CN116927976A - 压缩系统和带有双转子增压级的齿轮传动涡扇发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压缩系统和带有双转子增压级的齿轮传动涡扇发动机,其中压缩系统包括风扇、增压级和高压压气机,所述增压级包括分体设置的低速增压级和高速增压级,低速增压级和高速增压级设置于风扇和高压压气机之间,增压级,所述风扇、所述低速增压级、所述高速增压级和所述高压压气机依次连通。低速增压级通过低速增压级的增压,内涵气流在进入高速增压级前有一定的压力,在总压比保持不变的情况下,所需的流道变小,可以缩小高速增压级的径向尺寸,从而大幅度缓解高速增压级动叶超音速的情况,提升高速增压级的气动效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种压缩系统和带有双转子增压级的齿轮传动涡扇发动机。
背景技术
现有构型的GTF发动机(双转子涡轮发动机)为了合理分布高低压的增压比,常在风扇后内涵流道内设置多级低压压气机(增压级)。为了进一步降低风扇的耗油率,涵道比不断增大,同时为了降低风扇的噪声水平,风扇叶尖切线速度也不断降低,双重作用下低压轴的转速下降,增压级的叶尖切线速度急剧下降;而涡扇发动机的总压比还在不断的攀升,这就造成增压级的级负荷不断提高,增压级转速高,并且径向直径大,从而使得增压级动叶叶尖甚至叶身处的气流都处于超音速状态,进而使得气动效率变低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中增压级动叶叶尖甚至叶身处的气流都处于超音速状态,进而使得气动效率变低的缺陷,提供一种压缩系统和带有双转子增压级的齿轮传动涡扇发动机。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题:
本发明公开了一种发动机的压缩系统,所述发动机的压缩系统包括风扇、增压级和高压压气机,所述增压级包括分体设置的低速增压级和高速增压级,所述低速增压级和所述高速增压级设置于所述风扇和所述高压压气机之间,所述风扇、所述低速增压级、所述高速增压级和所述高压压气机依次连通。
在本方案中,采用上述结构形式,低速增压级的转速低,气流不会超音速,通过低速增压级的增压,内涵气流在进入高速增压级前有一定的压力,在总压比保持不变的情况下,所需的流道变小,可以缩小高速增压级的径向尺寸,从而大幅度缓解高速增压级动叶超音速的情况,提升高速增压级的气动效率。
较佳地,所述低速增压级与所述风扇连接。
在本方案中,采用上述结构形式,可以通过风扇带动低速增压级转动,使得低速增压级的转速较低,不会产生超音速现象,低速增压级可以对气体进行增压,使得内涵气流在进入高速增压级前有一定的压力。
所述风扇包括风扇转轴、风扇盘和风扇叶片,所述风扇叶片固定在风扇盘上与所述风扇转轴连接,所述低速增压级与所述风扇转轴和/或所述风扇盘连接。
在本方案中,采用上述结构形式,可以带动低速增压级进行转动,并且方便了低速增压级与风扇连接。
较佳地,所述低速增压级包括至少一个增压级部,所述增压级部包括低速增压级动叶和低速增压级静叶,所述低速增压级动叶和所述低速增压级静叶沿气流方向交错设置并连通,所述低速增压级动叶与所述风扇连接。
在本方案中,采用上述结构形式,风扇带动低速增压级动叶旋转,空气在经过旋转的低速增压级动叶时被加速,被加速的空气进入低速增压级静叶,低速增压级静叶对传输过来的空气进行增压,以达到增压的效果。
较佳地,所述增压级部的数量为两个,两个所述增压级部沿所述气流方向串联设置。
较佳地,所述低速增压级还包括低速增压级锥壁,所述低速增压级锥壁的两端分别与所述低速增压级动叶和所述风扇连接。
在本方案中,采用上述结构形式,方便了低速增压级动叶和风扇的连接。
较佳地,所述风扇还包括机匣内环,所述低速增压级静叶设置于所述机匣内环上。
在本方案中,采用上述结构形式,通过低速增压级的增压,可以降低的高速增压级或高压压气机的级数。另外,机匣内环的支板长度很长,将低速增压级静叶设置于机匣内环上,会缩短轴向长度,提高发动机的压缩系统结构的紧凑性。
较佳地,所述发动机的压缩系统还包括低压轴,所述高速增压级与所述低压轴连接。
在本方案中,采用上述结构形式,可以通过高速增压级带动低压轴转动。
