CN208236466U - 一种复合式减涡器结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合式减涡器结构，包括上游旋转轮盘、下游旋转轮盘、鼓筒孔环、上游段无管式减涡器、中间段无管式减涡器、偏流器和旋转轴。鼓筒孔环上周向均布鼓筒孔；在上游段和中间段布置无管式减涡器结构，喷嘴轴线与轮盘旋转切线反向呈一定角度，进口做倒圆角处理，通过固定槽和螺钉与上下游轮盘连接和固定；出口段布置带导流片的偏流器。本实用新型可以提高鼓筒孔的流通能力；无管式减涡器结构在降低进口旋流比的同时，抑制旋流比的发展；采用带导流片的偏流器能够从旋转轴提取功率，提高气流压力，降低压力损失；同时由于采用喷嘴型减涡器，可以有效降低减涡器系统重量，安装方法简单可靠，提高可靠性和稳定性。

Description

一种复合式减涡器结构

技术领域

本实用新型涉及航空发动机和燃气轮机内部空气系统设计技术领域，尤其涉及一种复合式减涡器结构。

背景技术

随着航空发动机和燃气轮机设计技术的发展和需求的不断进步，热端部件的温度和热应力越来越高，对航空发动机内部空气系统设计技术提出了更高的要求。目前内部冷却空气主要从压气机平台引出，流经鼓筒孔后在共转盘腔内径向入流，通过轴间通道，输送至热端部件和其他地方完成冷却和密封等功能后汇入燃气主流或排入大气。

冷却空气的压力和温度直接影响其作用范围和性能表现，冷气在共转盘腔径向入流过程中由于角动量守恒，随着半径的降低，切向速度速度越来越大，表现出自由涡特征，在离心力，哥氏力和摩擦力的共同作用下导致了很大的压力损失，严重制约着冷却空气的品质。通过安装减涡器可以有效的降低压力损失。

目前常用的减涡器主要有三类：隔板式减涡器，无管式减涡器和管式减涡器。现有的一种管式减涡器为高半径悬臂支撑结构，圆形横截面导管周向均布，出鼓筒孔出来的气流在其内从高半径引导至低半径位置，导管内流动特征表现为强制涡，气流由于没有经过自由涡的发展，降低了压力损失；现有的另一种管式减涡器为低半径支撑的方式，气流从鼓筒孔流出后先经过一段距离的自由涡发展后再进入导管内，但是气流在进入导管时与入口截面有一定的角度，气流在偏折过程中会产生较大的压力损失，此外，从低半径导管流出的气流速度较大，直接冲击旋转轴后流动方向发生90度偏折，这个过程也会产生较大的压力损失；现有的一种翅片式减涡器为横跨共转盘腔盘间距的若干隔板，将整个盘腔分割成等间距不连通的腔室，约束气流在其中完成径向入流的过程；现有的一种无管式减涡器采用叶栅型喷嘴，使气流在流出喷嘴时产生一个与旋转方向相反的速度分量，降低哥氏力的作用，从而降低压力损失。

通过对类似减涡器结构专利的分析，本申请人发现，现有专利和技术至少存在以下问题：

现有的减涡器的基本原理是控制气流在共转盘腔内的速度发展，用旋流比(rotating ratio，气流旋转切向速度分量与转子周向速度之比)来表征速度特性，不同类型减涡器的区别在于控制旋流比发展的方式不同。但是单一结构的减涡器结构存在着上下游流动特征匹配性差的问题，气流在进入减涡器结构时的旋流比不够理想，甚至成为制约因素，流出减涡器的气流冲击旋转轴或者偏流板是产生的气流转向压力损失也不容小觑；除此之外，管式减涡器的振动问题，翅片式减涡器的增重问题，减涡器进出口结构尖锐结构引起的流动分离产生的压力损失以及无管式减涡器的流量特性双稳态特性都严重制约着其在发动机内部空气系统中的应用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种复合式减涡器结构。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种复合式减涡器结构，包括上游旋转轮盘、下游旋转轮盘、鼓筒孔环、上游段无管式减涡器、中间段无管式减涡器、偏流器和旋转轴；

所述鼓筒孔环、上游段无管式减涡器、中间段无管式减涡器、偏流器由外之内设置在所述上游旋转轮盘、下游旋转轮盘之间，且鼓筒孔环、上游段无管式减涡器、中间段无管式减涡器、偏流器、上游旋转轮盘、下游旋转轮盘同轴；

