CN114810664A - 一种用于压气机的变管径减涡器及其减涡系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于压气机的变管径减涡器及其减涡系统，包括若干个沿周向间隔设置在压气机的环形盘腔中的减涡直管，减涡直管沿环形盘腔径向延伸并随环形盘腔同步转动，并连通环形盘腔外周侧的鼓筒孔和轴心处的轴向通道，减涡直管的内径沿环形盘腔径向自鼓筒孔处至轴向通道处逐渐减小，若干个减涡直管与环形盘腔同速、同向的旋转，气流流经鼓筒孔进入环形盘腔内，经由减涡直管引流进入压气机的轴向通道，通过设计变管径的减涡直管，使得减涡直管入口截面积增加，增大气流的流通面积，管径逐渐减小，形成对气流的逐渐压缩，减小了气流进入减涡直管时的压力损失，采用变管径的减涡直管，总压损失系数可减小6％～22％。

Description

一种用于压气机的变管径减涡器及其减涡系统

技术领域

本发明涉及航空发动机二次空气系统压气机引气段的减阻技术领域，特别是涉及一种用于压气机的变管径减涡器及其减涡系统。

背景技术

航空发动机内流空气冷却系统的冷气引自于压气机的中间级。这部分冷气一方面用于涡轮叶片、机匣、轮盘、轴和轴承等高温部件的冷却，使其在允许的温度状态下工作，并且保证相关部位进气的压力；另一方面，冷气将用于封严，阻止燃气倒流；同时，冷气还用于保持卸荷腔压力，从而满足发动机轴向力的要求。但是大量的引气会降低发动机的整体效率进而增加耗油量，因此引自压气机的冷气流量应该控制在一定的范围内。其次，在对热端部件进行冷却设计时，除了考虑热端部件的整体平均温度，还要考虑其温度梯度。另外，从压气机引出的冷气从鼓筒孔径向流出后，在到达最后的目标区域前要流经一个设计的流动路径，在这个过程中由于阻力的作用会使得冷气压力逐渐降低并且温度逐渐升高，所以需要合理地设计来尽可能降低阻力从而减少压力损失。所以，冷气引用量、整体温度及温度梯度、压力损失就成为了内流冷却空气系统设计者需要重点考虑的问题。

现阶段应用较为广泛的减涡器形式为直管式减涡器。例如CN103867235A 公开的一种管式减涡器引气系统，其入口处呈直管状结构，这种直管式减涡器形式是在上述径向引气腔中安装直管式减涡器对气流进行引流。但直管式减涡器会在其出入口产生气流通道的扩张和收缩引起气流的粘性耗散且流通面积较小，不利于气流流动。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于压气机的变管径减涡器及其减涡系统，以解决上述现有技术存在的问题，通过设计变管径的减涡直管，使得减涡直管入口截面积增加，增大气流的流通面积，而且管径逐渐减小，形成对气流的逐渐压缩，减小了气流进入减涡直管时的压力损失。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于压气机的变管径减涡器，包括若干个沿周向间隔设置在所述压气机的环形盘腔中的减涡直管，所述减涡直管沿所述环形盘腔径向延伸并随所述环形盘腔同步转动，并连通所述环形盘腔外周侧的鼓筒孔和轴心处的轴向通道，所述减涡直管的内径沿所述环形盘腔径向自所述鼓筒孔处至所述轴向通道处逐渐减小。

优选的，沿所述环形盘腔径向上，所述减涡直管各处截面面积与所述减涡直管同半径高度处盘腔轴向截面面积的比例恒定。

优选的，各所述减涡直管沿所述环形盘腔周向均匀设置。

优选的，所述减涡直管在所述环形盘腔上的安装半径相同，各所述减涡直管所在的圆与所述环形盘腔同轴设置。

优选的，所述减涡直管靠近所述鼓筒孔端的管口中心与所述减涡直管靠近所述轴向通道端的管口中心位于所述环形盘腔同一半径线上。

还提供一种减涡系统，包括两同轴设置且呈环形结构的压气机盘、封闭两所述压气机盘外周边缘之间的鼓筒、位于所述压气机盘轴心的轴向通道，两所述压气机盘与所述鼓筒形成半封闭的环形盘腔，所述鼓筒上沿周向间隔设有若干用于引入气流且与所述环形盘腔相连通的鼓筒孔，所述环形盘腔沿径向上的中间位置处设有隔断所述鼓筒孔和所述轴向通道且呈环形结构的封堵机构，所述封堵机构上沿周向间隔设有若干减涡直管，各所述减涡直管均连通所述鼓筒孔和所述轴向通道。

