一种可调节的离心压气机环缝引气结构
技术领域
本发明属于中小型航空发动机压气机技术领域,具体涉及一种可调节的离心压气机环缝引气结构。这种引气结构通过设置于叶轮出口周向连续的环形缝将离心压气机流道中的气流引出,最终完成前轴承腔封严以及叶轮进口叶根处流道的封严。该种结构能够减小引气结构在离心叶轮叶片上作用的气动激振力,允许离心机匣以及扩压器的在热态自由膨胀,同时可以通过调节气路中的喷嘴来调节引气压力,结构简单、易于加工,特别适用于径向进气的中小型航空发动机离心压气机。
背景技术
离心压气机由于具有单级压比高、工作范围宽、结构简单、可靠性高等优点在小型燃气轮机及中小型航空发动机中得到了广泛的应用。离心压气机中会从离心机匣处引气用于前轴承腔封严以及叶轮进口叶根处流道的封严。常用的做法是在离心机匣合适的半径高度处打孔或者加工周向不连续的扇形槽来使离心压气机流道中具有特定压力的气流从孔或者槽中流出;进一步通过特定的气流通道将这部分高压气体引导到前轴承腔以及离心叶轮与进气机匣之间的轮毂处进行封严。
然而,此种引气封严结构需要在离心机匣上打孔或者加工周向扇形槽,使得离心机匣在周向不连续。这样在离心压气机运转时,气流经过这些周向不连续的孔或槽时会产生周期性的波动,进而在叶轮叶片上产生气动激振力,不利于离心压气机的稳定运行。同时由于引气孔或引气槽只能在离心机匣的特定半径高度处加工,一旦所需引气压力与设计值出现偏差整个引气系统将无法进行调节,只能重新加工离心机匣。另外,离心机匣一般与扩压器连成一体,为了使其在热态能够自由膨胀,还需要在离心机匣与扩压器之间设计一个能够吸收离心机匣热变形的结构。因此,传统的引气结构具有一定的复杂性且存在一些问题。
发明内容
为克服现有技术的缺点和不足,本发明提供了一种可调节的压气机环缝引气结构,通过设置于叶轮出口周向连续的环形缝将离心压气机流道中的气流引出,减小了引气结构在离心叶轮叶片上作用的气动激振力,且能够使离心机匣在热态自由膨胀,同时在引气通道中设置节流喷嘴调节气流压力,最终完成前轴承腔封严以及叶轮进口叶根处流道的封严,具有结构简单、易于加工的优点,特别适用于径向进气的中小型航空发动机离心压气机。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案为:
一种可调节的离心压气机环缝引气结构,包括进气机匣、离心机匣、扩压器和压气机外机匣,所述离心机匣设置在所述进气机匣和扩压器之间,所述离心机匣的叶轮流道内设置有离心叶轮,其特征在于,
所述离心机匣通过将前安装边用紧固件与所述进气机匣的内侧法兰连接的方式安装在所述进气机匣上,所述离心机匣的后端与所述扩压器之间存在一个周向连续的引气环形缝,所述引气环形缝位于离心叶轮的出口位置,压气机运行时,压气机流道内的少部分气流经过所述引气环形缝流到引气腔中,所述引气腔为至少由所述进气机匣、离心机匣、扩压器和压气机外机匣所围成的封闭空间;
所述的离心叶轮的转轴上设置有前封严篦齿和后封严篦齿,在前封严篦齿和后封严篦齿之间的位置所述的进气机匣上设置有环槽,所述前封严篦齿的前端为前轴承腔,所述进气机匣中设置有气流通道,所述气流通道一端与所述引气腔连通,另一端与所述环槽连通,所述气流通道与所述引气腔连通的一端设置有节流喷嘴;
所述引气腔中的空气经过所述节流喷嘴使气流压力由离心叶轮出口静压降低到封严所需的压力后,沿着所述气流通道进入位于所述进气机匣的环槽中,进入所述环槽中的气体一部分通过所述前封严篦齿与进气机匣之间的间隙进入所述前轴承腔中,对所述前轴承腔进行封严,另一部分气体通过所述后封严篦齿与进气机匣之间的间隙到达离心叶轮与进气机匣之间的间隙处,并通过该间隙进入压气机流道,从而对压气机流道进行封严。