较佳地,所述发动机的压缩系统还包括减速部,所述减速部的一端与所述低压轴连接,所述减速部的另一端与所述风扇连接。
在本方案中,采用上述结构形式,使得风扇、低速增压级、高速增压级以及低压涡轮在较优的工作转速下工作,大幅度提升风扇、低速增压级、高速增压级以及低压涡轮的单级效率,进而降低高速增压级和低压涡轮的级数,从而减轻发动机的重量和缩短发动机的轴向长度。
较佳地,所述减速部为星型减速齿轮箱,所述星型减速齿轮箱减速比为3:1。
较佳地,所述风扇还包括机匣内环,所述高速增压级设置于所述机匣内环上。
在本方案中,采用上述结构形式,通过机匣内环实现了低速增压级和高速增压级的连接。
较佳地,所述高速增压级包括高速增压级动叶和高速增压级静叶,所述高速增压级动叶和所述高速增压级静叶沿气流方向交错设置并连通,所述高速增压级静叶设置于所述机匣内环远离所述低速增压级的一端。
在本方案中,采用上述结构形式,低速增压级静叶和高速增压级静叶通过机匣内环连接。
本发明还公开了一种带有双转子增压级的齿轮传动涡扇发动机,所述带有双转子增压级的齿轮传动涡扇发动机包括如上所述的发动机的压缩系统。
在本方案中,采用上述结构结构形式,将发动机的压缩系统应用于带有双转子增压级的齿轮传动涡扇发动机,在总压比保持不变的情况下,所需的流道变小,可以缩小高速增压级的径向尺寸,从而大幅度缓解高速增压级动叶超音速的情况,提升高速增压级的气动效率。
本发明的积极进步效果在于:
低速增压级的转速低,气流不会超音速,通过低速增压级的增压,内涵气流在进入高速增压级前有一定的压力,在总压比保持不变的情况下,所需的流道变小,可以缩小高速增压级的径向尺寸,从而大幅度缓解高速增压级动叶超音速的情况,提升高速增压级的气动效率。
附图说明
图1为发动机的压缩系统的示意图。
附图标记说明:
风扇100
风扇叶片1
风扇盘2
风扇转轴3
风扇机匣4
风扇中介机匣外环5
机匣内环7
1号轴承支承锥壁8
1号轴承9
1.5号轴承10
星型减速齿轮箱11
2号轴承支承锥壁12
2号轴承13
高速增压级300
高速增压级静叶14
高速增压级动叶15
增压级转子盘16
风扇中介机匣后机匣17
高压压气机400
高压压气机静叶18
3号轴承支承锥壁19
低压轴20
3号轴承21
高压转子轴22
高压压气机动叶23
燃烧室24
高压涡轮500
高压涡轮静叶25
高压涡轮动叶26
涡轮级间机匣27
4号轴承支承锥壁28
4号轴承29
低压涡轮转子盘30
低压涡轮动叶31
低压涡轮静叶32
涡轮后机匣33
5号轴承35
6号轴承36
低速增压级200
低速增压级锥壁51
低速增压级静叶52
低速增压级动叶53
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。
本实施例公开了一种发动机的压缩系统,用于增压级动叶叶尖甚至叶身处的气流都处于超音速状态,进而使得气动效率变低的问题。
如图1所示,发动机的压缩系统包括风扇100、高压压气机400和增压级。增压级包括分体设置的低速增压级200和高速增压机300,并且低速增压级200和高速增压级300位于风扇100和高压压气机400之间。风扇100、低速增压级200、高速增压级300和高压压气机400依次连通。具体地,低速增压级200先对气流进行增压。由于低速增压级200的转速低,气流不会超音速,通过低速增压级200的增压,内涵气流在进入高速增压级300前有一定压力,具有一定压力的内涵气流,所需的流道变小,可以缩小高速增压级300的径向尺寸,从而大幅度缓解高速增压级动叶15超音速的情况,提升高速增压级300的气动效率。另外,由于低速增压级200对内涵气流进行增压,在总压比保持不变的情况下,可以减少一级或多级增压级或高压压气机400,从而也可以缩小发动机轴向长度。
低速增压级200与风扇100连接。采用上述结构形式,可以通过风扇100带动低速增压级200转动,使得低速增压级200的转速较低,不会产生超音速现象,并且低速增压级200可以对气体进行增压,使得内涵气流在进入高速增压级300前有一定的压力。
风扇100包括风扇转轴3、风扇盘2和风扇叶片1,风扇叶片1通过风扇盘2与风扇转轴3转动连接。低速增压级200的连接方式可以有以下几种实施方式。第一种实施方式,低速增压级200与风扇转轴3连接;第二种实施方式,低速增压级200与风扇盘2连接;第三种实施方式,低速增压级200与风扇转轴3和风扇盘2均转动连接。在其他实施例中,低速增压级200也可以与风扇叶片1连接。低速增压级200与风扇叶片1、风扇盘2以及风扇转轴3连接,可以根据不同发动机构型决定。
