CN203685310U - 减涡器引气结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种减涡器引气结构，包括：高压压气机的相邻叶片下方设置的用于连接压气机盘的鼓筒和鼓筒内侧的压气机盘腔内固定安装的多个减涡管，减涡管的长度方向与高压压气机的径向一致，鼓筒上设有多个连通相邻叶片的叶根之间的引气腔和压气机盘腔的鼓筒孔，其中，减涡管的入口设置为圆弧型喇叭口，减涡管的出口部分设置为弯管，且出口设置为圆弧形喇叭口。本实用新型能够有效地降低气流进入到减涡管时的突缩损失和气流从减涡管排出时的突扩损失，也能够降低气流拐弯时的损失，进而能够从整体上降低燃气轮机涡轮从压气机引气时造成的压力损失。
Description
技术领域
本实用新型涉及涡轮叶片冷却技术，尤其涉及一种减涡器引气结构。
背景技术
航空发动机空气系统引气流路设计的技术关键之一是尽量降低沿程压力损失，保证用于高温部件冷却封严气体的压力。对于含有二级高压涡轮的发动机来说，二级动叶冷却经常是通过外部管路将高压压气机气体引至叶片。这种冷却方式增加了外部管路的复杂性；而通过在高压气机鼓筒上开孔，实现内部引气就避免了增加外部管路，能有效减轻重量和提升引气安全性。
内部引气是指气体从高压压气机鼓筒孔径向向内流至高压轴，而这种引气方式所获得的气流的周向速度会急剧提升，自由涡充分发展，进而导致流动压力损失较大。为了解决这一问题，目前采用了安装减涡管引流的结构，避免了自由涡的剧烈发展，达到降低压力损失的效果。
图1、2分别示出目前两种减涡器引气结构，这两种结构均采用上端固定的形式，把气流引致减涡管上端的腔后经过一段发展直接进入减涡管，这种结构存在着气流通过鼓筒孔时压力损失、进入减涡管的突缩损失以及减涡管出口局部损失等方面的压力损失，此外，这种上端固定的形式在离心力的作用下对压气机盘负荷较大。
实用新型内容
本实用新型的目的是提出一种减涡器引气结构，能够降低燃气轮机涡轮从压气机引气时造成的压力损失。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种减涡器引气结构，包括：高压压气机的相邻叶片下方设置的用于连接压气机盘的鼓筒和所述鼓筒内侧的压气机盘腔内固定安装的多个减涡管，所述减涡管的长度方向与所述高压压气机的径向一致，所述鼓筒上设有多个连通所述相邻叶片的叶根之间的引气腔和所述压气机盘腔的鼓筒孔，其中，所述减涡管的入口设置为圆弧型喇叭口，所述减涡管的出口部分设置为弯管，且出口设置为圆弧形喇叭口。
进一步的，所述鼓筒孔为长圆形通孔，所述长圆形通孔的长度方向与所述鼓筒的周向一致。
进一步的，所述鼓筒孔的数量与所述减涡管的数量一致，且多个所述鼓筒孔沿所述鼓筒的周向均匀分布。
进一步的，在多个所述鼓筒孔与多个所述减涡管的入口之间还设有多个导流翅片，所述导流翅片固定设置在所述压气机盘腔内压气机盘的表面上。
进一步的，所述导流翅片沿所述鼓筒的周向均匀分布，且多个所述导流翅片将所述压气机盘腔分割成与所述减涡管的数量一致的份数。
进一步的，所述导流翅片为直板结构，均与所述鼓筒的直径方向一致。
进一步的，所述导流翅片为样条曲线型板结构或直板结构，并设置成将所述鼓筒孔的空气引导到相邻鼓筒孔所正对的减涡管。
进一步的，所述减涡管通过减涡管安装环固定在所述压气机盘腔内压气机盘的表面上，所述减涡管安装环设置在靠近所述减涡管的出口部分的一端。
进一步的，所述减涡管的入口为90°圆弧，且圆弧半径为所述减涡管的半径。
进一步的，所述减涡管的出口部分的弯管的角度为60°～90°，且所述弯管的内圆环直径为减涡管的半径。
基于上述技术方案，本实用新型将减涡管的入口设置成圆弧型喇 叭口，使得气流能够更为顺畅的进入减涡管，有效地降低气流进入到减涡管时的突缩损失，而将减涡管的出口部分设置成弯管，并将出口设置成圆弧形喇叭口，可以实现气流的导流，同时降低气流拐弯时的损失，并有效地降低气流从减涡管排出时的突扩损失，进而能够从整体上降低燃气轮机涡轮从压气机引气时造成的压力损失。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为现有的一种减涡器引气结构的示意图。
图2为现有的另一种减涡器引气结构的示意图。
图3为本实用新型减涡器引气结构的一实施例的结构示意图。
