CN116379002B - 一种等转速反转式扩压器结构设计方法及扩压器结构 - Google Patents

一种等转速反转式扩压器结构设计方法及扩压器结构 Download PDF

Info

Publication number
CN116379002B
CN116379002B CN202310652634.4A CN202310652634A CN116379002B CN 116379002 B CN116379002 B CN 116379002B CN 202310652634 A CN202310652634 A CN 202310652634A CN 116379002 B CN116379002 B CN 116379002B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bearing
rotor
sealing element
stage
diffuser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202310652634.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116379002A (zh
Inventor
李世峰
陈�峰
陈帝云
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Aerospace Technology of China Aerodynamics Research and Development Center
Original Assignee
Institute of Aerospace Technology of China Aerodynamics Research and Development Center
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Aerospace Technology of China Aerodynamics Research and Development Center filed Critical Institute of Aerospace Technology of China Aerodynamics Research and Development Center
Priority to CN202310652634.4A priority Critical patent/CN116379002B/zh
Publication of CN116379002A publication Critical patent/CN116379002A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116379002B publication Critical patent/CN116379002B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02—Selection of particular materials
    • F04D29/023—Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/053—Shafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/056—Bearings
    • F04D29/059—Roller bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/102—Shaft sealings especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/12—Shaft sealings using sealing-rings
    • F04D29/122—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本发明属于大功率压缩机技术领域，公开了一种等转速反转式扩压器结构设计方法及扩压器结构。设计方法包括设计叶型截面型线；设计空间几何结构；设计组合压缩进气锥结构；设计第一级扩压器转子结构；设计空心轴结构；设计第二级扩压器转子结构；设计1号轴承元件和封严元件组合结构。扩压器结构包括从前至后顺序连接的组合压缩进气锥、第一级扩压器转子、第二级扩压器转子；第一级扩压器转子、第二级扩压器转子等转速反向旋转。设计方法及扩压器结构，可以直接接收超声速来流，实现对高马赫数气流的高效扩压，大幅度提升压缩系统的级载荷；还可以缩短进气压缩系统的轴向尺寸，减少级数和减轻重量，具有工程应用价值。

Description

一种等转速反转式扩压器结构设计方法及扩压器结构
技术领域
本发明属于大功率压缩机技术领域，具体涉及一种等转速反转式扩压器结构设计方法及扩压器结构。
背景技术