低速增压级200包括至少一个增压级部,增压级部包括低速增压级动叶53和低速增压级静叶52,低速增压级动叶53和低速增压级静叶52沿气流方向交错设置并连通,低速增压级动叶53与风扇100连接。风扇100带动低速增压级动叶53旋转,空气在经过旋转的低速增压级动叶53时被加速,被加速的空气进入低速增压级静叶52,低速增压级静叶52对传输过来的空气进行增压,以达到增压的效果。在本实施例中增压级部的数量为两个,两个增压级部沿气流方向串联设置。在其他实施例中,增压级部的级数也可以为其他数量,具体级数可以根据空间确定。
低速增压级200还包括低速增压级锥壁51,低速增压级锥壁51的两端分别与低速增压级动叶53和风扇100连接,方便了低速增压级动叶53和风扇100的连接。
风扇100还包括机匣内环7,低速增压级静叶52设置于所机匣内环7上。采用上述结构形式,通过低速增压级200的增压,可以降低的高速增压级300或高压压气机400的级数。另外,机匣内环7的支板长度很长,将低速增压级静叶52设置于机匣内环7上,会缩短轴向长度,提高发动机的压缩系统结构的紧凑性。另外,低速增压级200可以对内涵气流进行增压,具有一定压力的内涵气流,所需的流道变小,可以缩小高速增压级300的径向尺寸,从而大幅度减缓高速增压级动叶15的超音速情况,提升高速增压级300的气动效率。
发动机的压缩系统还包括低压轴20,高速增压级300与低压轴20连接。采用上述结构形式,可以通过高速增压级300带动低压轴20转动。
发动机的压缩系统还包括减速部,减速部的一端与低压轴20连接,减速部的另一端与风扇100连接。采用上述结构形式,使得风扇100、低速增压级200、高速增压级300以及低压涡轮在较优的工作转速下工作,大幅度提升风扇100、低速增压级200、高速增压级300以及低压涡轮的单级效率,进而降低高速增压级300和低压涡轮的级数,从而减轻发动机的重量和缩短发动机的轴向长度。优选减速部为星型减速齿轮箱11,星型减速齿轮箱11减速比为3:1。其中,星型减速齿轮箱11包括输出轴、输入轴、行星轮、太阳轮、保持架。
风扇100还包括机匣内环7,高速增压级300设置于机匣内环7上,通过机匣内环7实现了低速增压级200和高速增压级300的连接。
高速增压级300包括高速增压级动叶15和高速增压级静叶14,高速增压级动叶15和高速增压级静叶14沿气流方向交错设置并连通,高速增压级静叶14设置于机匣内环7远离低速增压级200的一端。采用上述结构形式,低速增压级静叶52和高速增压级静叶14通过机匣内环7连接。
在具体实施时,风扇100还包括风扇机匣4和风扇中介机匣外环5。风扇叶片1、风扇盘2和风扇转轴3为风扇100转子部分,并且风扇100转子部分通过风扇转轴3与1号轴承支承锥壁8连接,并且1号轴承支承锥壁8分别通过1号轴承9和1.5号轴承10支承连接于风扇转轴3,风扇机匣4的后端和风扇中介机匣外环5连接,并且风扇中介机匣外环5的后端与星型减速齿轮箱11相连。高速增压级300包括高速增压级静叶14、高速增压级动叶15和增压级转子盘16。其中高速增压级动叶15和增压级转子盘16为高速增压级300的转子部分,并且高速增压级300的转子部分连接在低压轴20上,并通过2号轴承支承锥壁12由2号轴承13支承。高速增压级静叶14的前端与机匣内环7相连,后端与风扇中介机匣后机匣17相连。高压压气机400包括高压压气机静叶18、高压压气机动叶23和高压转子轴22(高压压气机段)。高压转子轴22前端通过3号轴承支承锥壁19由3号轴承21支承,后端与高压涡轮500转子相连。高压压气机静叶18前端与风扇中介机匣后机匣17相连,后端与燃烧室24相连。其中,燃烧室24包括外机匣、内机匣、喷嘴、火焰筒。高压涡轮500包括高压涡轮静叶25、高压涡轮动叶26和高压转子轴22(高压涡轮段)。高压转子轴22后端通过4号轴承支承锥壁28由4号轴承29支承。高压涡轮静叶25前端与燃烧室24相连,后端与涡轮级间机匣27相连。低压涡轮包括低压涡轮静叶32、低压涡轮动叶31和低压涡轮转子盘30。低压涡轮动叶31和低压涡轮转子盘30为低压涡轮的转子部分,并且低压涡轮的转子部分连接在低压轴20上,低压轴20后面由5号轴承35和6号轴承36支承。低压涡轮静叶32的前端与涡轮级间机匣27相连,后端与涡轮后机匣33相连。从风扇100转子部分处通过低速增压级锥壁51引出多级低速增压级200,低速增压级200包括低速增压级静叶52和低速增压级动叶53,风扇100转子部分在前端由低速增压级锥壁51与风扇盘2相连,低速增压级静叶52与机匣内环7相连。低速增压级200的转速低,气流不会超音速,通过低速增压级200的增压,内涵气流在进入高速增压级300前有一定的压力,这样在总压比保持不变的情况下,可以减少高速增压级300或高压压气机400的级数,总体上可缩短轴向长度。并且具有一定压力的内涵气流,所需的流道变小,可以缩小高速增压级300的径向尺寸,从而大幅缓解高速增压级动叶15超音速的情况,提升高速增压级300的气动效率。
本实施例还提供了一种带有双转子增压级的齿轮传动涡扇发动机,并且带有双转子增压级的齿轮传动涡扇发动机包括发动机的压缩系统。采用上述结构结构形式,将发动机的压缩系统应用于带有双转子增压级的齿轮传动涡扇发动机,在总压比保持不变的情况下,所需的流道变小,可以缩小高速增压级的径向尺寸,从而大幅度缓解高速增压级动叶超音速的情况,提升高速增压级的气动效率。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这仅是举例说明,本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式做出多种变更或修改,但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种发动机的压缩系统,其特征在于,所述发动机的压缩系统包括风扇、增压级和高压压气机,所述增压级包括分体设置的低速增压级和高速增压级,所述低速增压级和所述高速增压级设置于所述风扇和所述高压压气机之间,所述风扇、所述低速增压级、所述高速增压级和所述高压压气机依次连通。
2.如权利要求1所述的发动机的压缩系统,其特征在于,所述低速增压级与所述风扇连接。
3.如权利要求2所述的发动机的压缩系统,其特征在于,所述风扇包括风扇转轴、风扇盘和风扇叶片,所述风扇叶片固定在风扇盘上与所述风扇转轴连接,所述低速增压级与所述风扇转轴和/或所述风扇盘连接。
4.如权利要求1所述的发动机的压缩系统,其特征在于,所述低速增压级包括至少一个增压级部,所述增压级部包括低速增压级动叶和低速增压级静叶,所述低速增压级动叶和所述低速增压级静叶沿气流方向交错设置并连通,所述低速增压级动叶与所述风扇连接。
5.如权利要求4所述的发动机的压缩系统,其特征在于,所述增压级部的数量为两个,两个所述增压级部沿所述气流方向串联设置。
6.如权利要求4所述的发动机的压缩系统,其特征在于,所述低速增压级还包括低速增压级锥壁,所述低速增压级锥壁的两端分别与所述低速增压级动叶和所述风扇连接。
7.如权利要求4所述的发动机的压缩系统,其特征在于,所述风扇还包括机匣内环,所述低速增压级静叶设置于所述机匣内环上。
8.如权利要求1所述的发动机的压缩系统,其特征在于,所述发动机的压缩系统还包括低压轴,所述高速增压级与所述低压轴连接。
9.如权利要求8所述的发动机的压缩系统,其特征在于,所述发动机的压缩系统还包括减速部,所述减速部的一端与所述低压轴连接,所述减速部的另一端与所述风扇连接。
10.如权利要求9所述的发动机的压缩系统,其特征在于,所述减速部为星型减速齿轮箱,所述星型减速齿轮箱减速比为3:1。
11.如权利要求8所述的发动机的压缩系统,其特征在于,所述风扇还包括机匣内环,所述高速增压级设置于所述机匣内环上。
12.如权利要求11所述的发动机的压缩系统,其特征在于,所述高速增压级包括高速增压级动叶和高速增压级静叶,所述高速增压级动叶和所述高速增压级静叶沿气流方向交错设置并连通,所述高速增压级静叶设置于所述机匣内环远离所述低速增压级的一端。
13.一种带有双转子增压级的齿轮传动涡扇发动机,其特征在于,所述带有双转子增压级的齿轮传动涡扇发动机包括如权利要求1-12任一项所述的发动机的压缩系统。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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