CN110374909A - 一种用于变循环压气机试验的外涵排气集气腔装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种外涵排气集气腔装置，装置包括：集气腔，集气腔包括对开式结构的上半环和下半环，集气腔上设有多个排气出口，排气出口均布在上半环和下半环上，在下半环上设有底部连接板用于连接支撑架，其中，集气腔的径向截面成五边形且具有开口，开口用于引入压气机外涵排气气流；支撑架，支撑架包括多个支脚，支脚与底部连接板连接以支撑集气腔；连接件，连接件包括连接于压气机试验件安装边的内圈、连接于集气腔安装边的外圈及介于内圈和外圈之间的弧形凸起。本申请的外涵排气集气腔装置解决了变循环压气机试验时，狭窄的台架空间条件下外涵排气集气腔的设计问题，保证气流在顺利排出条件下，外涵流场具有较高的均匀性。

Description

一种用于变循环压气机试验的外涵排气集气腔装置

技术领域

本申请属于航空发动机试验技术领域，特别涉及一种用于变循环压气机试验的外涵集气腔结构。

背景技术

如图1所示，变循环发动机核心机压缩系统包括核心机驱动风扇(Core DrivenFan Stage，CDFS)和压气机，对于CDFS和压气机的联合串装试验件40，通常CDFS靠近试验件进口，压气机靠近试验件出口，进气气流41从CDFS进口流入试验件，通常经过内外两个涵道排出，内涵排气气流43从试验件40的压气机出口排出，外涵排气气流42自CDFS和压气机之间的流道排出。为了保证外涵排气气流42能够顺利流出，同时确保外涵排气气流42的均匀性，需要在外涵排气气流的位置处设置集气腔，以实现上述功能。

现有技术中的压气机排气系统通常采用蜗壳作为集气腔的主要形式以确保流场的均匀性。如图2所示。蜗壳2通常按照等流速设计，其不同角向横截面的面积逐渐增大，最终将气体引入到一根管路3内排出。然而在蜗壳2内，气流具有容易分离的特点，如果蜗壳2的横截面内流速过高会造成不同角向位置较强的流动不均匀性，为了保证外涵排气的均匀性，蜗壳设计时需要采用非常大的外径，而这对于空间狭窄的试验环境来，传统的蜗壳难以满足试验需求。

发明内容

本申请的目的是提供了一种用于变循环压气机试验的外涵排气集气腔装置，以解决上述任一问题。

本申请的技术方案是：一种用于变循环压气机试验的外涵排气集气腔装置，所述装置包括

集气腔，所述集气腔包括对开式结构的上半环和下半环，上半环和下半环拼接构成环形的集气腔，所述集气腔上设有多个排气出口，所述排气出口以环形的圆心均布在上半环和下半环上，在下半环上设有底部连接板用于连接支撑架，其中，所述集气腔的径向截面成五边形且具有开口，所述开口用于引入压气机试验件外涵排气气流；

支撑架，所述支撑架包括多个支脚，所述支脚与所述底部连接板连接以支撑所述集气腔，所述支脚底部具有调节螺栓用于调节支脚的高度；以及

连接件，所述连接件包括连接于压气机试验件安装边的内圈、连接于集气腔安装边的外圈及介于内圈和外圈之间的弧形凸起。

在本申请中，所述上半环和所述下半环且之间设有密封层。

在本申请中，所述密封层采用石棉橡胶密封。

在本申请中，所述上半环和所述下半环采用板材焊接而成。

在本申请中，所述集气腔上设有四个排气出口，间隔90度均布，每个半环上具有两个排气出口。

在本申请中，所述集气腔的开口处设置支撑衬套，用于提高集气腔的强度。

在本申请中，所述五边形具有比例

a:b:c:d:e＝1:(2～2.5):(1.5～2):(2.5～3):(3.5～4)。

在本申请中，所述连接件为对开式结构。

在本申请中，所述弧形凸起采用软性材料制成。

在本申请中，所述软性材料由具有金属丝的硅胶玻纤布构成。

本申请的外涵排气集气腔装置解决了变循环压气机试验时，狭窄的台架空间条件下外涵排气集气腔的设计问题，保证气流在顺利排出条件下，外涵流场具有较高的均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为现有技术中的变循环压气机示意图。