提升压缩机压缩系统的级载荷，是提高大功率压缩机进气能力的重要技术途径之一。目前，亚音/跨音速压缩叶片的叶尖来流马赫数已接近极限，制约了级载荷的进一步提升，因此发展超声速压缩机叶片是研发大功率压缩机的必然趋势。但是，超声速压缩叶片的叶尖马赫数对叶顶泄漏流影响过大，对整个压缩系统的气动设计带来了严峻的挑战；如果要彻底解决大功率压缩机的上述设计难题，需创造性突破大功率压缩机相邻叶片的反向等速旋转，核心技术问题在于如何实现大功率压缩机的相邻超声速叶片的等转速反向旋转。
当前，亟需发展一种等转速反转式扩压器结构设计方法及扩压器结构。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是提供一种等转速反转式扩压器结构设计方法，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种等转速反转式扩压器结构，用以克服现有技术的缺陷。
本发明的等转速反转式扩压器结构设计方法，包括以下步骤：
步骤1：设计叶型截面型线；
按照多激波组合压缩方法进行气动设计，得到满足超声速进气压缩效率要求的组合压缩锥面体和过渡环的截面型线、一级复合倾斜叶片和二级大展弦比扩压叶片的叶型截面型线；
步骤2：设计空间几何结构；
结合空间几何约束、结构功能需求和转子动力学临界转速共振裕度不小于20%，转子临界变形不大于25%，以及支撑刚度储备系数不小于1.5的相关约束条件，从前至后顺序连接组合压缩进气锥、第一级扩压器转子、第二级扩压器转子，组合压缩进气锥、第一级扩压器转子、第二级扩压器转子同中心轴；
第一级扩压器转子、第二级扩压器转子等转速反向旋转；
步骤3：设计组合压缩进气锥结构；
首先，在满足空间尺寸限制和强度储备要求的基础上，设计出具有低转动惯量的组合压缩进气锥；组合压缩进气锥包括从前至后顺序连接的组合压缩锥面体和过渡环；组合压缩锥面体和过渡环均固定在固定架上，固定架固定在中心轴的前段，组合压缩锥面体、过渡环和固定架通过组合压缩锥面体端面N处的精密螺栓连接实现轴向约束，通过组合压缩锥面体止口P处的径向圆柱面实现定心；
其次，第一级扩压器转子与过渡环连接；在周向上，通过沿第一级扩压器转子周向均匀分布的3个端面连接处K并使用销钉限位，在轴向和径向上，通过过渡环上的卡槽进行限位；
最后，组合压缩进气锥通过中心轴前端M处的压紧螺母拧紧固定；第一级扩压器转子和组合压缩进气锥之间通过端面摩擦传扭；
步骤4：设计第一级扩压器转子结构；
第一级扩压器转子由带复合倾斜叶片的1号整体叶盘、带高速齿轮的空心轴、1号轴承密封元件和2号轴承密封元件组成；1号整体叶盘、1号轴承密封元件、空心轴和2号轴承密封元件从前至后依次套装在中心轴上；
1号整体叶盘采用36件一级复合倾斜叶片和一级低转动惯量轮盘一体化设计方式；在一级低转动惯量轮盘的后端面设置1号轴承密封元件；
步骤5：设计空心轴结构；
空心轴的中部区域设计花键；空心轴与1号整体叶盘在盘心区通过花键连接传扭；在空心轴径向圆柱面止口设置配合面S，用于空心轴的径向定心；在空心轴的后端布置高速斜齿轮和2号轴承密封元件；
步骤6：设计第二级扩压器转子结构；
第二级扩压器转子由2号整体叶盘、封严元件和3号轴承密封元件组成；封严元件、2号整体叶盘和3号轴承密封元件从前至后依次套装在中心轴上；
为了尽量减少转子不平衡量对高转速工作稳定性的影响，2号整体叶盘采用38件二级大展弦比扩压叶片和二级低转动惯量轮盘一体化设计方式；第二级扩压器转子的前端设计与第一级扩压器转子共用的封严元件；第二级扩压器转子的后端设计3号轴承密封元件；3号轴承密封元件的后端设计高速直齿轮，用于将1号整体叶盘的高转速输入到2号整体叶盘上；
步骤7：设计1号轴承密封元件和封严元件组合结构；
封严元件由封严壳体、双石墨体、周向弹簧、端面挡板和端面波浪式弹簧组成；双石墨体安装在封严壳体内，双石墨体为并列的2个石墨环；双石墨体的外环面通过周向弹簧卡紧；双石墨体的侧面通过端面波浪式弹簧压紧在端面挡板上；双石墨体内环面紧贴在1号石墨密封跑道上，以提高密封效果；
1号轴承密封元件包括从前至后依次套装在中心轴上的1号石墨密封跑道、1号轴承内衬套；包括套装在1号轴承内衬套外部的1号轴承外套，1号轴承内衬套和1号轴承外套之间沿安装若干个1号滚子体；还包括1号后端面压紧螺母，1号轴承内衬套的后端面通过1号后端面压紧螺母拧紧限位。
进一步地，所述的2号轴承密封元件和3号轴承密封元件与1号轴承密封元件的结构形式相同，但是，尺寸受空间限制存在差异；2号轴承密封元件包括从前至后依次套装在中心轴上的2号轴承内衬套、2号石墨密封跑道、2号后端面压紧螺母、2号滚子体和2号轴承外套；3号轴承密封元件包括从前至后依次套装在中心轴上的3号轴承内衬套、3号石墨密封跑道、3号后端面压紧螺母、3号滚子体和3号轴承外套；
1号石墨密封跑道、2号石墨密封跑道和3号石墨密封跑道均采用表层渗Cr处理。
进一步地，所述的高转速为4.0~5.0万转/分钟，低转动惯量为范围为0.25g•m2~0.35g•m2。
通过本发明的等转速反转式扩压器结构设计方法获得了等转速反转式扩压器结构。
