CN105298921A - 两级离心压气机级间u型混合扩压器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了两级离心压气机级间U型混合扩压器，包括低压压气机，高压压气机和U型混合扩压器；低压压气机出口通过U型混合扩压器连接高压压气机进口；U型混合扩压器包括：叶片扩压器，环形扩压器和进气整流器；三者形成多段扩压器的混合U型结构通道。叶片扩压器包括扩压器壳体和压气机背盘，环形扩压器是支撑壳体中的环形通道，具有扩压作用；环形通道中设有支撑架，连接低压压气机的叶片扩压器和高压压气机的进气整流器。进气整流器连接高压压气机的进气口，由整流器罩和导流盘组成；整流器罩上设有整流叶片，优点在于：采用两段扩压器，合理分配扩压比大幅度降低了通道中穿过部分的阻力损失，保证了整机的压缩效率和结构紧凑。
Description
技术领域
本发明属于叶轮机械技术领域，具体是指两级离心压气机级间U型混合扩压器。
背景技术
离心压气机由于具有压比高、重量轻的特性，是增压器和燃气轮机中的常用部件。但单级离心压气机的压比有限，要获得更大的压比，主要通过单级轴流压气机加单级离心压气机方式、多级轴流压气机加单级离心压气机方式以及单级离心压气机加单级离心压气机构成的两级离心压气机方式实现，现有技术中选用两级离心压气机方式居多。
两级离心压气机包括两种布置方式：压气机同向布置和压气机反向布置；同向布置是指两个单级离心压气机进气方向相同，反向布置是指两个单级离心压气机进气方向相反；
两级离心压气机同向布置在航空燃气轮机中已有应用，但由于两级离心压气机之间布置气流连接通道，导致两个单级离心压气机的轴向距离过大，结构不够紧凑。
两级离心压气机反向布置时，虽然具有结构紧凑、转子系统动力特性优良的特点，在涡轮增压器中获得了应用；但是，两个单级离心压气机反向布置时一般设置成：采用每个单级离心压气机配一个蜗壳，用管路连接两个单级离心压气机，高压压气机出气通过蜗壳汇聚后从气流连接通道中穿出，这样做会引起气流连接通道的附加阻力损失，造成整个压气机的压缩效率下降。
发明内容
本发明的目的是：当两级离心压气机反向布置时，利用两个压气机叶轮反向布置的轴向长度，通过设计压气机两级间气流连接通道，有效降低两级离心压气机级间气流流动的阻力损失，提出了两级离心压气机级间U型混合扩压器，包括低压压气机，高压压气机和U型混合扩压器；低压压气机和高压压气机反向布置，通过轴承和支撑壳体固连，并且低压压气机出口通过U型混合扩压器的混合U型结构通道连接高压压气机进口。
U型混合扩压器，包括叶片扩压器，环形扩压器和进气整流器；三者依次设置在低压压气机出口和高压压气机进口之间，形成多段扩压器的混合U型结构通道。
具体为：叶片扩压器连接在低压压气机的出口，由在低压压气机壳体内壁上铸造的多个扩压叶片构成，扩压叶片的数量根据叶轮大小和空气流量确定；通过叶片扩压器与压气机轴支撑中的压气机背盘共同构成了叶片扩压器的扩压通道，通过压气机背盘阻断低压压气机1出口气流向轴承腔的流动。
每一个扩压叶片采用一体式的径向轴向叶片，均包含径向扩压段和轴向扩压段；径向扩压段和轴向扩压段采用连续曲线成形，扩压比分配为4：1到3：1；
环形扩压器是高压压气机壳体中的环形通道，通过铸造一体化成型，与叶片扩压器和进气整流器相连；环形扩压器的扩压比占叶片扩压器的1/6，即叶片扩压器与环形扩压器的扩压比分配为6：1。
进气整流器设置于高压压气机的进气口，由整流器罩和导流盘组成；整流器罩与高压压气机外壳固定，整流器罩上周向均匀设有整流叶片，起整流和支撑作用；进气整流器保证了气流转折过程中不发生分离。导流盘与高压压气机外壳固定，使整流叶片搭接在导流盘上。通过整流器保证了气流转折过程中不发生分离，整流后的气流经过导流盘导流进入高压压气机，通过蜗壳汇聚从环形扩压器中穿出。
本发明的优点在于：
(1)两级离心压气机级间U型混合扩压器，采用两段扩压器，合理分配扩压比实现了既大幅度降低了通道中穿过部分的阻力损失，又保证了整机的压缩效率和结构紧凑。
(2)两级离心压气机级间U型混合扩压器，相对于U型直连通道的压力损失可以降低超过40％，相对于双蜗壳管道连接压力损失可以降低超过60％。具有扩压效率高、损失小、结构紧凑、重量轻的特点。
附图说明
图1是本发明两级离心压气机级间U型混合扩压器的剖面图；
图2是本发明两级离心压气机U型混合扩压器通道结构示意图；
图3是本发明低压压气机一体式叶片径向轴向扩压器叶片示意图；
图4是本发明高压压气机进气整流器叶片示意图。
其中，1-低压压气机；2-高压压气机；3-进气整流器；4-高压压气机壳体；5-叶片扩压器；6-环形扩压器；
501-低压压气机壳体；502-压气机背盘；503-轴向扩压段；504-径向扩压段；
301-整流器罩；302-导流盘；303-整流叶片；
