尖前缘和叶尖喉部，叶片最外围靠近机匣进口的部位称为叶尖前缘，叶片的截面积最小的部位称为叶尖喉部；所述进气道、叶轮5、扩压器4、出气道均位于所述机匣内；所述机匣包括引气机匣1，引气机匣1位于机匣靠近所述进气道的位置；如图2所示，所述引气机匣1上开有沿引气机匣1圆周均匀分布的扩喘孔2，所述扩喘孔2为通孔。
所述扩喘孔2的孔的走向与所述引气机匣1内径切线成一定夹角，，所述夹角的范围为20°~40°。
所述扩喘孔2数量可设置为3～20个，位于大叶片的叶尖前缘与叶尖喉部之间，靠近所述叶尖喉部。
所述扩喘孔2截面形状为腰形、圆形或椭圆形。
所述扩喘孔2截面积之和占叶轮喉部面积的13%～17%。
压气机运转时，一部分气体从引气机匣1的扩喘孔2进入压气机，这部分气体跟随从进气道进入的气体产生了循环流动，对叶轮5来说，从进气道进入的气流减小，从而进口攻角减小，从而使得达到失速攻角的进程得到延缓，尤其在叶轮5的叶尖位置更不容易达到失速攻角，也就相当于压气机能工作在更小的流量，即拓宽了流量范围，增大了流量裕度，于是喘振裕度得到提高。如图3所示，X1为不开扩喘孔时从进气道进入的气流对叶轮叶片的压力，Y1为不开扩喘孔时，叶轮的旋转力，X2为开了扩喘孔后，从进气道进入的气流对叶轮叶片的压力，Z为叶片方向；当取值为X1和Y1时，X1与Y1的合力与叶片形成的攻角为α，较为靠近失速攻角，当取值为X2和Y1时，X2和Y1的合力与叶片形成的攻角为β，β＜α。即开有扩喘孔后，成功增大了喘振裕度。
通过一系列设计、制造、试验、鉴定，试验结果证明该结构能显著提高压气机喘振裕度，满足发动机的使用要求。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种提高单级离心压气机喘振裕度的机匣处理结构，所述压气机包括进气道、叶轮、扩压器、出气道、机匣，所述叶轮上设置有多对大叶片和小叶片，所述大叶片和小叶片均包括叶尖，所述叶尖包括叶尖前缘和叶尖喉部，叶片最外围靠近机匣的进口的部位为叶尖前缘，两叶片之间的截面积最小的部位为叶尖喉部；所述进气道、叶轮、扩压器、出气道均位于所述机匣内；所述机匣包括引气机匣，引气机匣位于机匣靠近所述进气道的位置；其特征在于，所述引气机匣上开有沿引气机匣圆周分布的扩喘孔，所述扩喘孔为通孔。
2.根据权利要求1所述的机匣处理结构，其特征在于，所述扩喘孔的孔的走向与所述引气机匣内径切线成一定夹角，所述夹角的范围为20°~40°。
3.根据权利要求1所述的机匣处理结构，其特征在于，所述扩喘孔数量为3～20个。
4.根据权利要求1所述的机匣处理结构，其特征在于，所述扩喘孔位于大叶片叶尖前缘与叶尖喉部之间。
5.根据权利要求1所述的机匣处理结构，其特征在于，所述扩喘孔靠近所述叶尖喉部。
6.根据权利要求1所述的机匣处理结构，其特征在于，所述扩喘孔截面形状为腰形、圆形或椭圆形。
7.根据权利要求1所述的机匣处理结构，其特征在于，所述扩喘孔截面积之和占叶轮喉部面积的13%～17%。
8.根据权利要求1所述的机匣处理结构，其特征在于，所述扩喘孔沿所述引气机匣圆周均匀分布。
9.一种压气机，其特征在于，其设有权利要求1至8任一项所述机匣处理结构。
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