优选地,所述离心机匣为悬臂结构,并且所述离心机匣与扩压器在离心叶轮出口处断开,二者之间的周向连续的引气环形缝能够使所述离心机匣和扩压器在热态时均能够自由膨胀。
优选地,所述压气机外机匣的一端通过紧固件固定在所述进气机匣的外侧法兰面上,所述压气机外机匣的另一端通过紧固件固定在所述扩压器的侧壁上。
优选地,所述气流通道包括相互连通的引气通道Ⅰ、引气通道Ⅱ和引气通道Ⅲ,在所述进气机匣前端有支板的角向分别钻两个斜孔,其中一个斜孔构成引气通道Ⅱ,另一个斜孔构成引气通道Ⅲ,并在钻孔起始位置设置螺堵以实现密封,所述引气通道Ⅲ与所述环槽接通,同时在所述进气机匣后端相同的角向进行钻孔形成所述引气通道Ⅰ,所述引气通道Ⅰ与引气通道Ⅱ接通。
优选地,所述节流喷嘴设置在所述引气通道Ⅰ的进口处。进一步地,在所述引气通道Ⅰ的进口处加工螺纹并利用所述节流喷嘴上的一字形凹槽将所述节流喷嘴拧在所述引气通道Ⅰ的进口处。
优选地,所述节流喷嘴为可更换的节流喷嘴,当封严参数需要调节时,可以通过调节所述节流喷嘴上的喷嘴孔的直径大小来实现。在此过程中可以通过对所述节流喷嘴进行流量试验来精确确定所选节流喷嘴的真实流量。
优选地,所述离心叶轮的转轴和前轴承之间设置有调整垫Ⅰ,通过对所述调整垫Ⅰ进行调节来调整所述离心叶轮与离心机匣之间的轴向间隙。
优选地,所述离心机匣前端的安装边和所述进气机匣的内侧法兰之间也设置有调整垫Ⅱ,通过对所述调整垫Ⅱ进行调节来调整所述离心叶轮的叶顶间隙以及所述离心机匣与扩压器之间的轴向错移。
通过对调整垫Ⅰ和调整垫Ⅱ进行调节可以调整离心叶轮与离心机匣之间的轴向间隙以及离心机匣与扩压器之间的轴向错移,使热态膨胀后的离心叶轮流道以及扩压器流道对齐。
同现有技术相比,本发明的可调节的压气机环缝引气结构具有显著的技术效果:(1)与一般的引气结构相比,本发明的引气处为叶轮出口且引气缝为周向连续的,不会在叶片上产生气动激振力,有利于压气机的稳定运行。(2)离心机匣为悬臂结构且离心机匣与扩压器之间存在引气环缝能够使离心机匣和扩压器在热态均能够自由膨胀。(3)通过对调整垫Ⅰ和调整垫Ⅱ进行调节可以调整离心叶轮与离心机匣之间的轴向间隙以及离心机匣与扩压器之间的轴向错移,使热态膨胀后的叶轮流道以及扩压器流道对齐。(4)当发动机封严所需的环槽中的压力需要改变时,或者压气机的压力与设计值有所偏差使引气环缝处的压力改变时,均可以通过更换节流喷嘴对气流压力进行调节。(5)此外,本发明的引气结构中不需要在离心机匣上开引气孔或者槽,结构简单、加工方便。
附图说明
图1为本发明的可调节的离心压气机环缝引气结构示意图。
图2为节流喷嘴结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。需要说明的是,以下所述仅为本发明的较佳实施例,并不因此而限定本发明的保护范围。
如图1所示,本发明的可调节的离心压气机环缝引气结构,包括进气机匣1、离心机匣18、扩压器19和压气机外机匣16,离心机匣18设置在进气机匣1和扩压器19之间,离心机匣18的叶轮流道内设置有离心叶轮。压气机外机匣16的一端通过紧固件固定在进气机匣1的外侧法兰面上,压气机外机匣16的另一端通过紧固件固定在扩压器19的侧壁上。
