CN111059083B - 一种压气机减涡器引气系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压气机减涡器引气系统，包括翅片安装板、N个翅片组件和N个翅片固定板；翅片安装板呈圆环状，其上设有若干组周向均匀的、用于固定在压气机前盘面的安装孔；压气机前盘面内壁上设有和翅片安装板上安装孔一一对应的螺栓孔；翅片安装板通过螺栓和压气机前盘面内壁固连、和压气机前盘面同轴；N个翅片组件周向均匀设置在所述翅片安装板远离压气机前盘面的端面上；翅片组件中的各个翅片均和翅片安装板垂直固连。本发明能够有效减小减涡器引气系统的压力损失，减轻压气机减涡器系统的重量，保证航空发动机二次空气系统高效可靠的供气能力。

Description

一种压气机减涡器引气系统

技术领域

本发明涉及航空发动机压气机二次空气系统减阻技术领域，尤其涉及一种压气机减涡器引气系统。

背景技术

随着航空发动机技术的不断提高，如涡轮叶片等部件的工作环境温度、压力也随之不断提高，为了确保高温部件的可靠性和耐久性，新型高效材料以及高效冷却技术不断被应用。对于高效冷却技术，主要是通过从压气机某级间引出高压冷却气体，进行高温部件的冷却及转静盘腔的封严工作，在引气过程中需要考虑沿程的压降问题，这使得设计出高效的引气流路变得尤为关键。因此引气流路的设计目标主要是减小引气过程的压力损失、保证高温部件冷却气体的供给压力以及封严压力。

现阶段较为先进的航空发动机采用在压气机级间开孔的方式实现由径向引气到轴向，但是在径向引气过程中，由于气体由高半径向低半径流动，自由涡发展较为剧烈，产生的压力损失较大，通过安装减涡器的形式可以有效的减弱涡流的发展，从而达到降低径向引气过程的压力损失。

目前已存有多种减涡器类型。例如，一种管式减涡器装置，通过安装减涡管，将气流从主流通道引入中心轴腔，但是这种结构增重较大，且容易产生振动，一定程度上威胁了发动机稳定的运行。因此，需要一种更完美的减涡系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种压气机减涡器引气系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种压气机减涡器引气系统，设置于压气机盘腔内，包含翅片安装板、N个翅片组件和N个翅片固定板；

所述翅片安装板呈圆环状，其上设有若干组周向均匀的、用于固定在压气机前盘面的安装孔；压气机前盘面内壁上设有和所述翅片安装板上安装孔一一对应的螺栓孔；所述翅片安装板通过螺栓和压气机前盘面内壁固连、和压气机前盘面同轴；

所述翅片组件包含相互平行的第一翅片、第二翅片，第一翅片、第二翅片的长度相同；

所述N个翅片组件周向均匀设置在所述翅片安装板远离压气机前盘面的端面上；翅片组件中的第一翅片、第二翅片均和翅片安装板垂直固连；

翅片组件中平行于其第一翅片、第二翅片且和第一翅片、第二翅片之间距离相等的平面经过所述翅片安装板的圆心；各个翅片组件的第一翅片、第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端到翅片安装板圆心的距离均相等；第i个翅片组件第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端通过第i个翅片固定板和第i+1个翅片组件第一翅片靠近翅片安装板圆心的一端固连，i为大于等于1小于等于N-1的自然数；第N个翅片组件第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端通过第N个翅片固定板和第1个翅片组件第一翅片靠近翅片安装板圆心的一端固连；

各个翅片组件的第一翅片、第二翅片远离翅片安装板圆心的一端到翅片安装板圆心的距离均等于预设的距离阈值。

本发明还公开了另一种压气机减涡器引气系统，设置于压气机盘腔内，包含翅片安装板、N个翅片组件和N个翅片固定板；

所述翅片安装板呈圆环状，其上设有若干组周向均匀的、用于固定在压气机前盘面的安装孔；压气机前盘面内壁上设有和所述翅片安装板上安装孔一一对应的螺栓孔；所述翅片安装板通过螺栓和压气机前盘面内壁固连、和压气机前盘面同轴；