图2为现有技术中的排气蜗壳结构示意图。

图3为本申请的外涵排气集气腔装置示意图。

图4为本申请的集气腔结构示意图。

图5为本申请的集气腔横截面示意图。

图6为本申请的集气腔开口处示意图。

图7为本申请的支撑架结构示意图。

图8为本申请集气腔与试验件的连接示意图。

图9为本申请的连接件示意图。

图10为本申请一实施例的压气机试验件试验现场安装示意图。

图11为本申请一实施例的集气腔内的流线示意图。

图12为本申请一实施例的集气腔内的速度场仿真图。

图13为本申请一实施例的集气腔进口静压不均匀度随流量变化的仿真结果示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

为了解决变循环压气机试验时，狭窄空间条件下外涵排气集气腔无法采用蜗壳形式，而无法保证气流能够在顺利排出，外涵流场的均匀性无法保证的问题。本申请提供了一种用于变循环压气机试验的外涵排气集气腔装置。

如图3至图13所示，本申请的用于变循环压气机试验的外涵排气集气腔装置包括集气腔10、支撑架20及连接件30。集气腔10主要用于收集从压气机外涵排出的气流，并通过管路排出；支撑架20用于将集气腔10安固定到试验平台上80；连接件30主要用于连接集气腔10和试验件40。

如图4所示，集气腔10采用上下对开的结构分成上半环11和下半环12，上下半环之间通过螺栓连接可形成整环的集气腔10。上下半环之间设有密封层，在本申请一实施例中，密封层由石棉橡胶进行密封。构成集气腔10的上下半环均采用便于加工的板材焊接成型。

此外，集气腔10上设有多个排气出口13，排气出口13用于将自开口13流入的压气机或压气机试验件的外涵排气气流42从集气腔10内排出。排气出口13以环形的圆心均布。在本申请实施例中，排气出口13为四个，间隔90度均布，每个半环结构上设有两个，且两半环结构对称。

最后，在下半环12上设有多个底部连接板14，底部连接板14通过螺栓与支撑架20连接以支撑集气腔10。

如图5所示，集气腔10的横截面(穿过圆心的截面)为具有开口15的五边形形式，由最短的边环绕一周分别为边111至边115，边111大致平行于边114、边113大致平行于边115，由此构成一大致为矩形和直角梯形构成的五边形。五边形中各边111～115的变长比(a：b：c：d：e)和截面面积根据气流的流量进行仿真计算进行调整，各截面最大平均流速不超过50m/s。

如图6所示，集气腔开口15处的内环流道设有多个支撑衬套16，支撑衬套16支撑于开口15，用于确保集气腔10的强度，支撑衬套16通过穿过板材边的沉头螺钉进行固定。

此外，集气腔10的内环流道挨着沉头螺钉的周向一圈还设有多个螺纹孔，螺纹孔用于与压气机或压气机试验件的外涵机匣安装边连接。

本申请中，由于压气机试验台架空间有限，且试验现场布满了各种辅助的油或气管路，因此支撑架20采用型材焊接而成，占用空间小、承重大、加工方便、内部空间可充分利用且高度可调。

如图7所示，支撑架20包括多个支脚21，其数量与底部连接板14的数量相同，支脚21上设有通孔211，通过通孔211可将支脚21与集气腔10的底部连接板14进行固定连接。在图中所示实施例中，支脚21的数量为四个，用于与分布在集气腔10两侧的底部连接板14配合连接。