所述鼓筒孔环、上游段无管式减涡器、中间段无管式减涡器的两侧均分别和所述上游旋转轮盘的内壁面、下游旋转轮盘的内壁面固连；

所述偏流器的背面和所述下游旋转轮盘固连，另一面通过平键和所述旋转轴固连；

所述旋转轴和所述偏流器同轴，所述鼓筒孔环上周向均匀设有若干鼓筒孔。

作为本实用新型一种复合式减涡器结构进一步的优化方案，所述鼓筒孔环中鼓筒孔的形状为圆形或腰圆形。

作为本实用新型一种复合式减涡器结构进一步的优化方案，所述鼓筒孔环在其鼓筒孔附近的厚度局部变薄。

作为本实用新型一种复合式减涡器结构进一步的优化方案，所述上游段无管式减涡器和中间段无管式减涡器中喷嘴的横截面形状为圆形、方形、椭圆形、叶栅型中的任意一种。

作为本实用新型一种复合式减涡器结构进一步的优化方案，所述上游段无管式减涡器和中间段无管式减涡器中喷嘴轴线与轮盘切向成预设的角度阈值，方向与轮盘旋转方向相反，角度范围为15~90°。

作为本实用新型一种复合式减涡器结构进一步的优化方案，所述上游段无管式减涡器和中间段无管式减涡器中喷嘴的数量相同、一一对应，且上游段无管式减涡器中的喷嘴和其对应中间段无管式减涡器的喷嘴轴线重合。

作为本实用新型一种复合式减涡器结构进一步的优化方案，所述上游旋转轮盘的内壁面上设有分别用于固定上游段无管式减涡器、中间段无管式减涡器的第一固定槽、第二固定槽，所述下游旋转轮盘的内壁面上相对应的分别设有用于固定上游段无管式减涡器、中间段无管式减涡器的第三固定槽、第四固定槽；

所述上游段无管式减涡器的两侧分别置于第一固定槽、第三固定槽中；

所述中间段无管式减涡器的两侧分别置于第二固定槽、第四固定槽中；

且所述上游段无管式减涡器、中间段无管式减涡器的两侧均分别和所述上游旋转轮盘、下游旋转轮盘固连。

作为本实用新型一种复合式减涡器结构进一步的优化方案，所述偏流器的结构型面为圆弧形。

作为本实用新型一种复合式减涡器结构进一步的优化方案，所述偏流器的结构型面上设有周向均布的导流片。

作为本实用新型一种复合式减涡器结构进一步的优化方案，所述导流片的型面为直线型导流片、螺旋线型导流片、双曲线型导流片、对数曲线型导流片中的任意一种。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型提供的复合式减涡器结构以延缓旋流比发展为理论依据，同时兼顾压气机整个引气过程中的压力损失，提供了分段减涡措施。通过使用腰圆孔型的鼓筒孔，可以大大提高气流在鼓筒处的流通能力，和鼓筒孔出口速度周向均匀性，而局部变薄的鼓筒孔结构可以在不损失结构刚性的前提下限制气流在通过鼓筒孔时产生的回流区和旋流比的增长，从而降低该阶段的压力损失，；在上游段选择性地布置无管式减涡器，气流在通过喷嘴时会产生一个与旋转方向相反的切向速度分量，降低下有气流的旋流比，从而抑制旋流比的发展，采用平面叶栅型喷嘴时，可以最大程度的降低流经喷嘴过程中的压力损失，降低由于附加减涡器带来的额外压力损失，当使用常规的圆形或者椭圆形喷嘴时，引入进口倒圆角结构可以降低气流在进入无管式减涡器过程中的流动分离所带来的压力损失；经过一段距离的发展，盘腔内的旋流比会有所上升，这时通过中间段布置的无管式减涡器进一步的约束旋流比的发展，可以使上升了的旋流比再次降低，降低了该部分压力损失，并改善出口气流速度分布，降低气流偏折到轴向过程中的压力损失；通过出口段布置的偏流器可以使导管流出的气流更为平缓地从径向转为轴向，而导流片的引入，可以进一步从旋转轴上提取功率，对气流作用，进一步提高气流压力，改善气流周向速度部分。

通过分段减涡措施，最大限度的降低冷却空气在压气机引气过程中的压力损失，此外，各段减涡器结构通过螺栓与上下游转盘连接，结构简单，管式减涡器采用上端螺纹下端定位环的双重固定方式可以有效减弱工作过程中的震动，提高工作稳定性和可靠性。此外，本实用新型还具有适用范围广，减阻效果好，安装方便，结构稳定的特点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的剖视图；