本发明的等转速反转式扩压器结构设计方法突破了复杂转子传动系统的动力学设计方法，提出了一种结构布局合理、强度刚性高、工作稳定性好、结构简单紧凑，且适用于大功率压缩机的等转速反转式扩压器结构。
本发明的等转速反转式扩压器结构具有以下优点：
1.结构布局合理、强度刚性好、结构简单紧凑、安装精度高、工作稳定性好，且便于拆装与维修，可满足大功率压缩机进气压缩系统的设计需求；
2.能够大幅度提升大功率压缩机压缩系统的级载荷，实现对高马赫数气流的高效扩压，同时有效缩短了大功率压缩机压缩系统的级数并减少轴向尺寸。
本发明的等转速反转式扩压器结构设计方法及扩压器结构，能够实现大功率压缩机的相邻超声速叶片的等转速反向旋转，通过相邻超声速叶片的等转速反向旋转，一方面可以直接接收超声速来流，实现对高马赫数气流的高效扩压，大幅度提升压缩系统的级载荷，另一方面可以缩短进气压缩系统的轴向尺寸，减少级数和减轻重量，具有工程应用价值。
附图说明
图1为本发明的等转速反转式扩压器结构设计方法的流程图；
图2为本发明的等转速反转式扩压器结构示意图；
图3a为本发明的等转速反转式扩压器结构中的第一级扩压器转子结构示意图；
图3b为本发明的等转速反转式扩压器结构中的第一级扩压器转子结构示意图（上半部分）；
图4a为本发明的等转速反转式扩压器结构中的第二级扩压器转子结构示意图；
图4b为本发明的等转速反转式扩压器结构中的第二级扩压器转子结构示意图（上半部分）；
图5为本发明的等转速反转式扩压器结构中的封严元件与轴承元件组件的V局部放大图。
图中，1.组合压缩进气锥；2.第一级扩压器转子；3.第二级扩压器转子；
1（a）.组合压缩锥面体；1（b）.过渡环；1（c）.固定架；1（d）.精密螺栓；1（e）.压紧螺母；
1（b）-1.卡槽；
2（a）.1号整体叶盘；2（b）.空心轴；2（c）.1号轴承密封元件；2（d）.2号轴承密封元件；
2（a）-1.一级复合倾斜叶片；2（a）-2.一级低转动惯量轮盘；
2（b）-1.花键；2（b）-2.高速斜齿轮；
2（c）-1.1号石墨密封跑道；2（c）-2.1号轴承内衬套；2（c）-3.1号后端面压紧螺母；2（c）-4.1号滚子体；2（c）-5.1号轴承外套；
2（d）-1.2号轴承内衬套；2（d）-2.2号石墨密封跑道；
3（a）.2号整体叶盘；3（b）.封严元件；3（c）.3号轴承密封元件；
3（a）-1.二级大展弦比扩压叶片；3（a）-2.二级低转动惯量轮盘；（3（a）-3）.3号石墨密封跑道；3（a）-4.高速直齿轮；
3（b）-1.封严壳体；3（b）-2.双石墨体；3（b）-3.周向弹簧；3（b）-4.端面挡板；3（b）-5.端面波浪式弹簧；
3（c）-1.3号轴承内衬套；3（c）-2.3号后端面压紧螺母；
N.端面；P.止口；K.端面连接处；M.中心轴前端；S.配合面。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
如图1所示，本发明的等转速反转式扩压器结构设计方法，包括以下步骤：
步骤1：设计叶型截面型线；
按照多激波组合压缩方法进行气动设计，得到满足超声速进气压缩效率要求的组合压缩锥面体1（a）和过渡环1（b）的截面型线、一级复合倾斜叶片2（a）-1和二级大展弦比扩压叶片3（a）-1的叶型截面型线；
步骤2：设计空间几何结构；
如图2所示，结合空间几何约束、结构功能需求和转子动力学临界转速共振裕度不小于20%，转子临界变形不大于25%，以及支撑刚度储备系数不小于1.5的相关约束条件，从前至后顺序连接组合压缩进气锥1、第一级扩压器转子2、第二级扩压器转子3，组合压缩进气锥1、第一级扩压器转子2、第二级扩压器转子3同中心轴；
第一级扩压器转子2、第二级扩压器转子3等转速反向旋转；
步骤3：设计组合压缩进气锥1结构；
如图3a、图3b、图4a、图4b、图5所示，首先，在满足空间尺寸限制和强度储备要求的基础上，设计出具有低转动惯量的组合压缩进气锥1；组合压缩进气锥1包括从前至后顺序连接的组合压缩锥面体1（a）和过渡环1（b）；组合压缩锥面体1（a）和过渡环1（b）均固定在固定架1（c）上，固定架1（c）固定在中心轴的前段，组合压缩锥面体1（a）、过渡环1（b）和固定架1（c）通过组合压缩锥面体1（a）端面N处的精密螺栓1（d）连接实现轴向约束，通过组合压缩锥面体1（a）止口P处的径向圆柱面实现定心；
其次，第一级扩压器转子2与过渡环1（b）连接；在周向上，通过沿第一级扩压器转子2周向均匀分布的3个端面连接处K并使用销钉限位，在轴向和径向上，通过过渡环1（b）上的卡槽1（b）-1进行限位；
最后，组合压缩进气锥1通过中心轴前端M处的压紧螺母1（e）拧紧固定；第一级扩压器转子2和组合压缩进气锥1之间通过端面摩擦传扭；
步骤4：设计第一级扩压器转子2结构；
第一级扩压器转子2由带复合倾斜叶片的1号整体叶盘2（a）、带高速齿轮的空心轴2（b）、1号轴承密封元件2（c）和2号轴承密封元件2（d）组成；1号整体叶盘2（a）、1号轴承密封元件2（c）、空心轴2（b）和2号轴承密封元件2（d）从前至后依次套装在中心轴上；
