CN106939832A - 一种轴流‑离心整体叶盘式组合压缩系统 - Google Patents

一种轴流‑离心整体叶盘式组合压缩系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轴流‑离心整体叶盘式组合压缩系统，轴流叶轮与离心叶轮联接一体为整体叶盘，轴流转子与离心叶轮之间布置轴流静子，轴流压气机的叶轮外环、离心压气机的叶轮外环联接一体为整体叶轮外环，整体叶轮外环上设置有1个用以装配静子外环的装配预留空腔，轴流静子在周向被分割成若干等分，从装配预留空腔装入各等分的静子外环，通过所述装配预留空腔顶部的圆柱面对静子外环进行径向限位，通过压环压紧各所述静子外环。本发明的组合压缩系统，简化了压缩系统结构，可提高发动机的可靠性，降低生产成本；悬臂静子的采用，可提高轴流压气机级的喘振裕度，进一步提高组合压缩系统的喘振裕度，拓宽发动机的运行包线。

Description

一种轴流-离心整体叶盘式组合压缩系统
技术领域
本发明涉及一种轴流-离心叶轮整体叶盘结构、与该结构相适应的悬臂静子及其轴流-离心组合压缩系统。具体涉及应用于小型燃气涡轮发动机、结构紧凑、效率高、裕度大、可靠性高的轴流-离心组合压缩系统。
背景技术
小型燃气涡轮发动机多采用轴流-离心组合压气机、单级离心压气机或者两级离心压气机等作为其压缩系统。离心压气机由于结构简单、单级压比高而被广泛采用，但其自身固有的效率低且单级压比受限的问题尤为突出，这对经济性要求较高的发动机是非常明显的缺陷。
轴流-离心组合压气机由于效率较高，是小型燃气涡轮发动机压缩系统的首选。但轴流压气机级的增加导致发动机结构复杂，特别是轴流转子叶轮使得转子系统零件增加，转子传扭和运行的可靠性降低，为发动机设计带来困难。
发明内容
针对以上技术问题，本发明旨在提供一种轴流-离心整体叶盘式组合压缩系统，其轴流转子叶轮与离心叶轮采用一体化的整体叶盘结构、以及一体化的整体叶轮外环结构、与之相适应的轴流静子采用悬臂结构，简化了压缩系统结构，可提高发动机的可靠性，降低生产成本；悬臂静子的采用，可提高轴流压气机级的喘振裕度，进一步提高组合压缩系统的喘振裕度，拓宽发动机的运行包线。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种轴流-离心整体叶盘式组合压缩系统，包括轴流压气机和离心压气机，所述轴流压气机包括轴流转子和轴流静子，所述离心压气机包括离心叶轮和径向-轴向扩压器，其中，所述轴流转子设置在所述轴流静子的上游，所述离心叶轮设置在所述轴流静子的下游，所述轴流静子位于所述轴流转子和离心叶轮之间，所述径向-轴向扩压器设置在离心叶轮的下游，其特征在于，
--所述轴流转子与离心叶轮联接一体为轴流-离心整体叶盘，所述整体叶盘包括轴流叶片、离心叶片和支承轮盘，所述轴流叶片固定设置在所述支承轮盘的上游，所述离心叶片固定设置在所述支承轮盘的下游，所述轴流叶片与离心叶片之间的轴向空间用以布置轴流静子；
--所述轴流压气机的叶轮外环、离心压气机的叶轮外环联接一体为轴流-离心整体叶轮外环，所述整体叶轮外环的上游为轴流转子的叶轮外环，所述整体叶轮外环的下游为离心叶轮的叶轮外环，所述轴流叶片、离心叶片的叶尖与所述整体叶轮外环的内表面之间具有一定的间隙，以保证所述轴流转子和离心叶轮正常旋转，所述轴流转子的叶轮外环与离心叶轮的叶轮外环之间的整体叶轮外环上设置有沿周向布置的1个用以装配静子外环的装配预留空腔；
--所述轴流静子为悬臂结构，静子叶片直接设置在静子外环上，所述静子叶片的叶尖与所述支承轮盘之间设置有一定的间隙，以保证支承轮盘正常旋转，所述轴流静子在周向被分割成若干等分，从所述整体叶轮外环的装配预留空腔装入各等分的静子外环，通过所述装配预留空腔顶部两侧的圆柱面对静子外环进行径向限位，所述装配预留空腔顶部开口部分布置压环，所述压环通过其底部的配合面压紧各所述静子外环，限制其径向向外的活动空间。
优选地，所述离心叶片包括主叶片和分流叶片。
优选地，所述支承轮盘通过其右端面的圆弧端齿与动力端的涡轮联接以定心、传扭，所述支承轮盘的左端面与其它零件联接，用于施加轴向力以压紧圆弧端齿结构。