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开了两级离心压气机级间U型混合扩压器，涉及航空、车用、船用两级离心压气机增压器，工业用两级离心压气机等领域，是一种用于两级离心压气机反向布置时，气流从低压压气机出口到高压压气机进口的级间混合扩压器，用于活塞发动机增压器、燃气轮机和工业两级离心压气机等动力装置。
如图1所示，具体包括低压压气机1，高压压气机2，以及由叶片扩压器5，环形扩压器6和进气整流器3形成U型混合扩压器；
低压压气机1和高压压气机2反向布置，通过轴承和支撑壳体固定连接；低压压气机1出口通过U型混合扩压器的混合U型结构通道连接高压压气机2进口。
如图2所示，U型混合扩压器中，叶片扩压器5，环形扩压器6和进气整流器3；三者依次设置在低压压气机1出口和高压压气机2进口之间，形成多段扩压器的混合U型结构通道。
由于低压压气机1出口气流的切向速度很大，采用叶片扩压器5能够将低压压气机1出口的高速气流进行降速扩压。叶片扩压器5安装在低压压气机1的出口；叶片扩压器5由在低压压气机壳体501内壁上铸造的多个扩压叶片构成，扩压叶片的数量根据叶轮大小和空气流量确定，用于限定低压压气机1出口气流的流动，降低了气流分离和扩压损失，提高了扩压效率。通过上述叶片扩压器与压气机轴支撑中的压气机背盘502共同构成了叶片扩压器5的扩压器通道，通过压气机背盘502阻断低压压气机1出口气流向轴承腔的流动。
本发明采用28个扩压叶片，扩压叶片采用一体式的径向轴向叶片，即：每一个扩压叶片均包含径向扩压段504和轴向扩压段503，如图3所示，径向扩压段504和轴向扩压段503采用连续曲线成形，可以大幅度提高扩压器的效率，避免气流分离，降低流动损失。为保证压气机整体轴向结构紧凑，根据低压压气机1的出口气流角设计径向扩压段504，可通过放大低压压气机壳体的半径使得径向扩压段504的扩压比足够大。本发明设计叶片扩压器5出口的气流速度小于0.3马赫，将径向扩压段504和轴向扩压段503的扩压比分配为4：1到3：1，大幅度降低了扩压器通道中附加结构的阻力损失，保证了整机的压缩效率和结构紧凑。
环形扩压器6为高压压气机壳体4中的环形通道，通过铸造一体化成型；环形扩压器6具有扩压作用，与叶片扩压器5和进气整流器3相连。为保证工作过程中通道形状不变，在环形通道中设有支撑架来保持其形状不变形。本发明中由于叶片扩压器5的出口气流速度小于0.3马赫，因此环形扩压器6采用较小的扩压比，其扩压比占低压压气机1的叶片扩压器5的1/6，即叶片扩压器5与环形扩压器6的扩压比分配为6：1。
进气整流器3设置于高压压气机2的进气口，由整流器罩301和导流盘302组成；整流器罩301与高压压气机外壳固定，整流器罩上周向均匀设计有整流叶片303，如图4所示，整流叶片303起整流和支撑作用，保证了高压压气机2的进气质量；本发明优选6个整流叶片303。进气整流器3保证了气流转折过程中不发生分离。导流盘与高压压气机外壳固定，使整流叶片搭接在导流盘上。通过整流器保证了气流转折过程中不发生分离，整流后的气流经过导流盘导流进入高压压气机，通过蜗壳汇聚从环形扩压器中穿出。
低压压气机1的出口气流首先进入叶片扩压器5进行大幅度的扩压降速，同时对气流进行整流，然后进入环形扩压器6；在环形扩压器6中进行小幅度的扩压后进入进气整流器3；在进气整流器3中进一步进行整流，最后进入高压压气机2，高压压气机2的出气通过高压蜗壳汇聚后从环形扩压器6中穿出。
Claims (4)
1.两级离心压气机级间U型混合扩压器，包括低压压气机和高压压气机，其特征在于，还包括U型混合扩压器；
低压压气机出口通过U型混合扩压器的混合U型结构通道连接高压压气机进口；
U型混合扩压器，包括叶片扩压器，环形扩压器和进气整流器；三者依次设置在低压压气机出口和高压压气机进口之间，形成多段扩压器的混合U型结构通道；
具体为：叶片扩压器连接在低压压气机的出口，由在低压压气机壳体内壁上铸造的周向均匀布置扩压叶片构成；通过叶片扩压器与压气机轴支撑中的压气机背盘共同构成了叶片扩压器的扩压通道，通过压气机背盘阻断低压压气机出口气流向轴承腔的流动；
环形扩压器是高压压气机壳体中的环形通道，与叶片扩压器和进气整流器相连；
进气整流器设置于高压压气机的进气口，由整流器罩和导流盘组成；整流器罩与高压压气机外壳固定，整流器罩上周向均匀设有整流叶片，起整流和支撑作用；导流盘与高压压气机外壳固定，使整流叶片搭接在导流盘上；通过整流器保证了气流转折过程中不发生分离，整流后的气流经过导流盘导流进入高压压气机，通过蜗壳汇聚从环形扩压器中穿出。
2.如权利要求1所述的两级离心压气机级间U型混合扩压器，其特征在于，所述扩压叶片采用一体式的径向轴向叶片，均包含径向扩压段和轴向扩压段；径向扩压段和轴向扩压段采用连续曲线成形，扩压比分配为4：1到3：1。
3.如权利要求1所述的两级离心压气机级间U型混合扩压器，其特征在于，所述的扩压叶片选用28个。
4.如权利要求1所述的两级离心压气机级间U型混合扩压器，其特征在于，所述叶片扩压器与环形扩压器的扩压比分配为6：1。
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