在每个支脚21的底部设有调节螺栓22，通过调整螺栓22可以微调支脚21的高度进而调节集气腔10的高度。

此外，支撑架20还包括连接地脚23，通过连接地脚23实现支撑架20与试验平台80的固定。

在变循环压气机试验过程中，从外涵排出的气体具有较高的温度，为吸收由于温度引起的热变形及安装过程中的偏差，集气腔10与试验件40之间通过柔性结构连接。

如图8和图9所示，试验过程中采用进口节流，外涵排气压力通常为负压，排气温度约50～70℃，连接件30通过内圈31与压气机试验件40的安装边进行连接，连接件30通过外圈32与集气腔10的安装边进行连接，在内圈31和外圈32之间带有圆形/弧形突起33，弧形凸起33可以吸收变形量。

本申请中，连接件30还包括内圈压环35和外圈压环36，内圈压环35通过连接件34将内圈31与压气机试验件安装边连接，外圈压环36通过连接件34将外圈32与集气腔安装边连接，其中，内圈压环35和外圈压环36采用对开半环结构，便于安装。

本申请中，连接件30的弧形凸起33可以采用带金属丝的硅胶玻纤布的软材料实现。

如图10所示，集气腔10安装在试验件40的压气机与CDFS之间，压气机之前设置进气稳压箱50，排气管路60连接集气腔10的排气出口13，支撑架20支撑集气腔10于试验平台80上，试验件40的内涵排气出口设置常规的蜗壳70。

如图11至图13所示，采用本申请的外涵排气集气腔装置对变循环压气机进行试验，在排气量满足要求的前提下，气流流场均匀，解决了变循环压气机试验时，狭窄的台架空间条件下外涵排气集气腔的设计问题，保证气流在顺利排出条件下，外涵流场具有较高的均匀性。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于变循环压气机试验的外涵排气集气腔装置，其特征在于，所述装置包括

集气腔(10)，所述集气腔(10)包括对开式结构的上半环(11)和下半环(12)，上半环(11)和下半环(12)拼接构成环形的集气腔(10)，所述集气腔(10)上设有多个排气出口(13)，所述排气出口(13)以环形的圆心均布在上半环(11)和下半环(12)上，在下半环(12)上设有底部连接板(14)用于连接支撑架(20)，其中，所述集气腔(10)的径向截面成五边形(111,112,113,114,115)且具有开口(15)，所述开口(15)用于引入压气机外涵排气气流(42)；

支撑架(20)，所述支撑架(20)包括多个支脚(21)，所述支脚(21)与所述底部连接板(14)连接以支撑所述集气腔(10)，所述支脚(21)底部具有调节螺栓(22)用于调节支脚(21)的高度；以及

连接件(30)，所述连接件(30)包括连接于压气机试验件安装边的内圈(31)、连接于集气腔安装边的外圈(32)及介于内圈(31)和外圈(32)之间的弧形凸起(33)。

2.如权利要求1所述的外涵排气集气腔装置，其特征在于，所述上半环(11)和所述下半环(12)且之间设有密封层。

3.如权利要求2所述的外涵排气集气腔装置，其特征在于，所述密封层采用石棉橡胶密封。

4.如权利要求1所述的外涵排气集气腔装置，其特征在于，所述上半环(11)和所述下半环(12)采用板材焊接而成。

5.如权利要求1所述的外涵排气集气腔装置，其特征在于，所述集气腔(10)上设有四个排气出口(13)，间隔90度均布，每个半环上具有两个排气出口(13)。

6.如权利要求1所述的外涵排气集气腔装置，其特征在于，所述集气腔(10)的开口(15)处设置支撑衬套(16)，用于提高集气腔(10)的强度。

7.如权利要求1所述的外涵排气集气腔装置，其特征在于，所述五边形(111,112,113,114,115)具有比例

a:b:c:d:e＝1:(2～2.5):(1.5～2):(2.5～3):(3.5～4)。

8.如权利要求1所述的外涵排气集气腔装置，其特征在于，所述连接件(30)为对开式结构。

9.如权利要求8所述的外涵排气集气腔装置，其特征在于，所述弧形凸起(33)采用软性材料制成。

10.如权利要求9所述的外涵排气集气腔装置，其特征在于，所述软性材料由具有金属丝的硅胶玻纤布构成。