CN114439760B - 双级离心压气机及航空发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种双级离心压气机及航空发动机，双级离心压气机包含一级叶轮以及二级叶轮，一级叶轮设置有后端齿，二级叶轮设置有前端齿，前端齿与后端齿相啮合；其中，前端齿与后端齿分别呈环状结构且共轴布置，前端齿在径向平面上的正投影图形，与后端齿在径向平面上的正投影图形部分重合，以使前端齿与后端齿的啮合位置形成台阶结构。通过上述设计，本发明利用前、后端齿具有台阶结构的封严结构，能够有效防止封严结构的过度轴向移动，保证封严效果，同时也可以降低两侧端齿的应力，延长端齿的寿命。

Description

双级离心压气机及航空发动机

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种双级离心压气机及航空发动机。

背景技术

双级离心压气机作为目前航空发动机的重要部件，为了防止高压气体流入一级叶轮背腔，双级离心压气机在其一级叶轮与二级叶轮之间采用封严结构。现有封严结构提出采用径向过盈的方式固定在二级叶轮上。具体而言，参阅图1，其代表性地示出了一种现有双级离心压气机的封严结构的部分轴侧剖视图。如图1所示，现有的封严结构采用前端齿101与后端齿102啮合的结构，前端齿101与后端齿102的内外半径、高度和厚度均一致。然而，在航空发动机实际工作过程中，由于转速、温度和加工分散性等原因，可能存在封严结构轴向移动的情况。然而，上述现有封严结构无法提供限制轴向移动的功能，影响封严结构的封严效果。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种封严结构能够限制轴向移动而优化封严效果的双级离心压气机。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供一种双级离心压气机，包含一级叶轮以及二级叶轮，所述一级叶轮设置有后端齿，所述二级叶轮设置有前端齿，所述前端齿与所述后端齿相啮合；其中，所示前端齿与所述后端齿分别呈环状结构且共轴布置，所述前端齿在径向平面上的正投影图形，与所述后端齿在径向平面上的正投影图形部分重合，以使所述前端齿与所述后端齿的啮合位置形成台阶结构。

根据本发明的其中一个实施方式，所述前端齿的外径大于所述后端齿的外径。

根据本发明的其中一个实施方式，所述前端齿的内径大于所述后端齿的内径。

根据本发明的其中一个实施方式，所述前端齿的内径等于所述后端齿的内径。

根据本发明的其中一个实施方式，所述台阶结构在径向上的长度与所述前端齿在径向上的厚度的比值为1:8～1:2。

根据本发明的其中一个实施方式，所述后端齿的外径大于所述前端齿的外径。

根据本发明的其中一个实施方式，所述后端齿的内径大于所述前端齿的内径。

根据本发明的其中一个实施方式，所述后端齿的内径等于所述前端齿的内径。

根据本发明的其中一个实施方式，所述台阶结构在径向上的长度与所述后端齿在径向上的厚度的比值为1:8～1:2。

由上述技术方案可知，本发明提出的双级离心压气机的的优点和积极效果在于：

本发明提出的双级离心压气机，其封严结构的两侧端齿在径向平面上的正投影图形部分重合，以使两侧端齿的啮合位置形成台阶结构。通过上述设计，本发明利用具有台阶结构的封严结构，能够有效防止封严结构的过度轴向移动，保证封严效果，同时也可以降低两侧端齿的应力，延长端齿的寿命。

本发明的另一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种具有本发明提出的双级离心压气机的航空发动机。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供一种航空发动机；其中，所述航空发动机包含本发明提出的并在上述实施方式中所述的双级离心压气机。

由上述技术方案可知，本发明提出的航空发动机的优点和积极效果在于：

本发明提出的航空发动机，通过采用本发明提出的双级离心压气机的设计，使得压气机具备较佳的封严效果，进一步提升发动机的性能。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施方式的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是一种现有双级离心压气机的封严结构的部分轴侧剖视图；

图2是根据一示例性实施方式示出的一种双级离心压气机的封严结构的部分轴侧剖视图；

图3是图2示出的双级离心压气机的封严结构的部分立体图；

图4是图3的另一角度视图；

图5是根据另一示例性实施方式示出的一种双级离心压气机的封严结构的部分轴侧剖视图；

图6是根据另一示例性实施方式示出的一种双级离心压气机的封严结构的部分轴侧剖视图；

图7是根据另一示例性实施方式示出的一种双级离心压气机的封严结构的部分轴侧剖视图。

附图标记说明如下：

101.前端齿；

102.后端齿；

100.前端齿；

200.后端齿；

300.台阶结构；

D1.厚度；

D2.厚度；

L1.长度；

L2长度；

X.轴向；

Y.径向。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本发明。

在对本发明的不同示例性实施方式的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本发明的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本发明的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解的是，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本发明范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“之上”、“之间”、“之内”等来描述本发明的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本发明的范围内。