1号整体叶盘2（a）采用36件一级复合倾斜叶片2（a）-1和一级低转动惯量轮盘2（a）-2一体化设计方式；在一级低转动惯量轮盘2（a）-2的后端面设置1号轴承密封元件2（c）；
步骤5：设计空心轴2（b）结构；
空心轴2（b）的中部区域设计花键2（b）-1；空心轴2（b）与1号整体叶盘2（a）在盘心区通过花键2（b）-1连接传扭；在空心轴2（b）径向圆柱面止口设置配合面S，用于空心轴2（b）的径向定心；在空心轴2（b）的后端布置高速斜齿轮2（b）-2和2号轴承密封元件2（d）；
步骤6：设计第二级扩压器转子3结构；
第二级扩压器转子3由2号整体叶盘3（a）、封严元件3（b）和3号轴承密封元件3（c）组成；封严元件3（b）、2号整体叶盘3（a）和3号轴承密封元件3（c）从前至后依次套装在中心轴上；
为了尽量减少转子不平衡量对高转速工作稳定性的影响，2号整体叶盘3（a）采用38件二级大展弦比扩压叶片3（a）-1和二级低转动惯量轮盘3（a）-2一体化设计方式；第二级扩压器转子3的前端设计与第一级扩压器转子2共用的封严元件3（b）；第二级扩压器转子3的后端设计3号轴承密封元件3（c）；3号轴承密封元件3（c）的后端设计高速直齿轮3（a）-4，用于将1号整体叶盘2（a）的高转速输入到2号整体叶盘3（a）上；
步骤7：设计1号轴承密封元件2（c）和封严元件3（b）组合结构；
封严元件3（b）由封严壳体3（b）-1、双石墨体3（b）-2、周向弹簧3（b）-3、端面挡板3（b）-4和端面波浪式弹簧3（b）-5组成；双石墨体3（b）-2安装在封严壳体3（b）-1内，双石墨体3（b）-2为并列的2个石墨环；双石墨体3（b）-2的外环面通过周向弹簧3（b）-3卡紧；双石墨体3（b）-2的侧面通过端面波浪式弹簧3（b）-5压紧在端面挡板3（b）-4上；双石墨体3（b）-2内环面紧贴在1号石墨密封跑道2（c）-1上，以提高密封效果；
1号轴承密封元件2（c）包括从前至后依次套装在中心轴上的1号石墨密封跑道2（c）-1、1号轴承内衬套2（c）-2；包括套装在1号轴承内衬套2（c）-2外部的1号轴承外套2（c）-5，1号轴承内衬套2（c）-2和1号轴承外套2（c）-5之间沿安装若干个1号滚子体2（c）-4；还包括1号后端面压紧螺母2（c）-3，1号轴承内衬套2（c）-2的后端面通过1号后端面压紧螺母2（c）-3拧紧限位。
进一步地，所述的2号轴承密封元件2（d）和3号轴承密封元件3（c）与1号轴承密封元件2（c）的结构形式相同，但是，尺寸受空间限制存在差异；2号轴承密封元件2（d）包括从前至后依次套装在中心轴上的2号轴承内衬套2（d）-1、2号石墨密封跑道2（d）-2、2号后端面压紧螺母、2号滚子体和2号轴承外套；3号轴承密封元件3（c）包括从前至后依次套装在中心轴上的3号轴承内衬套3（c）-1、3号石墨密封跑道3（a）-3、3号后端面压紧螺母3（c）-2、3号滚子体和3号轴承外套；
1号石墨密封跑道2（c）-1、2号石墨密封跑道2（d）-2和3号石墨密封跑道3（a）-3均采用表层渗（C）r处理。
进一步地，所述的高转速为4.0~5.0万转/分钟，低转动惯量为范围为0.25g•m2~0.35g•m2。
通过本发明的等转速反转式扩压器结构设计方法获得了等转速反转式扩压器结构。
实施例1：
本实施例的等转速反转式扩压器结构整体尺寸，应用在大功率进气压缩机上，能够满足在超声速来流进气条件下压缩机对进气压缩能力的需求，彻底解决了大功率压缩机进气压缩效率不足的问题。
本实施例的1号整体叶盘2（a）采用36件一级复合倾斜叶片2（a）-1和一级低转动惯量轮盘2（a）-2一体化设计方式；2号整体叶盘3（a）采用38件二级大展弦比扩压叶片3（a）-1和二级低转动惯量轮盘3（a）-2一体化设计方式；1号整体叶盘2（a）和2号整体叶盘3（a）相对反向旋转。
组合压缩进气锥1在中心轴前端M处的压紧螺母1（e）的拧紧力矩为300N.m。
空心轴2（b）的中部区域花键2（b）-1的模数2.0、压力角30°、齿数22；在空心轴2（b）径向圆柱面止口的配合面S的过盈量为+0.02～+0.06mm。
封严元件3（b）的双石墨体3（b）-2的石墨环采用周向3段宽5.0mm高8.0mm的弧段设计；周向弹簧3（b）-3直径为4.0mm；端面波浪式弹簧3（b）-5壁厚1.0mm.
1号后端面压紧螺母2（c）-3、2号后端面压紧螺母和3号后端面压紧螺母3（c）-2的限位力矩均为100 N.m。
1号石墨密封跑道2（c）-1、2号石墨密封跑道2（d）-2和3号石墨密封跑道3（a）-3的（C）r渗层厚0.1～0.15mm。
通过数值模拟仿真可知，本实施例的等转速反转式扩压器结构能够满足大功率压缩机对进气压缩系统的设计需求，大幅度提升了大功率压缩机压缩系统的级载荷，实现对高马赫数气流的高效扩压，同时有效缩短了大功率压缩机压缩系统的级数并减少轴向尺寸。

Claims (4)

1.一种等转速反转式扩压器结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：设计叶型截面型线；