优选的，所述封堵机构为连接在两所述压气机盘上的环形卡盘，所述环形卡盘与所述环形盘腔同轴设置，所述减涡直管沿所述环形盘腔径向密封插接在所述环形卡盘上。

优选的，所述鼓筒孔为长圆形孔，所述长圆形孔沿所述鼓筒周向延伸。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

第一，包括若干个沿周向间隔设置在压气机的环形盘腔中的减涡直管，减涡直管沿环形盘腔径向延伸并随环形盘腔同步转动，并连通环形盘腔外周侧的鼓筒孔和轴心处的轴向通道，减涡直管的内径沿环形盘腔径向自鼓筒孔处至轴向通道处逐渐减小，在压气机运行状态，若干个减涡直管与环形盘腔同速、同向的旋转，气流流经鼓筒孔进入环形盘腔内，经由减涡直管引流进入压气机的轴向通道，通过设计变管径的减涡直管，使得减涡直管入口截面积增加，增大气流的流通面积，而且管径逐渐减小，形成对气流的逐渐压缩，减小了气流进入减涡直管时的压力损失，采用变管径的减涡直管，与目前的直管的最优效果做比较，总压损失系数可减小6％～22％。

第二，沿环形盘腔径向上，减涡直管各处截面面积与减涡直管同半径高度处盘腔轴向截面面积的比例恒定，气流流经减涡直管时压力损失的主要来源之一是减涡直管口面积相比空腔小得多，流道面积的突然收缩，使得引气结构的流通能力大幅减弱，阻力增加，造成气体压力损失，所以本发明的管径设计方案，使得减涡直管截面面积变化是连续的，避免了气流在减涡直管内部流动因截面突变发生分离产生的压力损失。

第三，各减涡直管沿环形盘腔周向均匀设置，通过减涡直管的均匀设置，使得气流经过减涡直管后进入轴向通道时，气流分布均匀，避免气体分布不均匀导致发动机的整体效率降低，进而增加耗油量。

第四，减涡直管在环形盘腔上的安装半径相同，各减涡直管所在的圆与环形盘腔同轴设置，使得各减涡直管的出口与轴向通道的间距相同，进一步保证了气流进入轴向通道时的均匀度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明部分环形盘腔的径向剖视图；

图2为本发明部分环形盘腔的轴测图；

图3为本发明整体环形盘腔的剖面图；

图4为本发明整体环形盘腔的部分剖面图；

其中，1-压气机盘、2-鼓筒孔、3-减涡直管、4-环形卡盘、5-鼓筒。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用于压气机的变管径减涡器及其减涡系统，以解决上述现有技术存在的问题，通过设计变管径的减涡直管，使得减涡直管入口截面积增加，增大气流的流通面积，而且管径逐渐减小，形成对气流的逐渐压缩，减小了气流进入减涡直管时的压力损失。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1至图4所示，本实施例提供一种用于压气机的变管径减涡器，包括若干个沿周向间隔设置在压气机的环形盘腔中的减涡直管3，减涡直管3 沿环形盘腔径向延伸并随环形盘腔同步转动，减涡直管3的径向设置使得减涡直管3的入口迎向气流方向，以减小气流在减涡直管3入口分离形成涡流造成的压力损失，并连通环形盘腔外周侧的鼓筒孔2和轴心处的轴向通道，每根减涡直管的结构相同，即几何结构相同，减涡直管3的内径沿环形盘腔径向自鼓筒孔2处至轴向通道处逐渐减小，在压气机运行状态，若干个减涡直管3与环形盘腔同速、同向的旋转，气流流经鼓筒孔2进入环形盘腔内，经由减涡直管 3引流进入压气机的轴向通道，通过设计变管径的减涡直管3，使得减涡直管 3入口截面积增加，增大气流的流通面积，而且管径逐渐减小，形成对气流的逐渐压缩，减小了气流进入减涡直管3时的压力损失，采用变管径的减涡直管 3，与目前的直管的最优效果做比较，总压损失系数可减小6％～22％。

为避免减涡直管3对气流的增加速度过快，沿环形盘腔径向上，减涡直管 3各处截面面积与减涡直管3同半径高度处盘腔轴向截面面积的比例恒定，减涡直管3变管径方案主要但不限于上述方案，气流流经减涡直管3时压力损失的主要来源之一是减涡直管3口面积相比空腔小得多，流道面积的突然收缩，使得引气结构的流通能力大幅减弱，阻力增加，造成气体压力损失，所以本发明的管径设计方案，使得减涡直管3截面面积变化是连续的，避免了气流在减涡直管3内部流动因截面突变发生分离产生的压力损失。

其中，各减涡直管3沿环形盘腔周向均匀设置，通过减涡直管3的均匀设置，使得气流经过减涡直管3后进入轴向通道时，气流分布均匀，避免气体分布不均匀导致发动机的整体效率降低，进而增加耗油量。