参阅图2，其代表性地示出了本发明提出的双级离心压气机的封严结构的部分轴侧剖视图。在该示例性实施方式中，本发明提出的双级离心压气机是以应用于航空发动机为例进行说明的。本领域技术人员容易理解的是，为将本发明的相关设计应用于其他类型的发动机或其他设备中，而对下述的具体实施方式做出多种改型、添加、替代、删除或其他变化，这些变化仍在本发明提出的双级离心压气机的原理的范围内。

如图2所示，在本实施方式中，本发明提出的双级离心压气机的一级叶轮与二级叶轮之间的封严结构采用端齿结构，即，一级叶轮设置有后端齿200，二级叶轮设置有前端齿100，前端齿100与后端齿200相啮合，且前端齿100与后端齿200在轴向X上前后共轴布置。配合参阅图3和图4，图3中代表性地示出了能够体现本发明原理的双级离心压气机的封严结构的部分立体图；图4中代表性地示出了图3的另一角度视图。以下将结合上述附图，对本发明提出的双级离心压气机的各主要组成部分的结构、连接方式或功能关系进行详细说明。

如图2至图4所示，在本实施方式中，前端齿100与后端齿200分别呈环状结构且共轴布置，前端齿100在径向平面上的正投影图形，与后端齿200在径向平面上的正投影图形部分重合。换言之，前端齿100与后端齿200在径向平面上的正投影图形不完全重合。再者，由于前端齿100与后端齿200呈共轴的环状结构，且前端齿100与后端齿200为啮合关系，因此前端齿100与后端齿200在径向平面上的正投影图形仍具有重合的部分。据此，使得前端齿100与后端齿200的啮合位置形成台阶结构300。通过上述设计，本发明利用封严结构形成沿径向Y的台阶结构的设计，能够有效防止封严结构的过度轴向移动，保证封严效果，同时也可以降低两侧端齿的应力，延长端齿的寿命。

需说明的是，本说明书中所谓的“径向平面”即在空间上垂直于双级离心压气机轴向的一个平面。对于现有压气机而言，在这个平面上，前端齿与后端齿的正投影图形基本上是完全重合的。相对应地，本发明提出的双级离心压气机所采用的后端齿100与前端齿200特殊设计，即后端齿100与前端齿200的上述正投影图形部分重合，亦即不完全重合，特此说明。

具体而言，如图2至图4所示，在本实施方式中，前端齿100的外径可以大于后端齿200的外径。在此基础上，台阶结构300大致是由前端齿100的与后端齿200相啮合的端面形成。

进一步地，如图2至图4所示，基于前端齿100的外径大于后端齿200的外径的设计，即基于台阶结构300大致是由前端齿100的与后端齿200相啮合的端面形成的设计，在本实施方式中，台阶结构300在径向Y上的长度L1与前端齿100在径向Y上的厚度D1的比值可以为1:8～1:2，例如1:8、1:6、2:5、1:2等，在其他实施方式中，在保证前端齿100与后端齿200的啮合需要的前提下，台阶结构300在径向Y上的长度L1与前端齿100在径向Y上的厚度D1的比值亦可小于1:8，或可大于1:2，例如1:9、3:5等，并不以本实施方式为限。

进一步地，如图2至图4所示，基于前端齿100的外径大于后端齿200的外径的设计，在本实施方式中，前端齿100的内径可以大于后端齿200的内径。

进一步地，基于前端齿100的外径大于后端齿200的外径，同时基于前端齿100的内径大于后端齿200的内径的设计，在本实施方式中，前端齿100在径向Y上的厚度D1可以与后端齿200在径向Y上的厚度D2大致相等。在其他实施方式中，当前端齿100的外径大于后端齿200的外径，且前端齿100的内径大于后端齿200的内径时，前端齿100在径向Y上的厚度D1亦可与后端齿200在径向Y上的厚度D2不相等。

如图5所示，其代表性地示出了本发明提出的双级离心压气机的另一实施方式中的封严结构的部分轴侧剖视图。在该示例性实施方式中，双级离心压气机与上述第一实施方式的设计大致相同，以下将结合图5，对本实施方式区别于上述第一实施方式的内容进行说明。

如图5所示，基于前端齿100的外径大于后端齿200的外径的设计，在本实施方式中，前端齿100的内径等于后端齿200的内径。换言之，在本实施方式中，前端齿100在径向Y上的厚度D1大于后端齿200在径向Y上的厚度D2。

如图6所示，其代表性地示出了本发明提出的双级离心压气机的另一实施方式中的封严结构的部分轴侧剖视图。在该示例性实施方式中，双级离心压气机与上述第一和第二实施方式的设计大致相同，以下将结合图6，对本实如施方式区别于上述第一和第二实施方式的内容进行说明。

如图6所示，在本实施方式中，后端齿200的外径可以大于前端齿100的外径。在此基础上，台阶结构300大致是由后端齿200的与前端齿100相啮合的端面形成。

进一步地，如图6所示，基于后端齿200的外径大于前端齿100的外径的设计，即基于台阶结构300大致是由后端齿200的与前端齿100相啮合的端面形成的设计，在本实施方式中，台阶结构300在径向Y上的长度L2与后端齿200在径向Y上的厚度D2的比值可以为1:8～1:2，例如1:8、1:6、2:5、1:2等，在其他实施方式中，在保证前端齿100与后端齿200的啮合需要的前提下，台阶结构300在径向Y上的长度L2与后端齿200在径向Y上的厚度D2的比值亦可小于1:8，或可大于1:2，例如1:9、3:5等，并不以本实施方式为限。