按照多激波组合压缩方法进行气动设计，得到满足超声速进气压缩效率要求的组合压缩锥面体（1（a））和过渡环（1（b））的截面型线、一级复合倾斜叶片（2（a）-1）和二级大展弦比扩压叶片（3（a）-1）的叶型截面型线；
步骤2：设计空间几何结构；
结合空间几何约束、结构功能需求和转子动力学临界转速共振裕度不小于20%，转子临界变形不大于25%，以及支撑刚度储备系数不小于1.5的约束条件，从前至后顺序连接组合压缩进气锥（1）、第一级扩压器转子（2）、第二级扩压器转子（3），组合压缩进气锥（1）、第一级扩压器转子（2）、第二级扩压器转子（3）同中心轴；
第一级扩压器转子（2）、第二级扩压器转子（3）等转速反向旋转；
步骤3：设计组合压缩进气锥（1）结构；
首先，在满足空间尺寸限制和强度储备要求的基础上，设计出具有低转动惯量的组合压缩进气锥（1）；组合压缩进气锥（1）包括从前至后顺序连接的组合压缩锥面体（1（a））和过渡环（1（b））；组合压缩锥面体（1（a））和过渡环（1（b））均固定在固定架（1（c））上，固定架（1（c））固定在中心轴的前段，组合压缩锥面体（1（a））、过渡环（1（b））和固定架（1（c））通过组合压缩锥面体（1（a））端面（N）处的精密螺栓（1（d））连接实现轴向约束，通过组合压缩锥面体（1（a））止口（P）处的径向圆柱面实现定心；
其次，第一级扩压器转子（2）与过渡环（1（b））连接；在周向上，通过沿第一级扩压器转子（2）周向均匀分布的3个端面连接处（K）并使用销钉限位，在轴向和径向上，通过过渡环（1（b））上的卡槽（1（b）-1）进行限位；
最后，组合压缩进气锥（1）通过中心轴前端（M）处的压紧螺母（1（e））拧紧固定；第一级扩压器转子（2）和组合压缩进气锥（1）之间通过端面摩擦传扭；
步骤4：设计第一级扩压器转子（2）结构；
第一级扩压器转子（2）由带复合倾斜叶片的1号整体叶盘（2（a））、带高速齿轮的空心轴（2（b））、1号轴承密封元件（2（c））和2号轴承密封元件（2（d））组成；1号整体叶盘（2（a））、1号轴承密封元件（2（c））、空心轴（2（b））和2号轴承密封元件（2（d））从前至后依次套装在中心轴上；
1号整体叶盘（2（a））采用36件一级复合倾斜叶片（2（a）-1）和一级低转动惯量轮盘（2（a）-2）一体化设计方式；在一级低转动惯量轮盘（2（a）-2）的后端面设置1号轴承密封元件（2（c））；
步骤5：设计空心轴（2（b））结构；
空心轴（2（b））的中部区域设计花键（2（b）-1）；空心轴（2（b））与1号整体叶盘（2（a））在盘心区通过花键（2（b）-1）连接传扭；在空心轴（2（b））径向圆柱面止口设置配合面（S），用于空心轴（2（b））的径向定心；在空心轴（2（b））的后端布置高速斜齿轮（2（b）-2）和2号轴承密封元件（2（d））；
步骤6：设计第二级扩压器转子（3）结构；
第二级扩压器转子（3）由2号整体叶盘（3（a））、封严元件（3（b））和3号轴承密封元件（3（c））组成；封严元件（3（b））、2号整体叶盘（3（a））和3号轴承密封元件（3（c））从前至后依次套装在中心轴上；
为了减少转子不平衡量对高转速工作稳定性的影响，2号整体叶盘（3（a））采用38件二级大展弦比扩压叶片（3（a）-1）和二级低转动惯量轮盘（3（a）-2）一体化设计方式；第二级扩压器转子（3）的前端设计与第一级扩压器转子（2）共用的封严元件（3（b））；第二级扩压器转子（3）的后端设计3号轴承密封元件（3（c））；3号轴承密封元件（3（c））的后端设计高速直齿轮（3（a）-4），用于将1号整体叶盘（2（a））的高转速输入到2号整体叶盘（3（a））上；
步骤7：设计1号轴承密封元件（2（c））和封严元件（3（b））组合结构；
封严元件（3（b））由封严壳体（3（b）-1）、双石墨体（3（b）-2）、周向弹簧（3（b）-3）、端面挡板（3（b）-4）和端面波浪式弹簧（3（b）-5）组成；双石墨体（3（b）-2）安装在封严壳体（3（b）-1）内，双石墨体（3（b）-2）为并列的2个石墨环；双石墨体（3（b）-2）的外环面通过周向弹簧（3（b）-3）卡紧；双石墨体（3（b）-2）的侧面通过端面波浪式弹簧（3（b）-5）压紧在端面挡板（3（b）-4）上；双石墨体（3（b）-2）内环面紧贴在1号石墨密封跑道（2（c）-1）上，以提高密封效果；
1号轴承密封元件（2（c））包括从前至后依次套装在中心轴上的1号石墨密封跑道（2（c）-1）、1号轴承内衬套（2（c）-2）；包括套装在1号轴承内衬套（2（c）-2）外部的1号轴承外套（2（c）-5），1号轴承内衬套（2（c）-2）和1号轴承外套（2（c）-5）之间沿安装若干个1号滚子体（2（c）-4）；还包括1号后端面压紧螺母（2（c）-3），1号轴承内衬套（2（c）-2）的后端面通过1号后端面压紧螺母（2（c）-3）拧紧限位。
