CN113417891B - 离心压气机防冰引气结构及发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离心压气机防冰引气结构及发动机，涉及航空发动机技术领域，离心压气机防冰引气结构嵌于离心压气机的扩压机匣和离心叶轮之间，包括同时与扩压机匣以及离心叶轮相抵接的离心叶轮罩，离心叶轮罩与焊接挡板固定连接组成叶轮罩集气腔用来收集来自离心叶轮的气流，离心叶轮罩上开设有若干与离心叶轮相连通的引气槽以及若干与扩压机匣相连通的叶轮罩排气孔。本发明通过离心叶轮罩与焊接挡板组成叶轮罩集气腔，通过引气槽将高温高压气流收集到叶轮罩集气腔内，并通过叶轮罩排气孔、扩压机匣集气腔和引气活门，将气体引入防冰引气外部管路；引气槽沿离心叶轮罩周向均匀设置，且其槽壁与发动机轴线设有一定的夹角，便于收集气流。

Description

离心压气机防冰引气结构及发动机
技术领域
本发明属于航空发动机技术领域，具体是一种离心压气机防冰引气结构及发动机。
背景技术
航空涡轮轴发动机是一种输出轴功率的燃气涡轮发动机，主要应用于直升机。当直升机在恶劣工况下飞行时，比如低温潮湿或有冻雾的大气条件，发动机的进气道和压气机的进口导叶可能会结冰，进而引起发动机性能损失甚至内部损坏。为减轻或避免发动机结冰带来的危害，很多涡轴发动机都设计了防冰系统，其中一种常用的防冰系统为热气防冰系统。热气防冰系统通常需要采用热空气进行防冰，通常是从压气机主流通道中气流温度和压力相对较高的位置处引气，用于加热需防冰的部件。防冰可用热量取决于引气位置、环境温度与压力、飞行马赫数和发动机功率水平。因此需要在压气机适当级位置处设置引气口，引出一股相对高温和高压的空气，通过管路或通道将空气输送到进口导叶或其它防冰部件中进行防冰。
现有技术中常见的发动机防冰系统引气方式是利用压气机轴流级与离心级之间轴向间隙作为环形引气槽，利用叶轮外罩与轴流机匣之间的腔作为集气腔，将轴流出口的气体引入外部管路中，但是，由于气流只经历了轴流级做功，其温度和压力均相对不高，引气流量需求大，对压气机性能影响相对较大，且引气与级间放气共用一个集气腔，可能会导致引气不畅；或者从压气机出口位置设置一个管路，直接引出压气机出口的高温高压气体，但这种方法对压气机性能影响大。
因此，本发明提供了一种离心压气机防冰引气结构及发动机，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供离心压气机防冰引气结构及发动机，以解决如下技术问题：
1)采用轴流级与离心级之间的轴向间隙作为环形引气槽进行防冰引气，这种方法虽然结构简单，无需专门加工引气槽，但由于气流只经历了轴流级做功，其温度和压力均相对不高，引气流量需求大，对压气机性能影响相对较大，且引气与级间放气共用一个集气腔，可能会导致引气不畅；
2)采用压气机出口设置引气孔进行防冰引气，这种方式虽然可以引出高温高压气体，在低温天气下防除冰效果好，但是对压气机的性能影响大。
根据本发明的一个方面，提供一种离心压气机防冰引气结构，嵌于离心压气机的扩压机匣和离心叶轮之间，包括同时与扩压机匣以及离心叶轮相抵接的离心叶轮罩，所述离心叶轮罩与焊接挡板固定连接组成叶轮罩集气腔用来收集来自离心叶轮的气流，所述离心叶轮罩上开设有若干与离心叶轮相连通的引气槽以及若干与扩压机匣相连通的叶轮罩排气孔。
根据本发明的一个实例性的实施例，所述引气槽在离心叶轮罩上沿周向均匀分布，所述引气槽的槽壁与发动机轴线之间的夹角同离心叶轮的型号相适配，所述引气槽的倾斜方向同离心叶轮内气流的流向适配。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述引气槽与离心叶轮罩流道进口轴向距离同离心叶轮罩流道进口与离心叶轮罩流道出口轴向距离的比值为0.35-0.45。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述离心叶轮罩与离心叶轮相抵接的侧面呈弧面，所述离心叶轮罩与扩压机匣相抵接的侧面与发动机轴线平行。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述引气槽处气流压强比离心叶轮罩流道进口处气流压强大0.12-0.15MPa。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述引气槽处气流温度比离心叶轮罩流道进口处气流温度大90-120K。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述引气槽内气流与离心叶轮罩流道内气流的比值为0.018-0.022。