进一步地，如图6所示，基于后端齿200的外径大于前端齿100的外径的设计，在本实施方式中，后端齿200的内径可以大于前端齿100的内径。

进一步地，基于后端齿200的外径大于前端齿100的外径，同时基于后端齿200的内径大于前端齿100的内径的设计，在本实施方式中，后端齿200在径向Y上的厚度D2可以与前端齿100在径向Y上的厚度D1大致相等。在其他实施方式中，当后端齿200的外径大于前端齿100的外径，且后端齿200的内径大于前端齿100的内径时，后端齿200在径向Y上的厚度D2亦可与前端齿100在径向Y上的厚度D1不相等。

如图7所示，其代表性地示出了本发明提出的双级离心压气机的另一实施方式中的封严结构的部分轴侧剖视图。在该示例性实施方式中，双级离心压气机与上述第一至第三实施方式的设计大致相同，以下将结合图7，对本实施方式区别于上述第一至第三实施方式的内容进行说明。

如图7所示，基于后端齿200的外径大于前端齿100的外径的设计，在本实施方式中，后端齿200的内径等于前端齿100的内径。换言之，在本实施方式中，后端齿200在径向Y上的厚度D2大于前端齿100在径向Y上的厚度D1。

在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的双级离心压气机仅仅是能够采用本发明原理的许多种双级离心压气机中的几个示例。应当清楚地理解，本发明的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的双级离心压气机的任何细节或任何部件。

综上所述，本发明提出的双级离心压气机，其封严结构的两侧端齿在径向平面上的正投影图形部分重合，以使两侧端齿的啮合位置形成台阶结构。通过上述设计，本发明利用具有台阶结构的封严结构，能够有效防止封严结构的过度轴向移动，保证封严效果，同时也可以降低两侧端齿的应力，延长端齿的寿命。

基于上述对本发明提出的双级离心压气机的几个示例性实施方式的详细说明，以下将对本发明提出的航空发动机的一示例性实施方式进行说明。

在本实施方式中，本发明提出的航空发动机包含本发明提出的并在上述实施方式中详细说明的双级离心压气机。

在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的航空发动机仅仅是能够采用本发明原理的许多种航空发动机中的几个示例。应当清楚地理解，本发明的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的航空发动机的任何细节或任何部件。

综上所述，本发明提出的航空发动机，通过采用本发明提出的双级离心压气机的设计，使得压气机具备较佳的封严效果，进一步提升发动机的性能。

以上详细地描述和/或图示了本发明提出的双级离心压气机及航空发动机的示例性实施方式。但本发明的实施方式不限于这里所描述的特定实施方式，相反，每个实施方式的组成部分和/或步骤可与这里所描述的其它组成部分和/或步骤独立和分开使用。一个实施方式的每个组成部分和/或每个步骤也可与其它实施方式的其它组成部分和/或步骤结合使用。在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一个”、“一”和“上述”等用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。此外，权利要求书及说明书中的术语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数字限制。

虽然已根据不同的特定实施例对本发明提出的双级离心压气机及航空发动机进行了描述，但本领域技术人员将会认识到可在权利要求的精神和范围内对本发明的实施进行改动。

Claims (10)

1.一种双级离心压气机，包含一级叶轮以及二级叶轮，所述一级叶轮设置有后端齿，所述二级叶轮设置有前端齿，所述前端齿与所述后端齿相啮合；其特征在于，所述前端齿与所述后端齿分别呈环状结构且共轴布置，所述前端齿在径向平面上的正投影图形，与所述后端齿在径向平面上的正投影图形部分重合，以使所述前端齿与所述后端齿的啮合位置形成台阶结构。

2.根据权利要求1所述的双级离心压气机，其特征在于，所述前端齿的外径大于所述后端齿的外径。

3.根据权利要求2所述的双级离心压气机，其特征在于，所述前端齿的内径大于所述后端齿的内径。

4.根据权利要求2所述的双级离心压气机，其特征在于，所述前端齿的内径等于所述后端齿的内径。

5.根据权利要求2所述的双级离心压气机，其特征在于，所述台阶结构在径向上的长度与所述前端齿在径向上的厚度的比值为1:8～1:2。

6.根据权利要求1所述的双级离心压气机，其特征在于，所述后端齿的外径大于所述前端齿的外径。

7.根据权利要求6所述的双级离心压气机，其特征在于，所述后端齿的内径大于所述前端齿的内径。

8.根据权利要求6所述的双级离心压气机，其特征在于，所述后端齿的内径等于所述前端齿的内径。

9.根据权利要求6所述的双级离心压气机，其特征在于，所述台阶结构在径向上的长度与所述后端齿在径向上的厚度的比值为1:8～1:2。

10.一种航空发动机，其特征在于，所述航空发动机包含权利要求1～9任一项所述的双级离心压气机。