所述翅片组件包含相互平行的第一翅片、第二翅片，第一翅片、第二翅片的长度不同；

所述N个翅片组件周向均匀设置在所述翅片安装板远离压气机前盘面的端面上；翅片组件中的第一翅片、第二翅片均和翅片安装板垂直固连；

翅片组件中平行于其第一翅片、第二翅片且和第一翅片、第二翅片之间距离相等的平面经过所述翅片安装板的圆心；各个翅片组件的第一翅片、第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端到翅片安装板圆心的距离均相等；第i个翅片组件第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端通过第i个翅片固定板和第i+1个翅片组件第一翅片靠近翅片安装板圆心的一端固连，i为大于等于1小于等于N-1的自然数；第N个翅片组件第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端通过第N个翅片固定板和第1个翅片组件第一翅片靠近翅片安装板圆心的一端固连；

各个翅片组件中长度较长的翅片远离翅片安装板圆心的一端到翅片安装板圆心的距离等于预设的距离阈值。

本发明还公开了第三种压气机减涡器引气系统，设置于压气机盘腔内，包含翅片安装板、N个翅片组件和N个翅片固定板；

所述翅片安装板呈圆环状，其上设有若干组周向均匀的、用于固定在压气机前盘面的安装孔；压气机前盘面内壁上设有和所述翅片安装板上安装孔一一对应的螺栓孔；所述翅片安装板通过螺栓和压气机前盘面内壁固连、和压气机前盘面同轴；

所述翅片组件包含相互平行的第一翅片、第二翅片和第三翅片；

所述N个翅片组件周向均匀设置在所述翅片安装板远离压气机前盘面的端面上；翅片组件中的第一翅片、第二翅片、第三翅片均和翅片安装板垂直固连；

各个翅片组件的第一翅片、第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端到翅片安装板圆心的距离均相等；翅片组件的第三翅片平行于其第一翅片、第二翅片且和第一翅片、第二翅片之间距离相等，且第三翅片所在平面经过所述翅片安装板的圆心；第i个翅片组件第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端通过第i个翅片固定板和第i+1个翅片组件第一翅片靠近翅片安装板圆心的一端固连，i为大于等于1小于等于N-1的自然数；第N个翅片组件第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端通过第N个翅片固定板和第1个翅片组件第一翅片靠近翅片安装板圆心的一端固连；

各个翅片组件中第三翅片靠近翅片安装板圆心的一端到翅片安装板圆心的距离大于第一翅片、第二翅片远离翅片安装板圆心的一端到翅片安装板圆心的距离，第三翅片远离翅片安装板圆心的一端到翅片安装板圆心的距离等于预设的距离阈值。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

由于本发明将翅片组合成翅片单元体，并与翅片安装板固定，方便减涡器的组装，较大程度上减轻了减涡器的重量；通过相邻翅片单元体构成进气通道，即增大了进气流动面积，又保证了气流在翅片引流作用下沿径向流动至轴向。本发明涉及三种形式的减涡器系统，第一种翅片组件中包含长度相同的两个翅片，两个翅片最高位置处于气流旋流比为1的位置，气流由旋流比为1的位置开始受到两个翅片的引流作用，减小了壁面粘性作用和哥式力作用的影响，抑制了气流切向速度的发展，从而改善了气流的流动状态，较大程度减小了引气过程的压力损失。第二种减涡器系统是在第一种的基础上减小了其中一个翅片的高度，即减轻了减涡器质量，又减小了引气过程压力损失的作用。第三种为翅片复合式减涡器引气系统，在前两种的基础上、通过在翅片组件上侧盘腔空间复合第三个翅片，来抑制盘腔上侧气流切向速度的发展，减小了径向引气过程的压力损失。通过计算，本发明的减涡器引气系统引气过程中的总压损失明显低于目前所有公开研究的减涡器引气系统，具有较好的减阻性能，且本发明结构更简单，重量较轻。

附图说明

图1是根据本发明一种压气机减涡器引气系统第一种实施例和压气机结合的爆炸示意图；

图2是根据本发明一种压气机减涡器引气系统第一种实施例和压气机结合的结构示意图。

图3是本发明一种压气机减涡器引气系统第一种实施例的结构示意图。

图4是本发明一种压气机减涡器引气系统第二种实施例的结构示意图。

图5是本发明一种压气机减涡器引气系统第三种实施例的结构示意图。

图中，1-压气机前盘面，2-压气机后盘面，3-翅片安装板，4-鼓筒孔，5-第一翅片，6-第二翅片，7-翅片固定板，8-安装孔，9-第三翅片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本发明公开了一种压气机减涡器引气系统，设置于压气机盘腔内，包含翅片安装板、N个翅片组件和N个翅片固定板；