图3是本实用新型中上游旋转轮盘和鼓筒孔环相配合的结构示意图；

图4是本实用新型中偏流器的结构示意图；

图5a、图5b是分别为本实用新型中鼓筒孔环厚度局部变薄的腰圆型鼓筒孔环、鼓筒孔环厚度局部不变的腰圆型鼓筒孔环的剖面示意图；

图6a、6b、6c、6d分别为本实用新型中直线型导流片、螺旋线型导流片、双曲线型导流片、对数曲线型导流片的示意图。

图中，1－上游旋转轮盘，11-第一固定槽，12-第二固定槽，2－上游段无管式减涡器，3－中间段无管式减涡器，4－偏流器，41－直线型导流片，42－螺旋线型导流片，43－双曲线型导流片，44－对数曲线型导流片，5－旋转轴，6－鼓筒孔环，61－鼓筒孔环厚度局部不变的腰圆型鼓筒孔环，62－鼓筒孔环厚度局部变薄的腰圆型鼓筒孔环，7－下游旋转轮盘。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

本实用新型可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本实用新型的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本实用新型公开了一种一种复合式减涡器结构，包括上游旋转轮盘1、下游旋转轮盘7、鼓筒孔环6、上游段无管式减涡器2、中间段无管式减涡器3、偏流器4和旋转轴5；鼓筒孔环6、上游段无管式减涡器2、中间段无管式减涡器3、偏流器4由外之内设置在上游旋转轮盘1、下游旋转轮盘7之间，且鼓筒孔环6、上游段无管式减涡器2、中间段无管式减涡器3、偏流器4、上游旋转轮盘1、下游旋转轮盘7同轴；鼓筒孔环6、上游段无管式减涡器2、中间段无管式减涡器3的两侧均分别和上游旋转轮盘1的内壁面、下游旋转轮盘7的内壁面固连；偏流器4的背面和下游旋转轮盘7固连，另一面通过平键和旋转轴5固连；旋转轴5和偏流器4同轴，所述鼓筒孔环6上周向均匀设有若干鼓筒孔。

鼓筒孔环6可以设计为和上游旋转轮盘1一体结构，与下游旋转轮盘7通过螺栓连接，在鼓筒孔两侧布置有若干道直通篦齿封严环，保证气流可以顺利进入鼓筒孔中而不是从鼓筒孔上方的静止叶片根部与旋转轮盘的间隙泄漏。上游段无管式减涡器2周向均匀布置有带去旋角的喷嘴，喷嘴进口倒圆角，减小气流进入喷嘴时的压力损失，出口不倒圆角，降低出口回流区的范围。喷嘴横截面形状为椭圆形，以高出口气流在周向的一致性和均匀性。中间段无管式减涡器3通过螺钉与上游旋转轮盘1及下游旋转轮盘7分别固定。周向均布带去旋角的喷嘴，喷嘴进口倒圆角，出口保持尖锐边。偏流器4通过平键和定位销与旋转轴5连接，并与下游旋转轮盘7通过螺钉固定。偏流器4型面为圆弧型，并在其表面安装有周向均布的直线型导流片41。

在图2的实施例中，腰圆型鼓筒孔环61中的腰圆孔数目与上游段无管式减涡器2和中间段无管式减涡器3中的带去旋角的喷嘴个数相同，且腰圆孔出口与上游段无管式减涡器2喷嘴进口处于同一周向位置；上游段无管式减涡器2喷嘴出口气流方向与中间段无管式减涡器3喷嘴进口处于同一延长线。周向均布的直线型导流片41沿径向布置。

在图3中，上游旋转轮盘1的内壁面上设有分别用于固定上游段无管式减涡器2、中间段无管式减涡器3的第一固定槽11、第二固定槽12，下游旋转轮盘7的内壁面上相对应的分别设有用于固定上游段无管式减涡器2、中间段无管式减涡器3的第三固定槽、第四固定槽；上游段无管式减涡器2的两侧分别置于第一固定槽11、第三固定槽中；中间段无管式减涡器3的两侧分别置于第二固定槽12、第四固定槽中；且上游段无管式减涡器2、中间段无管式减涡器3的两侧均分别和上游旋转轮盘1、下游旋转轮盘7固连。第一至第四固定槽用来固定上游段无管式减涡器2和中间无管式段减涡器3，防止在离心力作用下减涡器脱离，提高复合式减涡器结构的稳定性。