2.根据权利要求1所述的等转速反转式扩压器结构设计方法，其特征在于，所述的2号轴承密封元件（2（d））和3号轴承密封元件（3（c））与1号轴承密封元件（2（c））的结构形式相同，但是，尺寸受空间限制存在差异；2号轴承密封元件（2（d））包括从前至后依次套装在中心轴上的2号轴承内衬套（2（d）-1）、2号石墨密封跑道（2（d）-2）、2号后端面压紧螺母、2号滚子体和2号轴承外套；3号轴承密封元件（3（c））包括从前至后依次套装在中心轴上的3号轴承内衬套（3（c）-1）、3号石墨密封跑道（3（a）-3）、3号后端面压紧螺母（3（c）-2）、3号滚子体和3号轴承外套；
1号石墨密封跑道（2（c）-1）、2号石墨密封跑道（2（d）-2）和3号石墨密封跑道（3（a）-3）均采用表层渗Cr处理。
3.根据权利要求1所述的等转速反转式扩压器结构设计方法，其特征在于，所述的高转速为4.0~5.0万转/分钟，低转动惯量为范围为0.25g•m2~0.35g•m2。
4.一种等转速反转式扩压器结构，其特征在于，采用权利要求1~3中的任意一种所述的等转速反转式扩压器结构设计方法获得的等转速反转式扩压器结构。
CN202310652634.4A 2023-06-05 2023-06-05 一种等转速反转式扩压器结构设计方法及扩压器结构 Active CN116379002B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310652634.4A CN116379002B (zh) 2023-06-05 2023-06-05 一种等转速反转式扩压器结构设计方法及扩压器结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310652634.4A CN116379002B (zh) 2023-06-05 2023-06-05 一种等转速反转式扩压器结构设计方法及扩压器结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116379002A CN116379002A (zh) 2023-07-04
CN116379002B true CN116379002B (zh) 2023-08-11

Family

ID=86971548

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310652634.4A Active CN116379002B (zh) 2023-06-05 2023-06-05 一种等转速反转式扩压器结构设计方法及扩压器结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116379002B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117404335B (zh) * 2023-12-15 2024-02-09 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 一种用于涡轮发动机的旋转扩压器及其设计方法

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB544909A (en) * 1941-03-26 1942-05-01 Fritz Albert Max Heppner High speed propulsion plant
GB1153134A (en) * 1965-07-28 1969-05-21 Anthony Sydney De Forge-Dedman Axial Flow Compressor
GB9504860D0 (en) * 1994-03-10 1995-04-26 Weir Pumps Ltd Improvements in and relating to pumps
CN1453466A (zh) * 2002-03-01 2003-11-05 通用电气公司 具有高总压比的压气机的反向旋转的航空燃气轮机
WO2004029451A2 (en) * 2002-09-26 2004-04-08 Ramgen Power Systems, Inc. Supersonic gas compressor
CN201106578Y (zh) * 2007-09-28 2008-08-27 大连海事大学 一种基于激波压缩技术的中空轴旋转冲压压缩转子
WO2011114715A1 (ja) * 2010-03-17 2011-09-22 東京電力株式会社 軸流圧縮機
CN102865234A (zh) * 2011-07-09 2013-01-09 拉姆金动力系统有限责任公司 超音速压缩机
WO2013092982A1 (de) * 2011-12-22 2013-06-27 Robert Bosch Gmbh Verdichter und verfahren zum betrieb eines verdichters
CN103835971A (zh) * 2014-03-17 2014-06-04 胡小全 一种新型对旋式通风机
CN105626579A (zh) * 2016-03-04 2016-06-01 大连海事大学 基于激波压缩技术的中空轴旋转冲压压缩转子