图4为图3中A-A截面的剖视图。
图5为本实用新型减涡器引气结构实施例中减涡管的结构示意图。
图6为本实用新型减涡器引气结构实施例中压气机盘及鼓筒上的相关结构的示意图。
图7为本实用新型减涡器引气结构实施例中压气机盘及鼓筒上的相关结构的另一种形式的示意图。
图8a、8b分别为本实用新型减涡器引气结构实施例中减涡管安装环的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
本实用新型减涡器引气结构主要应用于高压压气机盘，其功能是将高压压气机的气体引导高压涡轮进行冷却。如图3所示，为本实用新型减涡器引气结构的一实施例的结构示意图。图4为图3中A-A截 面的剖视图。在本实施例中，减涡器引气结构包括鼓筒12和减涡管5，其中鼓筒12设置在高压压气机的相邻叶片下方，鼓筒12用来连接左压气机盘10和右压气机盘3（也称左旋转盘和右旋转盘），减涡管5则固定安装在鼓筒12的内侧所形成的压气机盘腔内。减涡管5设置成长度方向（也是减涡管的轴向）与高压压气机的径向一致，在鼓筒12上设有多个连通相邻叶片的叶根之间的引气腔1和压气机盘腔的鼓筒孔2。引气腔1内的空气可通过鼓筒孔2进入压气机盘腔，再沿着高压压气机的直径方向从减涡管5往压气机的轴心方向流动。
考虑到气流在压气机盘腔内要进入减涡管时，由于入口会突然收缩，因此气流在入口处容易分离，为了解决这一问题，参见图5，可将减涡管5的入口51可以设置为圆弧型喇叭口，这种形态的入口能够有效地降低突缩流阻，相比于直管入口、倒角入口或锥形口，圆弧形喇叭口能够引导更广范围的气流进入到减涡管从而有效地防止气流流动分离产生，使气流流动更为平稳，降低气流突缩损失。减涡管的入口优选为90°圆弧，且圆弧半径为减涡管的半径。
由于气流经过减涡管5后，流出时要拐90°弯，然后沿着压气机盘轴形成环形通道往后流动，在这个拐弯处会对气流造成很大的损失，而将减涡管5的出口部分设置为弯管52，则可以有效地对气流进行引导，降低拐弯时的损失，同时将出口53设置为圆弧形喇叭口，可以有效地降低突扩损失。通过减涡管的出入口的特别设计，使得气流在经过减涡管的过程中能够尽量减少压力损失。减涡管的出口部分的弯管的角度优选为60°～90°，且弯管的内圆环直径为减涡管的半径。
由于减涡器安装在压气机的高压盘，沿着发动机轴线的气流从主流道引至动叶及静叶的叶根之间所形成的引气腔，再经过鼓筒上鼓筒孔进入到压气机盘腔中，考虑到主流道气流具有一定的周向速度，而在引气腔的右侧为旋转壁面，对气流有周向加速的作用，因此流经鼓筒孔的气流具有较高的周向速度，因此优选将鼓筒12上的鼓筒孔2设置为长圆形通孔，且长圆形通孔的长度方向与鼓筒12的周向一致，参见图6所示，这样就能够形成更大的有效流通面积，另外从结构布 置上看，周向的长圆形通孔占用轴向空间较小，方便进行布置。
从数量上，也优选将鼓筒孔的数量设置成与所述减涡管的数量一致，且多个鼓筒孔沿鼓筒的周向均匀分布，从而获得气流通过时更均匀，避免通过鼓筒孔的多股气流在进入减涡管时相互干扰。
在图3、4和6中还可以看到，在多个鼓筒孔2与多个减涡管5的入口之间还设有多个导流翅片4，导流翅片4固定设置在压气机盘腔内压气机盘的表面上。在径向上，导流翅片4将压气机盘腔分割成前盘腔11和后盘腔9；在周向上，导流翅片4则将压气机盘腔分割成多个导流腔，前盘腔11的气流经过导流翅片4进行分割后，每股气流在两个相邻翅片之间流动，破坏了周向大涡的形成，降低了流动的紊乱，从而使流动更加顺畅，降低了压力损失。
导流翅片4在设置上可以沿鼓筒12的周向均匀分布，且多个导流翅片4将压气机盘腔分割成与减涡管5的数量一致的份数，如图4所示。导流翅片4可采用图4、6所示的直板结构，导流翅片4均与鼓筒12的直径方向一致，指向鼓筒12的轴心。也可以采用图7所示的形式，即将与鼓筒直径方向呈一定角度的直板结构的导流翅片4’设置成将鼓筒孔的空气引导到相邻鼓筒孔所正对的减涡管的形态，导流翅片也可以采用样条曲线型板结构。导流翅片的结构选择主要涉及加工难度、转速高低以及翅片能承受冲击的程度等多个方面，例如与鼓筒的直径方向一致的直板结构，这种结构加工简单，在低转速下可以减少流动损失而直接进入到鼓筒孔直接对应的减涡管；又例如样条曲线型板结构可以在高转速下引导气流进入到下一根减涡管，相比于与鼓筒的直径方向一致的直板结构，则这种曲线板结构能够使气流保持一定的角度，对气流的强制作用不会过大，同时减少气流对翅片的冲击，更适合于高转速条件下使用。