优选地，所述轴流静子在周向被分割成3或4等分。
优选地，最后一等分静子外环装入所述装配预留空腔后，用所述压环压紧各所述静子外环，限制其径向向外的活动空间。
优选地，所述装配预留空腔的顶部开口的周围开设有叶轮外环沟槽，所述沟槽中布置密封圈。通过压入叶轮外环沟槽的O形密封圈密封气流，沟槽为沿装配预留空腔一周的O形密封圈槽。
优选地，所述整体叶轮外环的装配预留空腔在周向只占据(360/N+20)度的角度，整体叶轮外环的其余部分为与所述压环一样的结构，其中，N为轴流静子的等分数。
同现有技术相比，本发明的轴流-离心整体叶盘式组合压缩系统，其轴流转子叶轮与离心叶轮采用一体化的整体叶盘结构、以及一体化的整体叶轮外环结构、与之相适应的轴流静子采用悬臂结构，简化了压缩系统结构，可提高发动机的可靠性，降低生产成本；悬臂静子的采用，可提高轴流压气机级的喘振裕度，进一步提高组合压缩系统的喘振裕度，拓宽发动机的运行包线。
附图说明
图1为本发明的轴流-离心整体叶盘式组合压缩系统结构示意图；
图2为本发明的整体叶轮外环结构示意图。
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，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
如图1、2所示，本发明的轴流-离心整体叶盘式组合压缩系统，包括一级轴流压气机、一级离心压气机和静子机匣。轴流压气机包括轴流转子和轴流静子2，离心压气机包括离心叶轮和径向-轴向扩压器3。其中，轴流转子设置在轴流静子2的上游，离心叶轮设置在轴流静子2的下游，轴流静子位于轴流转子和离心叶轮之间，径向-轴向扩压器3设置在离心叶轮的下游。轴流转子与离心叶轮联接一体为轴流-离心整体叶盘1。
整体叶盘1包括数片轴流叶片1A、离心叶片1B(包括主叶片和分流叶片)和支承轮盘1C，轴流叶片1A固定设置在支承轮盘1C的上游，离心叶片1B固定设置在支承轮盘1C的下游，轴流叶片1A与离心叶片1B之间的轴向空间用以布置轴流静子2。支承轮盘1C通过其右端面的圆弧端齿12与动力端的涡轮联接以定心、传扭。支承轮盘1C的左端面11与其它零件联接，用于施加轴向力以压紧圆弧端齿结构。
为了与轴流-离心整体叶盘结构相适应，轴流压气机的叶轮外环、离心压气机的叶轮外环联接一体为轴流-离心整体叶轮外环4，整体叶轮外环4的上游形为轴流转子的叶轮外环，整体叶轮外环4的下游形为离心叶轮的叶轮外环，轴流叶片1A、离心叶片1B的叶尖与整体叶轮外环4的内表面之间具有一定的间隙，以保证轴流转子和离心叶轮正常旋转。轴流转子的叶轮外环与离心叶轮的叶轮外环之间的整体叶轮外环4上设置有沿周向布置的1个用以装配静子外环的装配预留空腔4A。
轴流叶片1A下游的轴流静子2采用悬臂结构，即静子无内环，静子叶片根部直接设置在静子外环上，静子叶片的叶尖与支承轮盘1C之间具有一定的间隙δ，以保证支承轮盘1C正常旋转。该轴流静子2在周向被分割成3或4等分，从整体叶轮外环4的装配预留空腔4A装入静子外环，通过装配预留空腔4A顶部两侧的圆柱面24对静子外环进行径向限位，并沿周向滑动以错开装配预留空腔4A(图2)。最后一等分静子外环装入后，用压环5通过其底部的配合面25压紧轴流静子2的静子外环，限制其径向向外的活动空间，并通过压入叶轮外环沟槽4B的O形密封圈密封气流，沟槽4B为沿装配预留空腔4A一周的O形密封圈槽。整体叶轮外环4的装配预留空腔4A在周向只占据(360/N+20)度的角度，其余为与压环5一样的结构(N为轴流静子的等分数)。
本发明轴流-离心组合压缩系统，适用于小型燃气涡轮发动机，其转子和叶轮外环均由1个零件组成，简化了压缩系统结构，可提高发动机的可靠性，降低生产成本；悬臂静子的采用，可提高轴流压气机级的喘振裕度，进一步提高组合压缩系统的喘振裕度，拓宽发动机的运行包线。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，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。