CN110608195A (zh) * 2019-08-01 2019-12-24 长春理工大学 离心式压气机的设计方法及其扩压器结构
CN210599549U (zh) * 2019-09-10 2020-05-22 浙江日井泵业股份有限公司 一种水泵上的叶轮防磨损结构
CN214366881U (zh) * 2020-11-09 2021-10-08 绍兴金冶环保科技有限公司 一种风机的叶轮组件
CN113864210A (zh) * 2021-10-19 2021-12-31 扎赉诺尔煤业有限责任公司 一种风机组件
WO2022070653A1 (ja) * 2020-09-30 2022-04-07 株式会社神戸製鋼所 多段式スクリュ回転機械および圧縮空気貯蔵発電装置
CN115234938A (zh) * 2022-09-21 2022-10-25 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 用于旁路引气高马赫数涡轮发动机气流掺混器及设计方法
CN115978092A (zh) * 2023-03-21 2023-04-18 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 超高速微型转子的支承结构和支承结构设计方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7293955B2 (en) * 2002-09-26 2007-11-13 Ramgen Power Systrms, Inc. Supersonic gas compressor
US9097258B2 (en) * 2009-06-25 2015-08-04 General Electric Company Supersonic compressor comprising radial flow path
US9228535B2 (en) * 2012-07-24 2016-01-05 United Technologies Corporation Geared fan with inner counter rotating compressor
US11365636B2 (en) * 2020-05-25 2022-06-21 General Electric Company Fan blade with intrinsic damping characteristics
US20230151765A1 (en) * 2023-01-04 2023-05-18 Robert Bado Tangential turbofan propulsion system

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB544909A (en) * 1941-03-26 1942-05-01 Fritz Albert Max Heppner High speed propulsion plant
GB1153134A (en) * 1965-07-28 1969-05-21 Anthony Sydney De Forge-Dedman Axial Flow Compressor
GB9504860D0 (en) * 1994-03-10 1995-04-26 Weir Pumps Ltd Improvements in and relating to pumps
CN1453466A (zh) * 2002-03-01 2003-11-05 通用电气公司 具有高总压比的压气机的反向旋转的航空燃气轮机
WO2004029451A2 (en) * 2002-09-26 2004-04-08 Ramgen Power Systems, Inc. Supersonic gas compressor
CN201106578Y (zh) * 2007-09-28 2008-08-27 大连海事大学 一种基于激波压缩技术的中空轴旋转冲压压缩转子
WO2011114715A1 (ja) * 2010-03-17 2011-09-22 東京電力株式会社 軸流圧縮機
CN102865234A (zh) * 2011-07-09 2013-01-09 拉姆金动力系统有限责任公司 超音速压缩机
WO2013092982A1 (de) * 2011-12-22 2013-06-27 Robert Bosch Gmbh Verdichter und verfahren zum betrieb eines verdichters
CN103835971A (zh) * 2014-03-17 2014-06-04 胡小全 一种新型对旋式通风机
CN105626579A (zh) * 2016-03-04 2016-06-01 大连海事大学 基于激波压缩技术的中空轴旋转冲压压缩转子
CN110608195A (zh) * 2019-08-01 2019-12-24 长春理工大学 离心式压气机的设计方法及其扩压器结构