参考图3，减涡管5可以具体通过减涡管安装环8固定在压气机盘腔内压气机盘的表面上，减涡管安装环8一端固定在左压气机盘10，另一端则与右压气机盘3上的安装边13进行螺栓连接，减涡管安装环8整体设置在靠近减涡管5的出口部分的一端。减涡管安装环8的具 体结构参见图8a、8b所示，该减涡管安装环可由可套装在一起的环形结构81、82构成，在环形结构81、82上还周向均布有多个缺槽，在环形结构81、82组合后，这些缺槽可以形成固定减涡管5的安装槽。
通过上述对本实用新型减涡器引气结构的各实施例的说明，可以理解本实用新型减涡器引气结构相比于现有的减涡器引气结构至少具有以下优点之一：
1、减涡管采用圆弧形喇叭口形式的入口和出口，并将减涡管的出口部分设置成弯管，利用圆弧形喇叭口使气流在通过减涡管时减少突缩流阻和突扩流阻，降低流动分离所造成的压力损失，同时通过弯管降低气流在转弯时的压力损失。
2、采用长圆形鼓筒孔为流经鼓筒孔的气流提供更大的有效流通面积，从而减少气流通过鼓筒孔时的压力损失，另外这种结构的鼓筒孔占用轴向空间小，便于布置。
3、采用导流翅片进行导流，破坏气流在压气机盘腔内形成周向大涡，降低气流流动的紊乱，使气流流动更加顺畅，从而降低了气流的压力损失。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种减涡器引气结构，包括：高压压气机的相邻叶片下方设置的用于连接压气机盘的鼓筒和所述鼓筒内侧的压气机盘腔内固定安装的多个减涡管，所述减涡管的长度方向与所述高压压气机的径向一致，所述鼓筒上设有多个连通所述相邻叶片的叶根之间的引气腔和所述压气机盘腔的鼓筒孔，其特征在于，所述减涡管的入口设置为圆弧型喇叭口，所述减涡管的出口部分设置为弯管，且出口设置为圆弧形喇叭口。
2.根据权利要求1所述的减涡器引气结构，其特征在于，所述鼓筒孔为长圆形通孔，所述长圆形通孔的长度方向与所述鼓筒的周向一致。
3.根据权利要求2所述的减涡器引气结构，其特征在于，所述鼓筒孔的数量与所述减涡管的数量一致，且多个所述鼓筒孔沿所述鼓筒的周向均匀分布。
4.根据权利要求1所述的减涡器引气结构，其特征在于，在多个所述鼓筒孔与多个所述减涡管的入口之间还设有多个导流翅片，所述导流翅片固定设置在所述压气机盘腔内压气机盘的表面上。
5.根据权利要求4所述的减涡器引气结构，其特征在于，所述导流翅片沿所述鼓筒的周向均匀分布，且多个所述导流翅片将所述压气机盘腔分割成与所述减涡管的数量一致的份数。
6.根据权利要求5所述的减涡器引气结构，其特征在于，所述导流翅片为直板结构，均与所述鼓筒的直径方向一致。
7.根据权利要求5所述的减涡器引气结构，其特征在于，所述导流翅片为样条曲线型板结构或直板结构，并设置成将所述鼓筒孔的空气引导到相邻鼓筒孔所正对的减涡管。
8.根据权利要求1所述的减涡器引气结构，其特征在于，所述减涡管通过减涡管安装环固定在所述压气机盘腔内压气机盘的表面上，所述减涡管安装环设置在靠近所述减涡管的出口部分的一端。
9.根据权利要求1所述的减涡器引气结构，其特征在于，所述减涡管的入口为90°圆弧，且圆弧半径为所述减涡管的半径。
10.根据权利要求1所述的减涡器引气结构，其特征在于，所述减涡管的出口部分的弯管的角度为60°～90°，且所述弯管的内圆环直径为减涡管的半径。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 200241 Minhang District Lianhua Road, Shanghai, No. 3998 Patentee after: AECC COMMERCIAL AIRCRAFT ENGINE Co.,Ltd. Address before: 201108 Shanghai city Minhang District Lotus Road No. 3998 Patentee before: AVIC Commercial Aircraft Engine Co.,Ltd. |
|
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140702 |