图4为图1-3实施例采用的带导流片偏流器示意图。图5a为鼓筒孔环厚度局部变薄的腰圆型鼓筒孔环61的示意图，图5b为鼓筒孔环厚度局部不变的腰圆型鼓筒孔环62的局部示意图。

图6a~6d为本实用新型中带导流片偏流器四种导流片型面实施例的示意图。6a中导流片为直线型，两片导流片之间的通道为收缩通道，可以对气流进行引导和加速，改善轴向出口气流速度场。图6b为螺旋线型面导流片，型面更为光滑，导流作用更好；图6c为双曲线型面导流片，气流在其中流动时加速性能更好，从轴提取功率，对气流作用，提高其压力；图6d为指数型面导流片，在大流量气流条件下可以有效调整反转气流的流动方向。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合式减涡器结构，其特征在于，包括上游旋转轮盘（1）、下游旋转轮盘（7）、鼓筒孔环（6）、上游段无管式减涡器（2）、中间段无管式减涡器（3）、偏流器（4）和旋转轴（5）；

所述鼓筒孔环（6）、上游段无管式减涡器（2）、中间段无管式减涡器（3）、偏流器（4）由外至内设置在所述上游旋转轮盘（1）、下游旋转轮盘（7）之间，且鼓筒孔环（6）、上游段无管式减涡器（2）、中间段无管式减涡器（3）、偏流器（4）、上游旋转轮盘（1）、下游旋转轮盘（7）同轴；

所述鼓筒孔环（6）、上游段无管式减涡器（2）、中间段无管式减涡器（3）的两侧均分别和所述上游旋转轮盘（1）的内壁面、下游旋转轮盘（7）的内壁面固连；

所述偏流器（4）的背面和所述下游旋转轮盘（7）固连，另一面通过平键和所述旋转轴（5）固连；

所述旋转轴（5）和所述偏流器（4）同轴，所述鼓筒孔环（6）上周向均匀设有若干鼓筒孔。

2.根据权利要求1所述的复合式减涡器结构，其特征在于，所述鼓筒孔环（6）中鼓筒孔的形状为圆形或腰圆形。

3.根据权利要求2所述的复合式减涡器结构，其特征在于，所述鼓筒孔环（6）在其鼓筒孔附近的厚度局部变薄。

4.根据权利要求1所述的复合式减涡器结构，其特征在于，所述上游段无管式减涡器（2）和中间段无管式减涡器（3）中喷嘴的横截面形状为圆形、方形、椭圆形、叶栅型中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的复合式减涡器结构，其特征在于，所述上游段无管式减涡器（2）和中间段无管式减涡器（3）中喷嘴轴线与轮盘切向成预设的角度阈值，方向与轮盘旋转方向相反，角度范围为15~90°。

6.根据权利要求5所述的复合式减涡器结构，其特征在于，所述上游段无管式减涡器（2）和中间段无管式减涡器（3）中喷嘴的数量相同、一一对应，且上游段无管式减涡器（2）中的喷嘴和其对应中间段无管式减涡器（3）的喷嘴轴线重合。

7.根据权利要求1所述的复合式减涡器结构，其特征在于，所述上游旋转轮盘（1）的内壁面上设有分别用于固定上游段无管式减涡器（2）、中间段无管式减涡器（3）的第一固定槽（11）、第二固定槽，所述下游旋转轮盘（7）的内壁面上相对应的分别设有用于固定上游段无管式减涡器（2）、中间段无管式减涡器（3）的第三固定槽、第四固定槽；

所述上游段无管式减涡器（2）的两侧分别置于第一固定槽、第三固定槽中；

所述中间段无管式减涡器（3）的两侧分别置于第二固定槽、第四固定槽中；

且所述上游段无管式减涡器（2）、中间段无管式减涡器（3）的两侧均分别和所述上游旋转轮盘（1）、下游旋转轮盘（7）固连。

8.根据权利要求1所述的复合式减涡器结构，其特征在于，所述偏流器（4）的结构型面为圆弧形。

9.根据权利要求8所述的复合式减涡器结构，其特征在于，所述偏流器（4）的结构型面上设有周向均布的导流片。

10.根据权利要求9所述的复合式减涡器结构，其特征在于，所述导流片的型面为直线型导流片（41）、螺旋线型导流片（42）、双曲线型导流片（43）、对数曲线型导流片（44）中的任意一种。