根据本发明的一个方面，提供一种发动机，包括离心压气机和上述任意一项所述的离心压气机防冰引气结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过在离心压气机的离心叶轮和扩压机匣之间设计与二者适配的离心叶轮罩，使得离心叶轮罩与焊接挡板组成一个叶轮罩集气腔，使得经过引气槽的高温高压气流在叶轮罩集气腔内实现集气和稳压，并通过叶轮罩排气孔、扩压机匣集气腔和引气活门，将气体引入防冰引气外部管路。
2、本发明设置的引气槽采用腰型槽结构，槽壁与发动机轴线约成60°角度，易于空气流出。
3、本发明设置的引气槽的开孔位置位于轴流-离心组合压气机离心叶轮罩中部以及离心叶轮小叶片叶尖前缘对应位置之后，在离心叶轮罩上周向均匀设置八个引气槽，方便控制引气流量和引气压力。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为离心压气机防冰引气结构半剖视图；
图2为离心压气机防冰引气结构的整体结构示意图；
图3为离心压气机防冰引气结构装配示意图；
图4为离心叶轮罩引气槽位置示意图；
图5为轴流级与离心级引气示意图；
图6为压气机出口引气示意图。
图中：1、离心叶轮罩；2、焊接挡板；3、引气槽；4、叶轮罩集气腔；5、叶轮罩排气孔；6、离心叶轮；7、扩压机匣；8、扩压机匣集气腔；9、引气活门；10、扩压器盖；11、扩压器盘；12、轴流级；13、离心级；14、引气孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的离心压气机防冰引气结构及发动机限制。
另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
目前，常见的发动机防冰系统引气方式通常为采用轴流级12与离心级13之间的轴向间隙作为环形引气槽进行防冰引气和采用压气机出口设置引气孔14进行防冰引气两种方法。如图5所示，采用轴流级12与离心级13之间的轴向间隙作为环形引气槽进行防冰引气的方式，是利用叶轮外罩与轴流机匣之间的腔作为集气腔，将轴流出口的气体引入外部管路中；这种方式结构简单，无需专门加工环形引气槽，但由于气流只经历了轴流级12做功，其温度和压力均相对不高，引气流量需求大，对压气机性能影响相对较大，且引气与级间放气共用一个集气腔，可能会导致引气不畅。
如图6所示，采用压气机出口设置引气孔14进行防冰引气的方式是在压气机出口位置设置一个管路，直接引出压气机出口的高温高压气体；这种方式可引出高温高压气体，在低温天气下防除冰效果好，但对压气机性能影响大。
根据本发明的一个总体技术构思，如图1-4所示，提供一种离心压气机防冰引气结构，离心压气机具有离心叶轮6和扩压机匣7，在扩压机匣7和离心叶轮6之间嵌入本发明的离心叶轮罩1，离心叶轮罩1的两端同时与扩压机匣7和离心叶轮6抵接；离心叶轮罩1为壳类零件，其截面分为与离心叶轮罩1相适配的圆弧段以及与扩压机匣7相适配的直线段，其中，直线段与发动机轴线相平行，综上，离心叶轮罩1整体呈一个带有豁口的环形壳类零件；离心叶轮罩1在圆弧段与直线段之间，也即豁口处焊接有焊接挡板2，焊接挡板2与离心叶轮罩1组成叶轮罩集气腔4来收集离心叶轮6内的高温高压气流。
离心叶轮罩1在圆弧段沿周向均匀开设有八个引气槽3，引气槽3应设于圆弧段中部且位于离心叶轮6小叶片叶尖前缘对应位置之后；如图4所示，引气槽3与离心叶轮罩1流道进口之间的轴向距离为a，离心叶轮罩1流道进口与离心叶轮罩1流道出口之间的轴向距离为b，引气槽3应开设在离心叶轮罩1上a/b＝0.35-0.45范围内，此处的气流相对于离心叶轮罩1流道进口处的气流，在经过轴流级12和离心叶轮6导风段的做功后，具有0.12-0.15MPa的压升以及90-120k的温升。
进一步地，引气槽3的槽壁与发动机轴向的夹角约为60°，且引气槽3的倾斜方向与离心叶轮罩1流道内的气流方向适配，使得离心叶轮罩1内的气流可以顺畅进入叶轮罩集气腔4内。
离心叶轮罩1与扩压机匣7相抵接的壁面上开设有与扩压机匣7相连通的叶轮罩排气孔5，叶轮罩排气孔5直接与扩压机匣集气腔8相连，使得叶轮罩集气腔4内的高温高压气流可以进一步流通到较大的扩压机匣集气腔8内，起到收集空气和稳定压力的作用；而扩压机匣集气腔8则是由扩压机匣7和安装在扩压器盘11上的扩压器盖10固定连接组成，扩压机匣集气腔8远离叶轮罩排气孔5的一端还设有引气活门9，将收集到的气流引入外部的防冰管路中。
下面对本发明的工作原理进行进一步的阐述：
假设离心叶轮罩1流道进口至引气槽3的轴向距离为a，离心叶轮罩1流道进口至出口的轴向距离为b，在a/b＝0.35-0.45的位置设置引气槽3，此处的气流相比离心叶轮6进口处已有约0.12-0.15Mpa的压升和90-120K的温升；同时，有约占主流流量1.8％-2.2％的气流在压力差的作用下，通过引气槽3引出到叶轮罩集气腔4，在这一过程中可以利用引气槽3的开槽面积控制引出气流的流量，利用集气腔稳定气流压力，并推动气流流入防冰引气外部管路；该气流通过外部管路流入进口导叶防冰通道或其它防冰部件后，利用气流自身热量加热零件，从而实现防除冰的作用。
根据本发明的另一个总体技术构思，提供一种发动机，该发动机可以包括离心压气机和上述离心压气机防冰引气结构，该发动机结构简单，将引气和级间放气分别设置两个集气腔，不会引起引气不畅；该发动机设置适配的离心叶轮罩1，避免在压气机出口打孔，不会对发动机性能造成影响；同时，经过轴流级12和离心叶轮6导风段的做功后的高温高压气流，引导进叶轮罩集气腔4和扩压机匣集气腔8内稳定压力，保证气流具有足够的温度和压力来对防冰通道或其它防冰部件实现除冰的作用，使得发动机稳定运行。
以上所述的具体实施例，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例而已，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 (8)

1.离心压气机防冰引气结构，嵌于离心压气机的扩压机匣(7)和离心叶轮(6)之间，其特征在于，包括同时与扩压机匣(7)以及离心叶轮(6)相抵接的离心叶轮罩(1)，所述离心叶轮罩(1)与焊接挡板(2)固定连接组成叶轮罩集气腔(4)用来收集来自离心叶轮(6)的气流，所述离心叶轮罩(1)上开设有若干与离心叶轮(6)相连通的引气槽(3)以及若干与扩压机匣(7)相连通的叶轮罩排气孔(5)；
通过在离心压气机的所述离心叶轮（6）和所述扩压机匣（7）之间设计与二者适配的所述离心叶轮罩（1），使得所述离心叶轮罩（1）与焊接挡板组成一个所述叶轮罩集气腔（4），使得经过所述引气槽（3）的高温高压气流在所述叶轮罩集气腔（4）内实现集气和稳压，并通过所述叶轮罩排气孔（5）、扩压机匣集气腔和引气活门，将气体引入防冰引气外部管路；
所述引气槽（3）的开孔位置位于轴流-离心组合压气机所述离心叶轮罩（1）中部以及离心叶轮小叶片叶尖前缘对应位置之后，在所述离心叶轮罩（1）上周向均匀设置八个所述引气槽（3），方便控制引气流量和引气压力。
2.根据权利要求1所述的离心压气机防冰引气结构，其特征在于，所述引气槽(3)在离心叶轮罩(1)上沿周向均匀分布，所述引气槽(3)的槽壁与发动机轴线之间的夹角同离心叶轮(6)的型号相适配，所述引气槽(3)的倾斜方向同离心叶轮(6)内气流的流向适配。
3.根据权利要求2所述的离心压气机防冰引气结构，其特征在于，所述引气槽(3)与离心叶轮罩(1)流道进口轴向距离同离心叶轮罩(1)流道进口与离心叶轮罩(1)流道出口轴向距离的比值为0.35-0.45。
4.根据权利要求1所述的离心压气机防冰引气结构，其特征在于，所述离心叶轮罩(1)与离心叶轮(6)相抵接的侧面呈弧面，所述离心叶轮罩(1)与扩压机匣(7)相抵接的侧面与发动机轴线平行。
5.根据权利要求1所述的离心压气机防冰引气结构，其特征在于，所述引气槽(3)处气流压强比离心叶轮罩(1)流道进口处气流压强大0.12-0.15MPa。
6.根据权利要求5所述的离心压气机防冰引气结构，其特征在于，所述引气槽(3)处气流温度比离心叶轮罩(1)流道进口处气流温度大90-120K。
7.根据权利要求1所述的离心压气机防冰引气结构，其特征在于，所述引气槽(3)内气流与离心叶轮罩(1)流道内气流的比值为0.018-0.022。
8.发动机，其特征在于，包括：
离心压气机和上述权利要求1-7任意一项所述的离心压气机防冰引气结构。
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