CN211288244U - 一种压气机整体静止环及航空发动机压气机 - Google Patents

Abstract

一种压气机整体静止环及航空发动机压气机，包括外环、静叶片和内环板，静叶片均匀分布在外环与内环板之间的外环内侧的圆周上，每个外环与机匣一体化，将五到六个外环与机匣一体化压气机静止环相邻的端面齐平串联在一道，机匣的端面的外侧设有外环与相邻外环固定的法兰件，本实用新型提高了发动机整体性能。本实用新型采用多级压缩结构达到相应的压比，一体化结构的成本较低。

Description

一种压气机整体静止环及航空发动机压气机

技术领域

本实用新型涉及气体增压技术领域，涉及一种压气机整体静止环，尤其是一种压气机及航空发动机。

背景技术

压气机是指可以将气体压力增高的机械设备，是通过机械装置对气体做功，从而将气体压力提高。是航空发动机等动力设备的重要部件。在现代航空发动机设计时要求压气机具有高压比和高效率的特点，压气机每一级都由动叶和静叶构成，其主要作用是通过高速旋转的动叶压缩空气做功，使空气获得动能和压力能，被压缩的空气进入静叶通道中会进一步将所获得的动能转化为压力能，并以合适的角度流入下一级动叶，这样就可以通过逐级提高空气压力的方式从而最终获得高增压比。

目前主要通过对压气机叶片进行优化设计的方法来提高叶片性能，降低损失，如中国专利CN106021681A，公开了一种压气机叶型优化方法及装置。

航空涡轮发动机由风扇、低压压气机(部分采用)、高压压气机、燃烧室、驱动压气机的高压涡轮、驱动风扇的低压涡轮和排气系统组成。其中压气机、燃烧室和高压涡轮三部分统称为核心机，由核心机排出的燃气中的可用能量，一部分传给低压涡轮用以驱动风扇，余下的部分在喷管中用于加速排出的燃气。

压气机包括风扇转子的作用与压气机的作用类似，空气流过风扇后，分成两路：一路是内涵气流，空气继续经压气机压缩，在燃烧室和燃油混合燃烧，燃气经涡轮和喷管膨胀，燃气以高速状态从尾喷口排出，产生推力，流经路程为经低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮，燃气从喷管排出。另一路是外涵气流，风扇后空气经外涵道直接排入大气或同内涵燃气一起在喷管排出。涡轮风扇发动机组合了涡轮喷气和涡轮螺桨发动机的优点。涡扇发动机转换大部分的燃气能量驱动风扇和压气机的扭矩，其余的转换成推力。涡扇发动机的总推力是核心发动机和风扇产生的推力之和。

虽然现有的航空涡轮发动机用压气机：通过高速旋转的风扇叶片对空气做功，压缩空气，提高空气的压力。压气机已经有多级设计：压压气机包括多级静止环和多级旋转风扇叶片构成，每一级都由动叶和静叶叶片(构成的风道)构成，其主要作用是通过高速旋转的动叶压缩空气做功，使空气获得动能和压力能，被压缩的空气进入静叶通道中会进一步将所获得的动能转化为压力能，并以合适的角度流入下一级动叶，这样就可以通过逐级提高空气压力的方式从而最终获得高增压比。但结构复杂。

发明内容

本实用新型目的是，提供一种压气机整体静止环及航空发动机压气机，采用新的形式构成静止叶轮即构成新的静叶通道。

本实用新型的技术方案是：一种压气机整体静止环，包括外环、静叶片和内环板，静叶片均匀分布在外环与内环板之间的外环内侧的圆周上，每个外环与机匣一体化，将五到六个外环与机匣一体化压气机静止环相邻的端面齐平串联在一道，机匣的端面的外侧设有外环与相邻外环固定的法兰件。

有益效果：本实用新型整体式压气机静止环以及构成的压气机是航空发动机采用的新型整体结构件，其不仅减少了航空发动机构件的零件数量，简化了其结构、减轻了其重量，而且节省了大量的装配过程，提高了发动机整体性能。本实用新型采用多级压缩结构达到相应的压比，一体化结构的成本较低。

附图说明

图1是本实用新型的静止环结构示意图。

具体实施方式

压气机，包括转子和静子，其中，转子是旋转运动部件，图中未画出，压气机由叶轮和转轴构成，叶轮上有叶片，其具体结构因叶轮的类型不同而有所差异，通常包括轮盘和一部分轴封，转子的叶轮为斜流式叶轮或轴流叶轮，也可以是斜流叶轮或者离心叶轮，由动力装置驱动，如变速齿轮箱等。

