CN113503264A - 一种采用组合轴系结构的多级压气机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用组合轴系结构的多级压气机，包括2n+1级压气机、组合轴系结构以及驱动器，n为大于等于1的整数，通过高压轴、低压轴、主支撑和后支撑构成组合轴系结构所有奇数级压气机依次安装在高压轴上，所有偶数级压气机依次安装在低压轴上，从同一位置看，高压轴和低压轴的转动方向相反，高压轴包含前芯轴、后芯轴和套轴，前芯轴和后芯轴同轴前后设置，奇数级压气机中，第1级压气机连接前芯轴和套轴，第3级压气机、第5级压气机、…、第2n‑1级压气机分别安装在套轴上，第2n+1级压气机连接后芯轴和套轴，套轴套设在所有奇数级压气机的外侧；优点是在具有较高的增压比的同时，轴向长度较小，效率较高，且成本较低。

Description

一种采用组合轴系结构的多级压气机
技术领域
本发明涉及一种多级压气机，尤其是涉及一种采用组合轴系结构的多级压气机。
背景技术
在航空发动机或燃气轮机的应用中，多级压气机是利用高速旋转的叶片给空气作功以提高空气压力的部件。传统的多级压气机通常包括转子、静子、用于安装转子和静子的组合轴系结构以及用于驱动组合轴系结构转动的驱动器，转子由依次安装在组合轴系结构上的k排转子叶片组成，静子由依次安装在组合轴系结构上的k排静子叶片组成，k为大于等于2的整数。一排转子叶片和一排静子叶片组成一级压气机，由此多级压气机由多排转子叶片和多排静子叶片交替排列组成。虽然单级压气机的增压比很小，但是空气在多级压气机中被各级压气机逐级增压后，密度和温度也逐级提高，从而获得了较高的增压比。
在传统的多级压气机设计中，为了使每级压气机的一排转子叶片出口的气流具备继续增压的物理条件，每级压气机中都设置有与一排转子叶片配合的一排静子叶片，由此导致传统的多级压气机中存在大量的静子叶片。大量的静子叶片不仅增加了多级压气机的轴向长度，同时每级压气机中的静子叶片都会产生不同程度的压力损失，从而降低了多级压气机的效率；另外，在传统多级压气机的设计中，为了提高多级压气机的性能(主要是压比)，需要大幅提高多级压气机的转速，而转速的提高对每级压气机的材料、转轴和轴承等组合轴系结构的核心材料、加工难度和加工质量提出了更高的要求，从而大幅提升了零件制造和材料采购成本，以致多级压气机成本加高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在具有较高的增压比的同时，轴向长度较小，效率较高，且成本较低的采用组合轴系结构的多级压气机。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种采用组合轴系结构的多级压气机，包括2n+1级压气机、用于安装2n+1级压气机的组合轴系结构以及用于驱动所述的组合轴系结构转动的驱动器，n为大于等于1的整数，将2n+1级压气机沿压力和温度递增的方向依次称为第1级压气机、第2级压气机、第3级压气机、…、第2n+1级压气机，其中，奇数级压气机包括第1级压气机、第3级压气机、…、第2n+1级压气机，偶数级压气机包括第2级压气机、第4级压气机、…、第2n级压气机，所述的组合轴系结构包括高压轴、低压轴、主支撑和后支撑，所有奇数级压气机依次安装在所述的高压轴上，所有偶数级压气机依次安装在所述的低压轴上，从同一位置看，所述的高压轴和所述的低压轴的转动方向相反，所述的高压轴包含前芯轴、后芯轴和套轴，所述的前芯轴和所述的后芯轴同轴前后设置，第1级压气机连接所述的前芯轴和所述的套轴，第3级压气机、第5级压气机、…、第2n-1级压气机分别安装在所述的套轴上，第2n+1级压气机连接所述的后芯轴和所述的套轴，每级压气机均由一排转子叶片构成。
所述的组合轴系结构还包括低压轴前轴承、高压轴前轴承、高压轴后轴承和低压轴后轴承，所述的前芯轴通过所述的高压轴前轴承安装在所述的主支撑上，所述的后芯轴通过所述的高压轴后轴承安装在所述的主支撑上，所述的低压轴通过所述的低压轴前轴承和所述的低压轴后轴承安装在所述的主支撑和所述的后支撑上，其中所述的低压轴前轴承连接所述的主支撑，所述的低压轴后轴承连接所述的后支撑。
所述的一种采用组合轴系结构的多级压气机，包括5级压气机，奇数级压气机包括第1级压气机、第3级压气机和第5级压气机，偶数级压气机包括第2级压气机和第4级压气机，所述的套轴套设在第1级压气机、第3级压气机和第5级压气机外侧，第1级压气机安装在所述的前芯轴上，第5级压气机安装在所述的后芯轴上，第3级压气机安装在所述的套轴上，且仅与所述的套轴连接，第2级压气机和第4级压气机分别安装在所述的低压轴上。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过高压轴、低压轴、主支撑和后支撑构成组合轴系结构，所有奇数级压气机依次安装在高压轴上，所有偶数级压气机依次安装在低压轴上，从同一位置看，高压轴和低压轴的转动方向相反，高压轴包含前芯轴、后芯轴和套轴，前芯轴和后芯轴同轴前后设置，第1级压气机连接前芯轴和套轴，第3级压气机、第5级压气机、…、第2n-1级压气机分别安装在套轴上，第2n+1级压气机连接后芯轴和套轴，高压轴的动力从其前芯轴开始，先通过第1级压气机传至套轴，再由套轴通过第2n+1级压气机传导至后芯轴，完成高压轴的动力传输，低压轴的扭矩从偶数级压气机的最低级开始，沿压力和温度递增的方向逐级向最高级传输，实现低压轴扭矩的动力传输，每级压气机均由一排转子叶片构成，由于本发明中高压轴和低压轴转动方向相反，相邻两级压气机之间转动反向相反，形成对转，从而每级压气机的转子叶片能够将相邻压气机对气体的旋转动能转换为势能，从而消除气流的旋转动能，使其可以被继续施加旋转动能，即每级压气机在实现转子功能的同时，也实现了静子功能，故此，每级压气机仅需要由一排转子叶片构成即可，无需设置一排静子叶片，由于静子叶片的省略，整体发动机长度缩短了，由于静子叶片导致的能量损失不存在了，压比增加了，效率得到了提高，油耗得到了了降低，由此本发明在具有较高的增压比的同时，轴向长度较小，效率较高，且成本较低。
附图说明
图1(a)为本发明的采用组合轴系结构的多级压气机的侧视图；
图1(b)为本发明的采用组合轴系结构的多级压气机的剖视图；
图2(a)为本发明的采用组合轴系结构的多级压气机中奇数级压气机和高压轴的连接结构立体图；
图2(b)为本发明的采用组合轴系结构的多级压气机中奇数级压气机和高压轴的连接结构剖视图；
图3(a)为本发明的采用组合轴系结构的多级压气机中偶数级压气机和低压轴的连接结构立体图；
图3(b)为本发明的采用组合轴系结构的多级压气机中偶数级压气机和低压轴的连接结构剖视图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例：如图所示，一种采用组合轴系结构的多级压气机，包括5级压气机、用于安装5级压气机的组合轴系结构以及用于驱动组合轴系结构转动的驱动器1，将5级压气机沿压力和温度递增的方向依次称为第1级压气机12、第2级压气机15、第3级压气机13、第4级压气机16和第5级压气机14，其中，奇数级压气机包括第1级压气机12、第3级压气机13和第5级压气机14，偶数级压气机包括第2级压气机15和第4级压气机16，组合轴系结构包括高压轴、低压轴2、主支撑3和后支撑4，第2级压气机15和第4级压气机16安装在低压轴2上，从同一位置看，高压轴和低压轴2的转动方向相反，高压轴包含前芯轴5、后芯轴6和套轴7，前芯轴5和后芯轴6同轴前后设置，第1级压气机连接前芯轴5和套轴7，第3级压气机和第5级压气机分别安装在套轴7上，第5级压气机连接后芯轴6和套轴7，每级压气机均由一排转子叶片构成。
本实施例中，组合轴系结构还包括低压轴前轴承8、高压轴前轴承9、高压轴后轴承10和低压轴后轴承11，前芯轴5通过高压轴前轴承9安装在主支撑3上，后芯轴6通过高压轴后轴承10安装在主支撑3上，低压轴2通过低压轴前轴承8和低压轴后轴承11安装在主支撑3和后支撑4上，其中低压轴前轴承8连接主支撑3，低压轴后轴承11连接后支撑4。