CN210599549U (zh) * 2019-09-10 2020-05-22 浙江日井泵业股份有限公司 一种水泵上的叶轮防磨损结构
WO2022070653A1 (ja) * 2020-09-30 2022-04-07 株式会社神戸製鋼所 多段式スクリュ回転機械および圧縮空気貯蔵発電装置
CN214366881U (zh) * 2020-11-09 2021-10-08 绍兴金冶环保科技有限公司 一种风机的叶轮组件
CN113864210A (zh) * 2021-10-19 2021-12-31 扎赉诺尔煤业有限责任公司 一种风机组件
CN115234938A (zh) * 2022-09-21 2022-10-25 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 用于旁路引气高马赫数涡轮发动机气流掺混器及设计方法
CN115978092A (zh) * 2023-03-21 2023-04-18 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 超高速微型转子的支承结构和支承结构设计方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN116379002A (zh) 2023-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN116379002B (zh) 一种等转速反转式扩压器结构设计方法及扩压器结构
US7351042B2 (en) Structure of scroll of variable-throat exhaust turbocharger and method for manufacturing the turbocharger
CN109322848B (zh) 压气机试验件的转子组件及压气机试验件
WO2021129425A1 (zh) 一种空气轴承、转子系统及微型燃气轮机
CN101709667A (zh) 涡轮机
US20050042105A1 (en) Compressor of turbo machine and its compressor wheel
CN101578429B (zh) 用于涡轮机的隔板及制造方法
CN112943679A (zh) 转轴传动结构、空气压缩装置、风机、切割机和飞机桨叶
CN108361348B (zh) 一种圆弧端齿结构以及带有该圆弧端齿结构的动力涡轮
US11959485B2 (en) Compressor rotor structure and method for arranging said rotor structure
CN211370773U (zh) 气悬浮压缩机
CN111396329A (zh) 一种适用于惰性混合工质的高效离心压缩装置
CN109489950B (zh) 一种用于发动机高压压气机盘疲劳试验的连接结构
CN111396328A (zh) 一种用于惰性混合工质的高效离心压缩装置
CN215409273U (zh) 一种多级盘式压气机
CN209743041U (zh) 一种新型燃机转子
CN118583508B (zh) 一种多功能支撑机构的设计方法及支撑机构
CN113107676B (zh) 三层套筒式中心拉杆装置
CN118309673A (zh) 一种小型压气机转子及加工方法
RU2565141C1 (ru) Вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, узел соединения дисков вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, проставка узла соединения дисков вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя
CN217735581U (zh) 一种多级叶轮转子结构及发电机组
CN114857044B (zh) 一种全气浮支承的多级对转轴流压气机
RU2565133C1 (ru) Вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, узел соединения дисков вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, проставка узла соединения дисков вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя
CN117404335B (zh) 一种用于涡轮发动机的旋转扩压器及其设计方法
WO2021192414A1 (ja) 可変容量型過給機

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant