CN118564349B - 一种高压压气机转子盘前引气结构及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及航空发动机技术领域，公开了一种高压压气机转子盘前引气结构及其设计方法，通过在中介机匣和压气机一级盘前形成的腔体结构内增加导流板，将中介机匣和高压压气机一级盘进行隔离，采用高压压气机零级导叶前、后压力差，将部分主流道气流从引气孔引入至第一腔室，引入的气流依次经过排气间隙、第二腔室、第一封严组件，实现对中介机匣与压气机之间的支点轴承的封严；同时导流板将轴承腔壳体、中介机匣、第一级转子盘合围形成的腔体分割为第一腔室和第二腔室，减小了第一级转子盘前容腔体积，能够起到改善一级盘腔流场的作用；而且位于一级盘和导流板之间的第一封严组件，能够增大一级盘前容腔压力，实现对轴向力调整功能。

Description

一种高压压气机转子盘前引气结构及其设计方法
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，公开了一种高压压气机转子盘前引气结构及其设计方法。
背景技术
中介机匣和压气机作为航空发动机的主要零部件，通常承担了大量的空气系统引气需求。传统发动机中介机匣和压气机机构设计中往往存在以下几点问题：
1）为满足中介机匣与压气机之间的支点轴承封严引气需求，往往通过增加复杂的引气管路，提高支点轴承油腔后空气容腔压力进行封严，该机构设计较为复杂；
2）中介机匣后、压气机前存在较大容腔，该腔内空气流路损伤较大；
3）压气机一级盘前容腔面积较大，但不具备主动调整高压轴向力的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压压气机转子盘前引气结构及其设计方法，能够实现对中介机匣与压气机之间的支点轴承的封严，同时减小了第一级转子盘前容腔体积，能够起到改善一级盘腔流场的作用；而且位于一级盘和导流板之间的第一封严组件，能够增大一级盘前容腔压力，实现对轴向力调整功能。
为了实现上述技术效果，本发明采用的技术方案是：
一种高压压气机转子盘前引气结构设计方法，包括：
在中介机匣靠近压气机的第一级转子盘盘缘的位置设置第一封严环，并在第一级转子盘盘缘处设置与第一封严环配合的第一篦齿，形成第一封严组件；
在轴承腔壳体、中介机匣以及第一级转子盘合围形成的腔体内设置导流板，所述导流板一端固定于所述第一封严环上，所述导流板另一端延伸至靠近转子外壁的位置且固定于所述轴承腔壳体上；所述轴承腔壳体一端固定于中介机匣上，另一段延伸至靠近转子外壁的位置；所述导流板用于将轴承腔壳体、中介机匣、第一级转子盘合围形成的腔体分割为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室位于靠近中介机匣的位置，所述第二腔室位于靠近第一级转子盘的位置；
在所述导流板与所述轴承腔壳体接触的位置设置连通第一腔室和第二腔室的排气间隙；
在所述中介机匣上环向均匀开设多个连通压气机主流道与第一腔室的引气孔。
进一步地，所述引气孔的总面积，其中为导流板内缘的径向高度，为导流板内缘与转子外壁之间的径向间隙。
进一步地，所述导流板与所述第一级转子盘之间的最小间隙位于盘心处，且最小间隙范围为6～10mm。
进一步地，所述导流板的回转截面形状为波浪形状，且波峰至波谷的轴向宽度为导流板厚度的6～8倍；相邻波峰至波谷的径向高度为导流板厚度的10～15倍；波谷张开角度为50°～75°。
进一步地，与第一封严环连接的导流板端部为锥筒结构，锥度范围为30°～45°，且锥筒结构的大口端与封严环固定连接。
进一步地，所述导流板的厚度为1～1.2mm。
为实现上述技术效果，本发明还提供了一种高压压气机转子盘前引气结构，包括：
第一封严组件，所述第一封严组件包括第一封严环和第一篦齿，所述第一封严环固定于中介机匣上，所述第一篦齿固定于压气机的第一级转子盘上；
轴承腔壳体，所述轴承腔壳体一端固定于中介机匣上，另一段延伸至靠近转子外壁的位置；
导流板，所述导流板一端固定于所述第一封严环上，且所述导流板另一端延伸至靠近转子外壁的位置且固定于所述轴承腔壳体上；所述导流板将轴承腔壳体、中介机匣、第一级转子盘合围形成的腔体分割为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室位于靠近中介机匣的位置，所述第二腔室位于靠近第一级转子盘的位置；
引气孔，所述引气孔设置于中介机匣上，且与第一腔室连通，用于将压气机部分主流道气流引入第一腔室；
排气间隙，且所述导流板与所述轴承腔壳体接触的位置设置有排气间隙，所述排气间隙用于将进入第一腔室的气流导流至第二腔室。
进一步地，所述第一篦齿包括篦齿环和配重组件，所述第一篦齿通过安装边与第一级转子盘固定连接，所述配重组件与所述篦齿环分别位于安装边的安装界面两侧，且所述配重组件的重量与篦齿环的重量偏差值小于等于偏差预设阈值。
与现有技术相比，本发明所具备的有益效果是：本发明通过在中介机匣和压气机一级盘前形成的腔体结构内增加导流板，将中介机匣和高压压气机一级盘进行隔离，采用高压压气机零级导叶前、后压力差，将部分主流道气流从引气孔引入至第一腔室，引入的气流依次经过排气间隙、第二腔室、第一封严组件，实现对中介机匣与压气机之间的支点轴承的封严；同时导流板将轴承腔壳体、中介机匣、第一级转子盘合围形成的腔体分割为第一腔室和第二腔室，减小了第一级转子盘前容腔体积，能够起到改善一级盘腔流场的作用；而且位于一级盘和导流板之间的第一封严组件，能够增大一级盘前容腔压力，实现对轴向力调整功能。
附图说明
图1为实施例1或2中高压压气机转子盘前引气结构示意图；
图2为实施例1或2中导流板与第一级转子盘的位置关系示意图；
图3为实施例1或2中导流板的结构示意图；
图4为实施例1或2中第一篦齿的结构示意图；
其中，1、中介机匣；2、第一级转子盘；3、第一封严环；4、第一篦齿；401、篦齿环；402、配重组件；5、安装边；501、安装界面；6、轴承腔壳体；7、导流板；8、第一腔室；9、第二腔室；10、引气孔；11、零级导叶；12、支点轴承。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
参见图1～图4，一种高压压气机转子盘前引气结构，包括：
第一封严组件，所述第一封严组件包括第一封严环3和第一篦齿4，所述第一封严环3固定于中介机匣1上，所述第一篦齿4固定于压气机的第一级转子盘2上；
轴承腔壳体6，所述轴承腔壳体6一端固定于中介机匣1上，另一段延伸至靠近转子外壁的位置；
导流板7，所述导流板7一端固定于所述第一封严环3上，且所述导流板7另一端延伸至靠近转子外壁的位置且固定于所述轴承腔壳体6上；所述导流板7将轴承腔壳体6、中介机匣1、第一级转子盘2合围形成的腔体分割为第一腔室8和第二腔室9，所述第一腔室8位于靠近中介机匣1的位置，所述第二腔室9位于靠近第一级转子盘2的位置；
引气孔10，所述引气孔10设置于中介机匣1上，且与第一腔室8连通，用于将压气机部分主流道气流引入第一腔室8；
排气间隙，且所述导流板7与所述轴承腔壳体6接触的位置设置有排气间隙，所述排气间隙用于将进入第一腔室8的气流导流至第二腔室9。
在本实施例中，通过在中介机匣1和压气机一级盘前形成的腔体结构内增加导流板7，将中介机匣1和高压压气机一级盘进行隔离，采用高压压气机零级导叶11前、后压力差，将部分主流道气流从引气孔10引入至第一腔室8，引入的气流依次经过排气间隙、第二腔室9、第一封严组件，实现对中介机匣1与压气机之间的支点轴承12的封严；同时导流板7将轴承腔壳体6、中介机匣1、第一级转子盘2合围形成的腔体分割为第一腔室8和第二腔室9，减小了第一级转子盘2前容腔体积，能够起到改善一级盘腔流场的作用；而且位于一级盘和导流板7之间的第一封严组件，能够增大一级盘前容腔压力，实现对轴向力调整功能。
实施例2
参见图1～图4，本实施例以某高压压气机转子盘前引气结构设计为例，对本发明的高压压气机转子盘前引气结构设计方法流程进行详细说明，具体设计步骤如下：
步骤一、在中介机匣1靠近压气机的第一级转子盘2盘缘的位置设置第一封严环3，并在第一级转子盘2盘缘处设置与第一封严环3配合的第一篦齿4，形成第一封严组件；
本实施例中，所述第一篦齿4包括篦齿环401和配重组件402，所述第一篦齿4通过安装边5与第一级转子盘2固定连接；为减小第一封严环3和第一篦齿4的变形差异，所述配重组件402与所述篦齿环401分别位于安装边5的安装界面501两侧，且所述配重组件402的重量与篦齿环401的重量偏差值小于等于偏差预设阈值。本实施例中的偏差预设阈值为0.02kg。
步骤二、在轴承腔壳体6、中介机匣1以及第一级转子盘2合围形成的腔体内设置导流板7，所述导流板7一端固定于所述第一封严环3上，所述导流板7另一端延伸至靠近转子外壁的位置且固定于所述轴承腔壳体6上；所述轴承腔壳体6一端固定于中介机匣1上，另一段延伸至靠近转子外壁的位置；所述导流板7用于将轴承腔壳体6、中介机匣1、第一级转子盘2合围形成的腔体分割为第一腔室8和第二腔室9，所述第一腔室8位于靠近中介机匣1的位置，所述第二腔室9位于靠近第一级转子盘2的位置；
本实施例中，为确保轴向、径向间隙安全，所述导流板7与所述第一级转子盘2之间的最小间隙位于盘心处，且最小间隙范围为6～10mm。
为提高导流板7刚度，本实施例中的所述导流板7的回转截面形状为波浪形状，且波峰至波谷的轴向宽度Hz为导流板7厚度的6～8倍；相邻波峰至波谷的径向高度Hr为导流板7厚度h的10～15倍；波谷张开角度δ为50°～75°。与第一封严环3连接的导流板7端部为锥筒结构，锥度β范围为30°～45°，且锥筒结构的大口端与封严环固定连接。
本实施例中，所述导流板7的厚度h为1～1.2mm。
步骤三、在所述导流板7与所述轴承腔壳体6接触的位置设置连通第一腔室8和第二腔室9的排气间隙；
本实施例中，导流板7与轴承腔壳体6通过D头螺栓可靠连接，为保证两者之间的排气间隙稳定，在每一个D头螺栓连接处的轴承腔壳体6外设计有支撑柱。
步骤四、在所述中介机匣1上环向均匀开设多个连通压气机主流道与第一腔室8的引气孔10；
本实施例中所述引气孔10的总面积，其中为导流板7内缘的径向高度，为导流板7内缘与转子外壁之间的径向间隙。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高压压气机转子盘前引气结构设计方法，其特征在于，包括：
在中介机匣靠近压气机的第一级转子盘盘缘的位置设置第一封严环，并在第一级转子盘盘缘处设置与第一封严环配合的第一篦齿，形成第一封严组件；
在轴承腔壳体、中介机匣以及第一级转子盘合围形成的腔体内设置导流板，所述导流板一端固定于所述第一封严环上，所述导流板另一端延伸至靠近转子外壁的位置且固定于所述轴承腔壳体上；所述导流板的回转截面形状为波浪形状，且波峰至波谷的轴向宽度为导流板厚度的6～8倍，相邻波峰至波谷的径向高度为导流板厚度的10～15倍，波谷张开角度为50°～75°；所述轴承腔壳体一端固定于中介机匣上，另一段延伸至靠近转子外壁的位置；所述导流板用于将轴承腔壳体、中介机匣、第一级转子盘合围形成的腔体分割为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室位于靠近中介机匣的位置，所述第二腔室位于靠近第一级转子盘的位置；
在所述导流板与所述轴承腔壳体接触的位置设置连通第一腔室和第二腔室的排气间隙；
在所述中介机匣上环向均匀开设多个连通压气机主流道与第一腔室的引气孔，所述引气孔的总面积，其中为导流板内缘的径向高度，为导流板内缘与转子外壁之间的径向间隙。
2.根据权利要求1所述的高压压气机转子盘前引气结构设计方法，其特征在于，所述导流板与所述第一级转子盘之间的最小间隙位于盘心处，且最小间隙范围为6～10mm。
3.根据权利要求1所述的高压压气机转子盘前引气结构设计方法，其特征在于，与第一封严环连接的导流板端部为锥筒结构，锥度范围为30°～45°，且锥筒结构的大口端与封严环固定连接。
4.根据权利要求1所述的高压压气机转子盘前引气结构设计方法，其特征在于，所述导流板的厚度为1～1.2mm。
5.一种高压压气机转子盘前引气结构，由权利要求1～4中任意一项所述的高压压气机转子盘前引气结构设计方法获得，其特征在于，包括：
第一封严组件，所述第一封严组件包括第一封严环和第一篦齿，所述第一封严环固定于中介机匣上，所述第一篦齿固定于压气机的第一级转子盘上；
轴承腔壳体，所述轴承腔壳体一端固定于中介机匣上，另一段延伸至靠近转子外壁的位置；
导流板，所述导流板一端固定于所述第一封严环上，且所述导流板另一端延伸至靠近转子外壁的位置且固定于所述轴承腔壳体上；所述导流板的回转截面形状为波浪形状，且波峰至波谷的轴向宽度为导流板厚度的6～8倍；相邻波峰至波谷的径向高度为导流板厚度的10～15倍；波谷张开角度为50°～75°；所述导流板将轴承腔壳体、中介机匣、第一级转子盘合围形成的腔体分割为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室位于靠近中介机匣的位置，所述第二腔室位于靠近第一级转子盘的位置；
引气孔，所述引气孔设置于中介机匣上，且与第一腔室连通，用于将压气机部分主流道气流引入第一腔室，所述引气孔的总面积，其中为导流板内缘的径向高度，为导流板内缘与转子外壁之间的径向间隙；
排气间隙，且所述导流板与所述轴承腔壳体接触的位置设置有排气间隙，所述排气间隙用于将进入第一腔室的气流导流至第二腔室。
6.根据权利要求5所述的高压压气机转子盘前引气结构，其特征在于，所述第一篦齿包括篦齿环和配重组件，所述第一篦齿通过安装边与第一级转子盘固定连接，所述配重组件与所述篦齿环分别位于安装边的安装界面两侧，且所述配重组件的重量与篦齿环的重量偏差值小于等于偏差预设阈值。
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