Claims (3)

1.一种采用组合轴系结构的多级压气机，包括2n+1级压气机、用于安装2n+1级压气机的组合轴系结构以及用于驱动所述的组合轴系结构转动的驱动器，n为大于等于1的整数，将2n+1级压气机沿压力和温度递增的方向依次称为第1级压气机、第2级压气机、第3级压气机、…、第2n+1级压气机，其中，奇数级压气机包括第1级压气机、第3级压气机、…、第2n+1级压气机，偶数级压气机包括第2级压气机、第4级压气机、…、第2n级压气机，其特征在于所述的组合轴系结构包括高压轴、低压轴、主支撑和后支撑，所有奇数级压气机依次安装在所述的高压轴上，所有偶数级压气机依次安装在所述的低压轴上，从同一位置看，所述的高压轴和所述的低压轴的转动方向相反，所述的高压轴包含前芯轴、后芯轴和套轴，所述的前芯轴和所述的后芯轴同轴前后设置，第1级压气机连接所述的前芯轴和所述的套轴，第3级压气机、第5级压气机、…、第2n-1级压气机分别安装在所述的套轴上，第2n+1级压气机连接所述的后芯轴和所述的套轴，每级压气机均由一排转子叶片构成。
2.根据权利要求1所述的一种采用组合轴系结构的多级压气机，其特征在于所述的组合轴系结构还包括低压轴前轴承、高压轴前轴承、高压轴后轴承和低压轴后轴承，所述的前芯轴通过所述的高压轴前轴承安装在所述的主支撑上，所述的后芯轴通过所述的高压轴后轴承安装在所述的主支撑上，所述的低压轴通过所述的低压轴前轴承和所述的低压轴后轴承安装在所述的主支撑和所述的后支撑上，其中所述的低压轴前轴承连接所述的主支撑，所述的低压轴后轴承连接所述的后支撑。
3.根据权利要求1所述的一种采用组合轴系结构的多级压气机，其特征在于包括5级压气机，奇数级压气机包括第1级压气机、第3级压气机和第5级压气机，偶数级压气机包括第2级压气机和第4级压气机，所述的套轴套设在第1级压气机、第3级压气机和第5级压气机外侧，第1级压气机安装在所述的前芯轴上，第5级压气机安装在所述的后芯轴上，第3级压气机安装在所述的套轴上，且仅与所述的套轴连接，第2级压气机和第4级压气机安装在所述的低压轴上。
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