离心机匣18为悬臂结构,其前端的安装边通过法兰和螺栓安装在进气机匣1的内侧法兰上。离心机匣18与扩压器19之间存在周向连续的引气环形缝17,离心机匣18与扩压器19在离心叶轮出口处断开,二者之间的周向连续的引气环形缝17能够使离心机匣18和扩压器19在热态时均能够自由膨胀。压气机工作时,流道中的高压气从引气环形缝17中流入引气腔15中。引气腔15为至少由进气机匣1、离心机匣18、扩压器19和压气机外机匣16所围成的封闭空间。所述的离心叶轮20的转轴上设置有前封严篦齿和后封严篦齿,在前封严篦齿和后封严篦齿之间的位置所述的进气机匣1上设置有环槽6,所述前封严篦齿的前端为前轴承腔5。
在进气机匣1上设置有气流通道,气流通道通过在进气机匣1上打孔来完成引气。在进气机匣1前端有支板3的角向钻两个斜孔,其中一个斜孔构成引气通道Ⅱ12,另一个斜孔构成引气通道Ⅲ4,使引气通道Ⅲ4与环槽6接通,并将钻孔起始位置用螺堵2堵住以实现密封,同时在进气机匣1后端相同的角向钻孔形成引气通道Ⅰ11,后端相同的角向钻孔形成引气通道Ⅰ11与引气通道Ⅱ12接通。引气通道Ⅰ11、引气通道Ⅱ12和引气通道Ⅲ4形成了进气机匣1内部的气流通道。在引气通道Ⅰ11进口加工螺纹并利用节流喷嘴13上的一字形凹槽22将节流喷嘴13拧在在引气通道Ⅰ11进口处。引气腔15中的气体经过节流喷嘴13后沿着引气通道Ⅰ11、引气通道Ⅱ12和引气通道Ⅲ4形成的气流通道进入环槽6中。
环槽6中的气体一部分通过前封严篦齿与进气机匣之间的间隙8进入前轴承腔5中完成前轴承腔的封严,环槽6中的另一部分气体通过后封严篦齿与进气机匣之间间隙9进入离心叶轮与进气机匣1之间的间隙10中完成对离心叶轮进口叶根流道的封严。
节流喷嘴13为可更换的节流喷嘴,当封严参数需要调节时,可以通过调节节流喷嘴13上的喷嘴孔21的直径大小来实现。在此过程中可以通过对节流喷嘴13进行流量试验来精确确定所选节流喷嘴的真实流量。
离心叶轮的转轴和前轴承之间设置有调整垫Ⅰ7,通过对调整垫Ⅰ7进行调节来调整离心叶轮20与离心机匣18之间的轴向间隙。
优选地,离心机匣18前端的安装边和进气机匣1的内侧法兰之间也设置有调整垫Ⅱ14,通过对调整垫Ⅱ14进行调节来调整离心叶轮的叶顶间隙以及离心机匣18与扩压器19之间的轴向错移。
通过对调整垫Ⅰ7和调整垫Ⅱ14进行调节可以调整离心叶轮20与离心机匣18之间的轴向间隙以及离心机匣18与扩压器19之间的轴向错移,使热态膨胀后的离心叶轮流道以及扩压器流道对齐。
与一般的引气结构相比,本发明的引气处为叶轮出口且引气缝15为周向连续的,不会在叶片上产生气动激振力,有利于压气机的稳定运行。离心机匣为悬臂结构且离心机匣与扩压器之间存在缝15能够使离心机匣18和扩压器19在热态均能够自由膨胀。同时,可以通过对调整垫7和14进行调节来调整离心叶轮20与离心机匣18之间的轴向间隙以及离心机匣18与扩压器19之间的轴向错移,使热态膨胀后的叶轮流道以及扩压器流道对齐。当发动机封严所需的环腔6中的压力需要改变时,或者压气机的压力与设计值有所偏差使缝15处的压力改变时,均可以通过更换节流喷嘴13对气流压力进行调节。此外,这种引气结构中不需要在离心机匣18上开引气孔或者槽,结构简单、加工方便。
本发明的可调节的离心压气机环缝引气结构,可直接应用于径向进气的小型航空发动机,能够在不增加加工成本的前提下减小由于引气作用在离心叶轮叶片上的气动激振力,并且能够通过更换节流喷嘴对引气参数进行调节。
此外,需要说明的是,本说明书中仅以通过钻孔形成引气通道以及采用具有一字形凹槽喷嘴的情况进行了描述,对于采用其他加工方法形成的引气通道或者具有其他结构的喷嘴同样适用,且其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化,均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。