静止环是非运动部件，是整体式静止环，包括外环1、静叶片2和内环板3组成，静叶片均匀分布在外环与内环板之间的外环内侧的圆周上，每个外环均与机匣一体化，将五个外环与机匣一体化压气机静止环相邻的端面齐平串联在一道(五级压缩)，机匣的端面的外侧设有外环与相邻外环固定的法兰件。内环板内侧设有固定用法兰。

所述的压气机整体静止环构成的环航空发动机压气机，静止环的中轴安装旋转叶轮，旋转叶轮叶片的弯曲弧度与静叶片的弯曲弧度相反。根据压气机设计的需要和工作环境的不同，静止环具体结构可以有所差异，压气机还包括机进气管、整流罩(某些情况下，整流罩可以和转子(旋转叶轮)一起转动，此时它是转子的一部分)、排气管(集气管)以及其他必要的附属设备，如：转速、温度、压力等传感器和润滑系统、控制系统等。转子的支承方案可以根据压气机的具体结构和性能需要进行选择，支承通过轴承实现，轴承可以是机械轴承、液压轴承、空气轴承或者其他类型的轴承，轴承的数量和放置的位置可根据需要进行确定。

压气机工作时，气体工质从进气管进入转子即旋转叶轮的叶片对气体工质做功，使得气体工质压力和速度增加，由于旋转叶轮可以是斜流式叶轮，使得出口的气流除了具有轴向速度，而且还具有较高的切向速度，前转子气流进入静止叶轮时，由于静止叶轮叶片旋转方向相反，相对于静止环而言，前转子出口气流切向速度与静止环的切向速度叠加，容易达到一个较高的相对速度，当相对速度超过音速时，通过适当的叶片设计，在静止环叶片侧面会产生一系列激波气体工质经过激波后，压力会突然上升，流速会突然下降，并且相对速度越大，激波越强，增压减速效果越明显。静止环的气流通道内通过风道变形进行增压，静止环气流通道通常是收敛扩展型的，即前半段收缩，后半段扩张，气流通道最小横截面积处通常称为喉部，为了达到较好的增压压缩效果，喉部横截面积和入口横截面积的比值需要和气流速度匹配，其设计可以参考超音速飞机的内冲压式超声速进气道有关设计方法和原则；静止环叶片的叶型对形成增压有直接影响，为了提高压缩效率，对叶片叶型要进行设计，采用楔型叶片，这与常见的压气机叶片明显区别，叶片的两侧的形状可以有所差异，即叶片两侧并非完全对称，这种楔型叶片刚好也可以形成收敛型气流通道，由于气流相对速度很高，为了避免形成太强的正激波，叶片头部是楔形的厚端，叶片具有弯曲弧度，并且通常要求与气流方向一致，气流方向可以通过对设计转速下气流速度三角形进行分析而确定。当然，根据前转子和静止环的转速匹配情况以及静止环的具体形式，叶片的后端须有弯度。因为静止环采用收敛扩张型流道，整个压气机的工作范围根据设计决定。

静止环和转子叶片加工时通过专用夹具的定位和合理的加工工艺路线(程序控制五轴铣)安排，保证翻身前后叶身型面接刀的一致性，使叶身型面轮廓度达到图纸要求，并有效避免出现歪头、缩颈、尖头、钝头等形状的前后缘。在生产加工过程中，通过优化后的切削参数，解决加工中的刀具振颤，解决叶片根部半径小，清根困难的难题。由于采用整体式压气机静止环，环状材料比较硬，通过对压气机静止环材料的切削研究，有效解决其切削力大，切削温度高，加工硬化严重，刀具易磨损等特点导致的加工效率低，刀具成本高等问题。

Claims (1)

1.一种压气机整体静止环，其特征是，包括外环、静叶片和内环板，静叶片均匀分布在外环与内环板之间的外环内侧的圆周上，每个外环与机匣一体化，将五到六个外环与机匣一体化压气机静止环相邻的端面齐平串联在一道，机匣的端面的外侧设有外环与相邻外环固定的法兰件；静叶片采用楔型叶片，叶片头部是楔形的厚端，叶片具有弯曲弧度。

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