进一步的，减涡直管3在环形盘腔上的安装半径相同，各减涡直管3所在的圆与环形盘腔同轴设置，使得各减涡直管3的出口与轴向通道的间距相同，进一步保证了气流进入轴向通道时的均匀度。

优选的，减涡直管3靠近鼓筒孔2端的管口中心与减涡直管3靠近轴向通道端的管口中心位于环形盘腔同一半径线上，减少了减涡直管3对气流所做负功，进而使得减涡直管3的粘性耗散损失增加不明显，即减少减涡直管3对气流的阻力，有利于减轻振动、碰撞等问题。

作为本发明优选的实施方式，还提供一种减涡系统，包括两同轴设置且呈环形结构的压气机盘1、封闭两压气机盘1外周边缘之间的鼓筒5、位于压气机盘1轴心的轴向通道，两压气机盘1与鼓筒5形成半封闭的环形盘腔，鼓筒 5上沿周向间隔设有若干用于引入气流且与环形盘腔相连通的鼓筒孔2，每一鼓筒孔2配置成能够提升气流在鼓筒孔2处的流通能力，环形盘腔沿径向上的中间位置处设有隔断鼓筒孔2和轴向通道且呈环形结构的封堵机构，封堵机构上沿周向间隔设有若干减涡直管3，各减涡直管3均连通鼓筒孔2和轴向通道，进而使得经过鼓筒孔2进入环形盘腔的气流仅经过减涡直管3进入轴向通道中。

进一步的，封堵机构为连接在两压气机盘1上的环形卡盘4，环形卡盘4 与环形盘腔同轴设置，减涡直管3沿环形盘腔径向密封插接在环形卡盘4上，通过设置环形卡盘4以便于安装个各个减涡直管3，优选环形卡盘4上沿周向开设有若干个用于安装减涡直管3的通孔，并保证减涡直管3可与两侧压气机盘1同轴、同向、同速度旋转。

进一步的，鼓筒孔2为长圆形孔，长圆形孔沿鼓筒5周向延伸，通过使用长圆形鼓筒孔2，提升气流的鼓筒孔2处的流通能力。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种用于压气机的变管径减涡器，其特征在于，包括若干个沿周向间隔设置在所述压气机的环形盘腔中的减涡直管，所述减涡直管沿所述环形盘腔径向延伸并随所述环形盘腔同步转动，并连通所述环形盘腔外周侧的鼓筒孔和轴心处的轴向通道，所述减涡直管的内径沿所述环形盘腔径向自所述鼓筒孔处至所述轴向通道处逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的用于压气机的变管径减涡器，其特征在于，沿所述环形盘腔径向上，所述减涡直管各处截面面积与所述减涡直管同半径高度处盘腔轴向截面面积的比例恒定。

3.根据权利要求2所述的用于压气机的变管径减涡器，其特征在于，各所述减涡直管沿所述环形盘腔周向均匀设置。

4.根据权利要求1至3任一项所述的用于压气机的变管径减涡器，其特征在于，所述减涡直管在所述环形盘腔上的安装半径相同，各所述减涡直管所在的圆与所述环形盘腔同轴设置。

5.根据权利要求4所述的用于压气机的变管径减涡器，其特征在于，所述减涡直管靠近所述鼓筒孔端的管口中心与所述减涡直管靠近所述轴向通道端的管口中心位于所述环形盘腔同一半径线上。

6.一种应用如权利要求1至5任一项所述的用于压气机的变管径减涡器的减涡系统，其特征在于，包括两同轴设置且呈环形结构的压气机盘、封闭两所述压气机盘外周边缘之间的鼓筒、位于所述压气机盘轴心的轴向通道，两所述压气机盘与所述鼓筒形成半封闭的环形盘腔，所述鼓筒上沿周向间隔设有若干用于引入气流且与所述环形盘腔相连通的鼓筒孔，所述环形盘腔沿径向上的中间位置处设有隔断所述鼓筒孔和所述轴向通道且呈环形结构的封堵机构，所述封堵机构上沿周向间隔设有若干减涡直管，各所述减涡直管均连通所述鼓筒孔和所述轴向通道。

7.根据权利要求6所述的减涡系统，其特征在于，所述封堵机构为连接在两所述压气机盘上的环形卡盘，所述环形卡盘与所述环形盘腔同轴设置，所述减涡直管沿所述环形盘腔径向密封插接在所述环形卡盘上。

8.根据权利要求7所述的减涡系统，其特征在于，所述鼓筒孔为长圆形孔，所述长圆形孔沿所述鼓筒周向延伸。

Images