Claims (7)

1.一种轴流-离心整体叶盘式组合压缩系统，包括轴流压气机和离心压气机，所述轴流压气机包括轴流转子和轴流静子，所述离心压气机包括离心叶轮和径向-轴向扩压器，其中，所述轴流转子设置在所述轴流静子的上游，所述离心叶轮设置在所述轴流静子的下游，所述轴流静子位于所述轴流转子和离心叶轮之间，所述径向-轴向扩压器设置在离心叶轮的下游，其特征在于，
--所述轴流转子与离心叶轮联接一体为轴流-离心整体叶盘，所述整体叶盘包括轴流叶片、离心叶片和支承轮盘，所述轴流叶片固定设置在所述支承轮盘的上游，所述离心叶片固定设置在所述支承轮盘的下游，所述轴流叶片与离心叶片之间的轴向空间用以布置轴流静子；
--所述轴流压气机的叶轮外环、离心压气机的叶轮外环联接一体为轴流-离心整体叶轮外环，所述整体叶轮外环的上游为轴流转子的叶轮外环，所述整体叶轮外环的下游为离心叶轮的叶轮外环，所述轴流叶片、离心叶片的叶尖与所述整体叶轮外环的内表面之间具有一定的间隙，以保证所述轴流转子和离心叶轮正常旋转，所述轴流转子的叶轮外环与离心叶轮的叶轮外环之间的整体叶轮外环上设置有沿周向布置的1个用以装配静子外环的装配预留空腔；
--所述轴流静子为悬臂结构，静子叶片的根部直接设置在静子外环上，所述静子叶片的叶尖与所述支承轮盘之间具有一定的间隙，以保证支承轮盘正常旋转，所述轴流静子在周向被分割成若干等分，从所述整体叶轮外环的装配预留空腔装入各等分的静子外环，通过所述装配预留空腔顶部两侧的圆柱面对静子外环进行径向限位，所述装配预留空腔顶部开口部分布置压环，所述压环通过其底部的配合面压紧各所述静子外环，限制其径向向外的活动空间。
2.根据权利要求1所述的轴流-离心整体叶盘式组合压缩系统，其特征在于，所述离心叶片包括主叶片和分流叶片。
3.根据上述权利要求所述的轴流-离心整体叶盘式组合压缩系统，其特征在于，所述支承轮盘通过其右端面的圆弧端齿与动力端的涡轮联接以定心、传扭，所述支承轮盘的左端面与其它零件联接，用于施加轴向力以压紧圆弧端齿结构。
4.根据上述权利要求所述的轴流-离心整体叶盘式组合压缩系统，其特征在于，所述轴流静子在周向被分割成3或4等分。
5.根据上述权利要求所述的轴流-离心整体叶盘式组合压缩系统，其特征在于，最后一等分静子外环装入所述装配预留空腔后，用所述压环压紧各所述静子外环，限制其径向向外的活动空间。
6.根据上述权利要求所述的轴流-离心整体叶盘式组合压缩系统，其特征在于，所述装配预留空腔的顶部开口的周围开设有叶轮外环沟槽，所述沟槽中布置密封圈。
7.根据上述权利要求所述的轴流-离心整体叶盘式组合压缩系统，其特征在于，所述整体叶轮外环的装配预留空腔在周向只占据(360/N+20)度的角度，整体叶轮外环的其余部分为与所述压环一样的结构，其中，N为轴流静子的等分数。
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