所述翅片安装板呈圆环状，其上设有若干组周向均匀的、用于固定在压气机前盘面的安装孔；压气机前盘面内壁上设有和所述翅片安装板上安装孔一一对应的螺栓孔；所述翅片安装板通过螺栓和压气机前盘面内壁固连、和压气机前盘面同轴；

如图3所示，所述翅片组件包含相互平行的第一翅片、第二翅片，第一翅片、第二翅片的长度相同；

所述N个翅片组件周向均匀设置在所述翅片安装板远离压气机前盘面的端面上；翅片组件中的第一翅片、第二翅片均和翅片安装板垂直固连；

翅片组件中平行于其第一翅片、第二翅片且和第一翅片、第二翅片之间距离相等的平面经过所述翅片安装板的圆心；各个翅片组件的第一翅片、第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端到翅片安装板圆心的距离均相等；第i个翅片组件第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端通过第i个翅片固定板和第i+1个翅片组件第一翅片靠近翅片安装板圆心的一端固连，i为大于等于1小于等于N-1的自然数；第N个翅片组件第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端通过第N个翅片固定板和第1个翅片组件第一翅片靠近翅片安装板圆心的一端固连；

各个翅片组件的第一翅片、第二翅片远离翅片安装板圆心的一端到翅片安装板圆心的距离均等于预设的距离阈值。

图1中给出压气机旋转方向为顺时针旋转，气流由鼓筒孔进入压气机盘腔中。

研究表明，气流在盘腔内受到盘腔粘性作用以及哥氏力作用的影响，气流切向速度逐渐增大，形成随盘腔旋转方向的强涡系，气流径向内流的阻力较大。将翅片最高位置安装在旋流比（气流切向速度与当地盘腔切向速度的比值）为1的位置，能更大程度的上发挥翅片强制径向引流的作用，从而抑制盘腔内气流切向速度的发展，达到减小引气阻力的目的。

现有减涡器应用中，管式减涡器的应用最广，其具有一定的减阻效果，但是管式减涡器重量较大，不利于航空发动机减重工作的进行。本发明采用相邻翅片单元体组成引气通道，一方面改善了减涡管进气流通面积小的问题，引气压力损失更小；另一方面能减轻减涡器系统的重量。

如图2所示，压气机旋转方向为逆时针，N个翅片组件通过焊接固定在翅片安装板上，每个翅片组件构成一个进气通道，进气通道入口位于气流旋流比为1的位置，出口位于压气机盘腔低半径位置。在引气通道内，气流受到翅片的强制引流作用，使得气流切向速度增加减缓，气流径向入流的效果增强。

如图4所示，本发明还公开了另一种压气机减涡器引气系统，设置于压气机盘腔内，包含翅片安装板、N个翅片组件和N个翅片固定板；

所述翅片安装板呈圆环状，其上设有若干组周向均匀的、用于固定在压气机前盘面的安装孔；压气机前盘面内壁上设有和所述翅片安装板上安装孔一一对应的螺栓孔；所述翅片安装板通过螺栓和压气机前盘面内壁固连、和压气机前盘面同轴；

所述翅片组件包含相互平行的第一翅片、第二翅片，第一翅片、第二翅片的长度不同；

所述N个翅片组件周向均匀设置在所述翅片安装板远离压气机前盘面的端面上；翅片组件中的第一翅片、第二翅片均和翅片安装板垂直固连；

翅片组件中平行于其第一翅片、第二翅片且和第一翅片、第二翅片之间距离相等的平面经过所述翅片安装板的圆心；各个翅片组件的第一翅片、第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端到翅片安装板圆心的距离均相等；第i个翅片组件第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端通过第i个翅片固定板和第i+1个翅片组件第一翅片靠近翅片安装板圆心的一端固连，i为大于等于1小于等于N-1的自然数；第N个翅片组件第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端通过第N个翅片固定板和第1个翅片组件第一翅片靠近翅片安装板圆心的一端固连；

各个翅片组件中长度较长的翅片远离翅片安装板圆心的一端到翅片安装板圆心的距离等于预设的距离阈值。

这种方式减小了一个翅片的长度，既能较小减涡系统的总重量，又能起到较好的径向减阻效果。

如图5所示，本发明还公开了第三种压气机减涡器引气系统，设置于压气机盘腔内，包含翅片安装板、N个翅片组件和N个翅片固定板；

所述翅片安装板呈圆环状，其上设有若干组周向均匀的、用于固定在压气机前盘面的安装孔；压气机前盘面内壁上设有和所述翅片安装板上安装孔一一对应的螺栓孔；所述翅片安装板通过螺栓和压气机前盘面内壁固连、和压气机前盘面同轴；

所述翅片组件包含相互平行的第一翅片、第二翅片和第三翅片；

所述N个翅片组件周向均匀设置在所述翅片安装板远离压气机前盘面的端面上；翅片组件中的第一翅片、第二翅片、第三翅片均和翅片安装板垂直固连；

各个翅片组件的第一翅片、第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端到翅片安装板圆心的距离均相等；翅片组件的第三翅片平行于其第一翅片、第二翅片且和第一翅片、第二翅片之间距离相等，且第三翅片所在平面经过所述翅片安装板的圆心；第i个翅片组件第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端通过第i个翅片固定板和第i+1个翅片组件第一翅片靠近翅片安装板圆心的一端固连，i为大于等于1小于等于N-1的自然数；第N个翅片组件第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端通过第N个翅片固定板和第1个翅片组件第一翅片靠近翅片安装板圆心的一端固连；

各个翅片组件中第三翅片靠近翅片安装板圆心的一端到翅片安装板圆心的距离大于第一翅片、第二翅片远离翅片安装板圆心的一端到翅片安装板圆心的距离，第三翅片远离翅片安装板圆心的一端到翅片安装板圆心的距离等于预设的距离阈值。

这种方式采用翅片复合的方式，减小减涡系统的重量，同时最大程度降低盘腔内引气阻力。

上面三种实现方式中，为了使得压气机盘腔内空间尽量应用，可以将压气机后盘面中心加强筋处做出和各个翅片组件相配合的凹槽。

此外，各个翅片组件中的翅片和翅片安装板固连时，可以先在翅片安装板上设置和各个翅片相配合的凹槽，各个翅片通过其对应的凹槽和翅片安装板间隙配合后，再通过焊接的方式使得各个翅片和翅片安装板固连。

本文中本发明的翅片式减涡器引气系统，较好的解决了径向内流盘腔内自由涡发展剧烈的问题，降低了引气过程中的压力损失，而且采用整体式安装板的结构，有利于减轻振动问题，并且加工和安装方便。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种压气机减涡器引气系统，设置于压气机盘腔内，其特征在于，包含翅片安装板、N个翅片组件和N个翅片固定板；

所述翅片安装板呈圆环状，其上设有若干组周向均匀的、用于固定在压气机前盘面的安装孔；压气机前盘面内壁上设有和所述翅片安装板上安装孔一一对应的螺栓孔；所述翅片安装板通过螺栓和压气机前盘面内壁固连、和压气机前盘面同轴；

所述翅片组件包含相互平行的第一翅片、第二翅片，第一翅片、第二翅片的长度不同；

所述N个翅片组件周向均匀设置在所述翅片安装板远离压气机前盘面的端面上；翅片组件中的第一翅片、第二翅片均和翅片安装板垂直固连；

翅片组件中平行于其第一翅片、第二翅片且和第一翅片、第二翅片之间距离相等的平面经过所述翅片安装板的圆心；各个翅片组件的第一翅片、第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端到翅片安装板圆心的距离均相等；第i个翅片组件第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端通过第i个翅片固定板和第i+1个翅片组件第一翅片靠近翅片安装板圆心的一端固连，i为大于等于1小于等于N-1的自然数；第N个翅片组件第二翅片靠近翅片安装板圆心的一端通过第N个翅片固定板和第1个翅片组件第一翅片靠近翅片安装板圆心的一端固连；

各个翅片组件中长度较长的翅片远离翅片安装板圆心的一端到翅片安装板圆心的距离等于预设的距离阈值。

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